CN111136245B - 一种棒材轧机减定径机组用辊环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棒材轧机减定径机组用辊环及其制备方法，属于铸造领域，辊环包括辊环外层和辊环内层，制备方法包括利用卧式离心机生产，采取两层复合方式，即外层高硬度、高耐磨性合金材料，内层低硬度、高韧性铸钢材料，通过合理的浇注参数的设计调整，使外层和内层达到熔合。毛坯辊环开箱后退火去应力处理，粗加检测合格后走特殊热处理工艺，控制辊环硬度达到要求，精加工至成品。

Description

一种棒材轧机减定径机组用辊环及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，尤其是一种辊环的制备方法。
背景技术
棒材轧机减径、定径机组，具有20%以上压下量的减径道次和较低压下量6%-16%之间的定径道次，所有道次均带孔型。作为棒材轧机的精轧机组，主要是为了特殊（合金）钢的精密控制轧制，提高成品的表面质量和尺寸精确度。减径、定径机组一般在轧制特钢棒材时使用，所以该设备用辊环要求具有较高的耐磨性和抗事故性。现阶段减定径机组多采用碳化钨辊环，该种辊环生产工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法，具有高耐磨性和抗事故性，满足棒材轧机减定径机组使用要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种棒材轧机减定径机组用辊环，包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别熔炼；
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1600℃以上，准备出炉；
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；
步骤d，停止离心机，将模型吊下离心机；
步骤e，开箱并将辊环吊出清整；
步骤f，机械加工并进行热处理。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：步骤c中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1420～1480℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1450～1500℃。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：步骤d当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：步骤e当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在中频炉熔炼，两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：将清整完的辊环进行退火去应力处理，然后进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：退火去应力处理采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到550℃～650℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉。
本发明技术方案制备方法的进一步改进在于：所述热处理的具体步骤包括：
步骤A、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1100℃～1200℃保温，高温淬火保温时间根据公式t=（0.5～3.5）φ/100+（1～5）确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h，φ表示半成品辊环辊身直径mm；
步骤B、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度400℃～500℃；
步骤C、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为500℃～600℃，回火保温时间16-26h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明为一种高的耐磨性和抗事故性的辊环，满足棒材轧机减定径机组使用要求，解决了该机组使用辊环材质单一的局面，具有生产简单，成本低等特点（与碳化钨辊环比）。
本发明利用卧式离心机生产，采取两层复合方式，即外层高硬度、高耐磨性合金材料，内层低硬度、高韧性铸钢材料，通过合理的浇注参数的设计调整，使外层和内层达到熔合。毛坯辊环开箱后退火去应力处理，粗加检测合格后走特殊热处理工艺，控制辊环硬度达到要求，精加工至成品。采取旋转装置让辊环在旋转的状态下进行冷却，一方面保证了辊环组织均匀性，另一方面使得辊环内部热应力分布均匀，确保使用过程中辊环磨损的一致性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种棒材轧机减定径机组用辊环，其特征在于：包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在中频炉熔炼。
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1600℃以上，准备出炉；两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；其中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1420～1480℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1450～1500℃。
步骤d，当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机。
步骤e，当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整。
步骤f，机械加工并进行热处理，具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，退火去应力处理采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到550℃～650℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉。
然后将处理好的毛坯进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行特殊热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品。
特殊热处理具体过程：
1、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1100℃～1200℃保温，高温淬火保温时间根据公式t=（0.5～3.5）φ/100+（1～5）确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h，φ表示半成品辊环辊身直径mm；
2、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度400℃～500℃；
3、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为500℃～600℃，回火保温时间16-26h。
实施例1
一种棒材轧机减定径机组用辊环，其特征在于：包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在1吨中频炉熔炼。
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1600℃，准备出炉；两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；其中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1420℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1450℃。
步骤d，当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机。
步骤e，当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整。
步骤f，机械加工并进行热处理，具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，然后进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行特殊热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品。
其中退火去应力处理具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到580℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉。
特殊热处理具体过程：（辊环辊身直径500mm）
1、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1100℃保温，高温淬火保温时间5h；
2、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度430℃；
3、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为550℃，回火保温时间16h。
本实施例参数制作的辊环硬度90HSD，抗拉强度：920MPa；抗弯强度：1260MPa ，延伸率％：0.54。
实施例2
一种棒材轧机减定径机组用辊环，其特征在于：包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在中频炉熔炼。
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1650℃，准备出炉；两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；其中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1450℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1470℃。
步骤d，当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机。
步骤e，当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整。
步骤f，机械加工并进行热处理，具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，然后进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行特殊热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品。
其中退火去应力具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到550℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉。
特殊热处理参数具体步骤为：（辊环辊身直径480mm）
1、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1120℃保温，高温淬火保温时间4h；
2、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度460℃；
3、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为550℃，回火保温时间18h。
本实施例参数制作的辊环硬度87HSD，抗拉强度：960MPa；抗弯强度：1320MPa，延伸率％：0.56。
实施例3
一种棒材轧机减定径机组用辊环，其特征在于：包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。
棒材轧机减定径机组用辊环的制备方法包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在中频炉熔炼。
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1600℃以上，准备出炉；两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；其中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1480℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1500℃。
步骤d，当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机。
步骤e，当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整。
步骤f，机械加工并进行热处理，具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，然后进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行特殊热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品。
其中退火去应力处理具体过程为：
将清整完的辊环进行退火去应力处理，采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到600℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉。
特殊热处理具体过程： （辊环辊身直径520mm）
1、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1100℃～1200℃保温，高温淬火保温时间6h；
2、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度500℃；
3、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为565℃，回火保温时间20h。
本实施例参数制作的辊环硬度89HSD，抗拉强度：950MPa；抗弯强度：1280MPa，延伸率％：0.53。

