CN111394645B - 高铬铸铁轧辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高铬铸铁轧辊及其制备方法，所述高铬铸铁轧辊包括由内至外依次排布的芯部、中间层和工作层，所述工作层各合金成分按质量百分比计为：C：2.5～3.3％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，Cr：12～18％，Ni：1.0～2.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，P：＜0.05％，S：＜0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明所述的高铬铸铁轧辊的工作层可具有较高硬度，能提高轧材质量，降低轧辊消耗。

Description

高铬铸铁轧辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及轧辊技术领域，特别涉及一种高铬铸铁轧辊，本发明还涉及该高铬铸铁轧辊的制备方法。
背景技术
轧辊是轧钢生产过程中重要的消耗备件之一，轧辊消耗约为轧钢生产成本的5％～15％。如果考虑因轧辊消耗带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。
轧辊通常包括芯部和位于芯部外侧的工作层，部分轧辊还在芯部和工作层之间设置有中间层。其中，高铬铸铁轧辊是轧辊中的常见轧辊，现有高铬铸铁轧辊中，因基体组织中合金含量高，残余奥氏体不易转变，成品组织中残余奥氏体量较大，轧辊耐磨性降低，且再使用过程中残余奥氏体转变增加应力可能会增加轧辊事故风险，影响轧材质量，而且轧辊损坏率高、消耗量大，增加了产品成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高铬铸铁轧辊，以可具有较好的使用效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高铬铸铁轧辊，包括由内至外依次排布的芯部、中间层和工作层，所述工作层各合金成分按质量百分比计为：C：2.5～3.3％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，Cr：12～18％，Ni：1.0～2.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，P：＜0.05％，S：＜0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，所述芯部采用球墨铸铁材质。
进一步的，所述中间层采用石墨钢材质。
进一步的，Cr的质量与C的质量的比值在5.0～5.5之间。
进一步的，所述工作层的原料包括高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的高铬铸铁轧辊，通过调整工作层碳含量与合金含量之间的比例，可以促进合金元素以碳化物的形式析出，进而降低奥氏体中的合金含量，可以更好的使奥氏体转变为回火马氏体，从而提高工作层的硬度，提高轧材质量，降低轧辊消耗。
本发明的另一目的在于提出一种如上述的高铬铸铁轧辊的制备方法，包括如下步骤：
将芯部、中间层、工作层的原料分别熔炼为钢水，其中，工作层钢水的温度提高至1550～1560℃，并保温30min；
向离心机的铸型内依次浇入工作层钢水、中间层钢水，在离心机静态时，向铸型内浇入芯部钢水；
取出成型的轧辊，使用保温套对轧辊的辊身进行保温处理，将辊身的冷却速度控制在10～15℃/h；
对轧辊进行回火处理。。
进一步的，对轧辊进行回火处理的过程包括：
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至520～530℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
本发明的高铬铸铁轧辊的制备方法的有益效果是：
本发明的制备方法，通过降轧辊浇筑后控温冷却，可实现在轧辊毛坯冷却过程中奥氏体中的合金元素析出，形成大量的二次碳化物，提高基体硬度及耐磨性。同时，相对于自然冷却的高铬铸铁轧辊，本发明的制备方法制备出来的铸态组织中，残余奥氏体含量较低，且残余奥氏体中合金元素也得到了降低，更有利于在后续回火过程中实现残余奥氏体向回火马氏体的转变，以可最终实现低残余奥氏体的高铬铸铁轧辊组织。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例涉及一种高铬铸铁轧辊，包括由内至外依次排布的芯部、中间层和工作层；其中，工作层中各合金成分按质量百分比计为：C：2.5～3.3％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，Cr：12～18％，Ni：1.0～2.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，P：＜0.05％，S：＜0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。且优选的，Cr的质量与C的质量的比值为5.0～5.5。
实施例一
一种高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、熔炼
工作层按照如下配比配料，C：2.5％，Si：0.6％，Mn：0.8％，Cr：12％，Ni：1％，Mo：1％，V：1％，P＜0.05％，S：＜0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
工作层钢水的熔炼，在中频感应炉中按照上述的元素质量百分含量加入高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料，当工作层各种元素成分全部达到工艺要求范围后，提高工作层钢水温度到1550～1560℃，例如1550℃，并保温30分钟，得到高铬铸铁工作层钢水。
在工作层钢水熔炼的同时，熔炼中间层钢水和芯部钢水，需要说明的是，本实施例中，中间层优选采用石墨钢材质，而芯部优选采用球墨铸铁材质，且中间层钢水和芯部钢水的熔炼，可参考现有技术，在此不再赘述。
