CN111101062A - 一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊及其制备方法 - Google Patents

一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊，包括以下质量百分比的组分：1.50～1.70%的C，1.40～1.60%的Si，0.60～1.00%的Mn，1.00～1.50%的Ni，5.00～8.00%的Cr，3.00～5.00%的Mo，1.00～3.00%的W，4.00～6.00%的Nb，1.00～2.00%的V，≤0.03%的S，≤0.03%的P，其余为Fe及不可避免的杂质。同时，本发明还公开了上述高Nb高速钢轧辊的制备方法。本发明替代热轧粗轧工作辊较长使用的高铬钢轧辊，打破传统的离心复合高速钢的成份限制，此产品可以覆盖目前热轧机架上的全部工作辊，也可以用于棒线轧辊上，并保证了整个轧辊耐磨性的一致性。

Description

一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊及其制备 方法
技术领域
本发明属于钢铁铸造领域，具体涉及一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊及其制备方法。
背景技术
目前，热轧粗轧辊主要使用高铬钢轧辊，粗轧高速钢使用目前在国内各大钢厂使用还尚未完全推广，传统的高速钢轧辊主要采取两种材料在离心机离心力的作用下进行复合，主要特征是C 2.0wt%、 Si 0.5 wt%、Mn 1.0wt%、Ni0.8wt%、Cr6.5wt%、Mo 5wt%、V5 wt%和W3.5 wt%。此发明主要是依靠两种主要贵重合金材料（V、W）进行分别熔炼，熔炼后进行变质处理，然后在离心力的作用下工作层先浇入模具，在离心力作用下，冷却到合适的温度后在浇入芯部铁水，在慢慢冷却到合适的温度，达到内外的冶金结合。
此技术主要问题为：由于受成份的局限性，目前高速钢以V/W为主，而Nb铁虽有报道，但加入量比较少，一般不会超过1%。受成份的局限性，一些轧辊的耐磨性提升不明显，特别是一旦产生表面裂纹，扩展非常迅速，对于一些不稳定的轧机，容易产生裂纹延伸的剥落；采用中频炉熔炼和离心复合铸造，而高V含量的加入容易在后期产生钢水的氧化污染，并且浇注过程中的氧化也难以控制，氧化夹杂物难以控制和完全上浮，容易在结合层部位产生铸造缺陷。因而经常出现在内外层难以达到优良的冶金结合，容易在生产和使用过程中产生剥落。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊。
本发明的另一目的在于提供上述热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊的制备方法。
技术方案：为了达到上述发明目的，本发明具体是这样来完成的：一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊，包括以下质量百分比的组分：1.50～1.70%的C，1.40～1.60%的Si，0.60～1.00%的Mn，1.00～1.50%的Ni，5.00～8.00%的Cr，3.00～5.00%的Mo，1.00～3.00%的W，4.00～6.00%的Nb，1.00～2.00%的V，≤0.03%的S，≤0.03%的P，其余为Fe及不可避免的杂质。
制备上述热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊的方法，包括以下步骤：
（1）在中频电炉内熔炼外层钢水，钢水熔炼温度为1620~1660℃，调整炉内成分使钢水中包括以下质量百分比的组分：1.50～1.70%的C，1.40～1.60%的Si，0.60～1.00%的Mn，1.00～1.50%的Ni，5.00～8.00%的Cr，3.00～5.00%的Mo，2.00～3.00%的W，4.00～6.00%的Nb，1.00～2.00%的V，≤0.03%的S，≤0.03%的P，其余为Fe及不可避免的杂质，得到冶炼钢水；