Claims (1)

1.一种棒材轧机减定径机组用辊环，其特征在于：包括采用离心铸造方法制备而成的由辊环外层和辊环内层，辊环外层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.20%，Si 0.20～1.00%，Mn 0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 3.00～8.00%，Ni 0.30～1.50%，Mo 3.00～8.00%，V 2.00～8.00%，W 2.00～8.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，辊环内层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C 1.50～2.00%，Si 0.60～1.80%，Mn0.20～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质；
包括以下步骤：
步骤a，将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别熔炼；
步骤b，熔炼完毕后将辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水均提高到1600℃以上，准备出炉；
步骤c，根据辊环使用的工作层厚度计算出辊环外层和辊环内层钢水浇注量，采用离心浇注法，依次将熔炼好的外层钢水和内层钢水浇注入旋转的模型中形成辊环；
步骤d，停止离心机，将模型吊下离心机；
步骤e，开箱并将辊环吊出清整；
步骤f，机械加工并进行热处理；
步骤c中辊环外层高合金钢水的浇注温度为1420～1480℃，离心浇注的离心重力倍数为80G；当模型腔温度降至1250℃时，浇入辊环内层低合金钢水，浇注温度1450～1500℃；步骤e当模型表面温度降至500℃时，开箱将辊环毛坯放入保温材料中缓慢降温，降至室温后，将辊环吊出清整；步骤f具体过程为：将清整完的辊环进行退火去应力处理，然后进行粗加工至规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯进行热处理，热处理完后检验辊环，合格后进行精加工至成品；
退火去应力处理采用电阻炉以15℃/min升温速度将辊环加热到550℃～650℃，然后进行保温，保温时间12h，保温结束后以15℃/min的速率降温至100℃出炉；
所述热处理的具体步骤包括：
步骤A、高温淬火，经过粗加工后的半成品辊环在空气炉中升温至1100℃～1200℃保温，高温淬火保温时间根据公式t=（0.5～3.5）φ/100+（1～5）确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h，φ表示半成品辊环辊身直径mm；
步骤B、冷却，半成品辊环高温出炉后在辊环旋转装置上首先进行吹风冷却至600℃，吹风结束后，进行空冷，终冷温度400℃～500℃；
步骤C、高温回火，冷却后的半成品辊环放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至100℃出炉，回火温度为500℃～600℃，回火保温时间16-26h；
步骤d当模型腔温度降至1200℃时，停止离心机，将模型吊下离心机；
辊环外层高合金钢水和辊环内层低合金钢水分别在中频炉熔炼，两座中频炉出炉顺序为，先出辊环外层高合金钢水，10分钟后出辊环内层低合金钢水。
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