（2）冶炼外层钢水导入钢水包，钢水包内温度为400～600℃，对钢水包内加入钢水总质量0.4~0.6%的变质剂AL、0.2~0.4%的稀土，出钢时进行变质处理；冶炼内层铁水通过喂丝球化孕育处理，球化丝为Si-Mg-Re，球化线用量为15~20m/吨铁水；孕育丝为Si-Ba-Ca-Al-Re，球化线用量为12~16m/吨铁水；
（3）首先浇注辊身工作层，外层浇注温度1420~1510℃，将钢水浇入模具的型腔，在立式离心机转速350~600r/min的离心力作用下使得钢水在模具内壁迅速铺满使钢水夹杂物快速上升，中间层和芯部铁水出炉温度1420~1450℃，通过喂丝球化处理，在1340~1380℃下进行浇注中间层球墨铸铁，当中间层铁水重量浇注为外层钢水重量的1/2～2/3完毕后，再进行浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1320～1360℃，直至铁水浇注完毕铸件成型，在模具中铸件辊身工作层部位覆盖一层保温棉，缓冷至模具表面温度≤100℃后，打开模具取出铸件，清理铸件表面附着的残砂残渣；
（4）将清理后的铸件进行去应力退火，退火温度在600～750℃，保温时间为200~250h，保温结束后随炉冷却，然后进行粗加工留15~20mm余量，并进行再次淬火+回火处理，淬火火温度1050~1100℃，并用空冷加风冷的方式冷却到400-450℃，后进行3次回火处理，回火温度按照500~650℃进行，保温时间均20~40h，为完成后炉冷到室温，热处理结束后按照图纸尺寸进行精加工，并进行UT、硬度、和金相检测。
有益效果：本发明与传统技术相比存在以下优点：
（1）本发明替代热轧粗轧工作辊较长使用的高铬钢轧辊，打破传统的离心复合高速钢的成份限制，此产品可以覆盖目前热轧机架上的全部工作辊，也可以用于棒线轧辊上，并保证了整个轧辊耐磨性的一致性；
（2）本发明得到的粗轧高速钢轧辊热处理后硬度达到75~80HS ，径向硬度落差1HS，相对于普通离心复合高铬钢轧辊毫米轧制量提高30%以上；
（3）热轧粗轧机架工作辊一般轧制压力大、热冲击大，通过外层成分设计来提高轧辊工作层的强韧性，尤其是控制好碳在1.50～1.70%、硅的含量在1.40～1.60%，经石墨化处理后高速钢可以良好的适应粗轧工作辊热冲击性能；
（4）本发明通过加入高铌的合金成分，适当降低钒合金的量，以及其他W、Mo、Ni的合理配比，主要在于改进钢水冶金质量，避免高钒在后期产生钢水的氧化污染，以及浇注过程中的氧化也难以控制，氧化夹杂物难以控制和完全上浮，容易在结合层部位产生铸造缺陷；加入高铌合金，提升了钢水固熔强化作用，溶入奥氏体显著提升高速钢的淬透性，细化组织晶粒，形成高硬度的NbC碳化物，在粗轧工作辊轧制过程可以有很强的耐磨性以及毫米轧制量，尤其还能大幅延长换辊周期，提升了高速钢轧辊的生产效率；
（5）本发明采用立式离心三层复合的方式进行铸造生产，立式离心多层浇注能在保证辊身工作层高硬度高耐磨性的同时，同时也有效保证轧辊中间层和工作层的良好过渡熔合，确保结合层良好的冶金结合，同时也保证轧辊芯部的高强度韧性，提高了轧辊的表面质量和使用寿命；本发明中轧辊的工作层和芯部采用不同的材质和不同的冶炼工艺，然后通过立式离心铸造的方法将工作层、中间层以及芯部复合到一起；本发明中轧辊工作层浇注时，离心机的转速控制在300～600r/min，可以使轧辊工作层在浇注过程中具有较高的致密度；进行浇注中间层球墨铸铁铁水，中间层铁水浇注温度为1340～1380℃，浇注外层钢水重量的1/2～2/3，完毕后再浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1320～1360℃。此设计主要是针对工作层、中间层和芯部的钢铁水以合理的工作层冷却温度、浇注温度和浇注重量，来保证外层、中间层和芯部能有效熔合，保证外层和中间层的冶金结合，保证轧辊的使用质量，同时也保证了芯部的韧性强度；
（6）本发明热处理通过三次回火可以有效保证回火马氏体组织、贝氏体组织的充分转变，基体的充分转变可以使轧辊在使用过程中具备了良好的抗热裂纹性能以及耐磨性，同时轧辊的回火时间为250～350h，为MC、M7C3型等碳化物的二次析出提供了充足的时间，碳化物在辊身工作层起到弥散强化的作用，也提高了辊身工作层的硬度和耐磨性，提高了轧辊寿命。
附图说明
图1为本发明轧辊在500倍显微镜下的金相图；
图2为本发明轧辊在100倍显微镜下的金相图。
具体实施方式
实施例1：
轧辊规格1200*1780mm，在中频电炉内熔炼钢水，钢水熔炼温度为1645℃，调整炉内成分使钢水中包括以下质量百分比的组分：1.56%的C，1.58%的Si，0.69%的Mn，1.20%的Ni，6.80%的Cr，3.65%的Mo，2.80%的W，5.20%的Nb，1.12%的V，0.026%的S，0.022%的P，其余为Fe及不可避免的杂质，得到冶炼钢水；将冶炼钢水导入钢水包，对钢水包内加入钢水总质量0.4%的变质剂AL、0.2%的稀土，出钢时进行变质处理；首先浇注辊身工作层，外层浇注温度1420~1510℃，将钢水浇入模具的型腔，在立式离心机转速300~600r/min的离心力作用下使得钢水在模具内壁迅速铺满，在1365℃下进行浇注中间层球墨铸铁，当浇注外层钢水重量的1/2～2/3完毕后，再进行浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1345℃，直至铁水浇注完毕铸件成型，在模具中铸件辊身工作层部位覆盖一层保温棉，模温缓冷至85度，打开模具取出铸件，清理铸件表面附着的残砂残渣；将清理后的铸件进行去应力退火，退火温度在720℃，热处理时间200~250h，保温结束后随炉冷却，然后进行预加工到一定尺寸，并进行再次淬火+回火处理，淬火火温度1080℃，并用空冷加风冷的方式冷却到400℃，后进行3次回火处理，三回火温度分别为580℃、550℃、550℃以及均保温32h，完成后炉冷到室温，热处理结速后按照图纸尺寸进行精加工，并进行UT、硬度、和金相检测。
实施例2：
轧辊规格1200*1780mm，在中频电炉内熔炼钢水，钢水熔炼温度为1620℃，调整炉内成分使钢水中包括以下质量百分比的组分：1.50%的C，1.40%的Si，0.60%的Mn，1.00%的Ni，5.00%的Cr，3.00%的Mo，2.00%的W，4.00%的Nb，1.00%的V，0.024%的S，0.024%的P，其余为Fe及不可避免的杂质，得到冶炼钢水；将冶炼钢水导入钢水包，对钢水包内加入钢水总质量0.4%的变质剂AL、0.2%的稀土，出钢时进行变质处理；首先浇注辊身工作层，外层浇注温度1420~1510℃，将钢水浇入模具的型腔，在立式离心机转速300~600r/min的离心力作用下使得钢水在模具内壁迅速铺满，在1365℃下进行浇注中间层球墨铸铁，当浇注外层钢水重量的1/2～2/3完毕后，再进行浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1345℃，直至铁水浇注完毕铸件成型，在模具中铸件辊身工作层部位覆盖一层保温棉，模温缓冷至85度，打开模具取出铸件，清理铸件表面附着的残砂残渣；将清理后的铸件进行去应力退火，退火温度在720℃，热处理时间200~250h，保温结束后随炉冷却，然后进行预加工到一定尺寸，并进行再次淬火+回火处理，淬火火温度1080℃，并用空冷加风冷的方式冷却到400℃，后进行3次回火处理，三回火温度分别为580℃、550℃、550℃以及均保温32h，完成后炉冷到室温，热处理结速后按照图纸尺寸进行精加工，并进行UT、硬度、和金相检测。
实施例3：
轧辊规格1200*1780mm，在中频电炉内熔炼钢水，钢水熔炼温度为1660℃，调整炉内成分使钢水中包括以下质量百分比的组分：1.70%的C，1.60%的Si，1.00%的Mn，1.50%的Ni，8.00%的Cr，5.00%的Mo，3.00%的W，6.00%的Nb，2.00%的V，0.028%的S，0.028%的P，其余为Fe及不可避免的杂质，得到冶炼钢水；将冶炼钢水导入钢水包，对钢水包内加入钢水总质量0.4%的变质剂AL、0.2%的稀土，出钢时进行变质处理；首先浇注辊身工作层，外层浇注温度1420~1510℃，将钢水浇入模具的型腔，在立式离心机转速300~600r/min的离心力作用下使得钢水在模具内壁迅速铺满，在1365℃下进行浇注中间层球墨铸铁，当浇注外层钢水重量的1/2～2/3完毕后，再进行浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1345℃，直至铁水浇注完毕铸件成型，在模具中铸件辊身工作层部位覆盖一层保温棉，模温缓冷至85度，打开模具取出铸件，清理铸件表面附着的残砂残渣；将清理后的铸件进行去应力退火，退火温度在720℃，热处理时间200~250h，保温结束后随炉冷却，然后进行预加工到一定尺寸，并进行再次淬火+回火处理，淬火火温度1080℃，并用空冷加风冷的方式冷却到400℃，后进行3次回火处理，三回火温度分别为580℃、550℃、550℃以及均保温32h，完成后炉冷到室温，热处理结速后按照图纸尺寸进行精加工，并进行UT、硬度、和金相检测。

Claims (2)

1.一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：1.50～1.70%的C，1.40～1.60%的Si，0.60～1.00%的Mn，1.00～1.50%的Ni，5.00～8.00%的Cr，3.00～5.00%的Mo，1.00～3.00%的W，4.00～6.00%的Nb，1.00～2.00%的V，≤0.03%的S，≤0.03%的P，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.制备权利要求1所述热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在中频电炉内熔炼外层钢水，钢水熔炼温度为1620~1660℃，调整炉内成分使钢水中包括以下质量百分比的组分：1.50～1.70%的C，1.40～1.60%的Si，0.60～1.00%的Mn，1.00～1.50%的Ni，5.00～8.00%的Cr，3.00～5.00%的Mo，2.00～3.00%的W，4.00～6.00%的Nb，1.00～2.00%的V，≤0.03%的S，≤0.03%的P，其余为Fe及不可避免的杂质，得到冶炼钢水；
（2）冶炼外层钢水导入钢水包，钢水包内温度为400～600℃，对钢水包内加入钢水总质量0.4~0.6%的变质剂AL、0.2~0.4%的稀土，出钢时进行变质处理；冶炼内层铁水通过喂丝球化孕育处理，球化丝为Si-Mg-Re，球化线用量为15~20m/吨铁水；孕育丝为Si-Ba-Ca-Al-Re，球化线用量为12~16m/吨铁水；
（3）首先浇注辊身工作层，外层浇注温度1420~1510℃，将钢水浇入模具的型腔，在立式离心机转速350~600r/min的离心力作用下使得钢水在模具内壁迅速铺满使钢水夹杂物快速上升，中间层和芯部铁水出炉温度1420~1450℃，通过喂丝球化处理，在1340~1380℃下进行浇注中间层球墨铸铁，当中间层铁水重量浇注为外层钢水重量的1/2～2/3完毕后，再进行浇注芯部铁水，浇注芯部铁水温度为1320～1360℃，直至铁水浇注完毕铸件成型，在模具中铸件辊身工作层部位覆盖一层保温棉，缓冷至模具表面温度≤100℃后，打开模具取出铸件，清理铸件表面附着的残砂残渣；
（4）将清理后的铸件进行去应力退火，退火温度在600～750℃，保温时间为200~250h，保温结束后随炉冷却，然后进行粗加工留15~20mm余量，并进行再次淬火+回火处理，淬火火温度1050~1100℃，并用空冷加风冷的方式冷却到400-450℃，后进行3次回火处理，回火温度按照500~650℃进行，保温时间均20~40h，为完成后炉冷到室温，热处理结束后按照图纸尺寸进行精加工，并进行UT、硬度、和金相检测。
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