本步骤中，通过将工作层钢水温度提高到1550℃，并保温30min，可充分消除工作层原料中的原始组织状态，使工作层钢水中各种合金元素均匀分布。
步骤b、离心铸造成型
使用卧式离心机浇筑高铬铸铁轧辊；
首先，将工作层钢水浇入离心机的铸型内；
其次，当工作层钢水凝固后，向铸型内浇入中间层钢水；
最后，在离心机停转的状态下，向铸型内浇入芯部钢水，通过芯部钢水对外层溶蚀实现芯部与工作层和中间层的冶金结合。
浇铸完毕后得到成型轧辊的毛坯。
本步骤中，通过先浇入工作层钢水后再浇入中间层钢水，最后再浇入芯部钢水，可以缓解工作层合金向球墨铸铁芯部扩散。
步骤c、控温缓降步骤
使用保温套对浇注得到的轧辊的辊身进行控温处理，将辊身的冷却速度控制在10～15℃/h，例如10℃/h，直至降至室温。
本步骤中，相比于现有技术中，浇注成型后的轧辊的辊身在空气中冷却，本实施例的轧辊的制备方法通过将辊身温度的下降速度控制在10℃/h，一方面使基体组织中较高的合金元素在缓慢的冷却过程中逐渐析出，降低铸态组织中固溶在基体中的合金元素，为残余奥氏体充分转变提供基础；另一方面通过控制辊身的温度缓慢下降，可以降低轧辊的铸造应力，可取消现有工艺中为了降低轧辊应力而进行的退火步骤。
步骤d、回火处理
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至520～530℃，例如520℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h，例如12℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，例如530℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h，例如12℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，例如530℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h，例如12℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
本步骤中，将对轧辊的回火处理分为三段进行，可通过一段回火和二段回火可使铸态组织中的残余奥氏体进一步转变为回火马氏体，三段回火可消除残余的铸造及热处理应力。
综上所述，相较于高铬铸铁轧辊生产流程，本实施例的高铬铸铁轧辊的制备方法取消了毛坯退回、差温预热、差温热处理这三个热处理阶段，能够将轧辊的整体热处理周期缩短50％以上，大大提高了生产效率，而且较长的热处理周期消耗大量的燃气、电能，因此，本实施例的制备方法能降低轧辊的成本，同时，本实施例的制备方案制备出的轧辊中，工作层基体中的残留奥体较低，使轧辊具有较高硬度，可提高轧材质量，降低轧辊损耗。
实施例二
一种高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、熔炼
工作层按照如下配比配料，C：2.7％，Si：0.8％，Mn：1％，Cr：14％，Ni：1.2％，Mo：1.2％，V：1.2％，P＜0.05％，S：＜0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
工作层钢水的熔炼，在中频感应炉中按照上述的元素质量百分含量加入高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料，当工作层各种元素成分全部达到工艺要求范围后，提高工作层钢水温度到1555℃，并保温30分钟，得到高铬铸铁工作层钢水。
在工作层钢水熔炼的同时，熔炼中间层钢水和芯部钢水。
步骤b、离心铸造成型
使用卧式离心机浇筑高铬铸铁轧辊；
首先，将工作层钢水浇入离心机的铸型内；
其次，当工作层钢水凝固后，向铸型内浇入中间层钢水；
最后，在离心机停转的状态下，向铸型内浇入芯部钢水，通过芯部钢水对外层溶蚀实现芯部与工作层和中间层的冶金结合。
浇铸完毕后得到成型轧辊的毛坯。
本步骤中，通过先浇入工作层钢水后再浇入中间层钢水，最后再浇入芯部钢水，可以缓解工作层合金向球墨铸铁芯部扩散。
步骤c、控温缓降步骤
使用保温套对浇注得到的轧辊的辊身进行控温处理，将辊身的冷却速度控制在12℃/h，直至降至室温。
步骤d、回火处理
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至525℃，保温20h，然后将轧辊温度按13℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至535℃，保温20h，然后将轧辊温度按13℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至535℃，保温20h，然后将轧辊温度按13℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
实施例三
一种高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、熔炼
工作层按照如下配比配料，C：3％，Si：0.9％，Mn：1.2％，Cr：15.6％，Ni：1.4％，Mo：1.5％，V：1.6％，P＜0.05％，S：＜0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
工作层钢水的熔炼，在中频感应炉中按照上述的元素质量百分含量加入高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料，当工作层各种元素成分全部达到工艺要求范围后，提高工作层钢水温度到1555℃，并保温30分钟，得到高铬铸铁工作层钢水。
在工作层钢水熔炼的同时，熔炼中间层钢水和芯部钢水。
步骤b、离心铸造成型
使用卧式离心机浇筑高铬铸铁轧辊；
首先，将工作层钢水浇入离心机的铸型内；
其次，当工作层钢水凝固后，向铸型内浇入中间层钢水；
最后，在离心机停转的状态下，向铸型内浇入芯部钢水，通过芯部钢水对外层溶蚀实现芯部与工作层和中间层的冶金结合。
浇铸完毕后得到成型轧辊的毛坯。
本步骤中，通过先浇入工作层钢水后再浇入中间层钢水，最后再浇入芯部钢水，可以缓解工作层合金向球墨铸铁芯部扩散。
步骤c、控温缓降步骤
使用保温套对浇注得到的轧辊的辊身进行控温处理，将辊身的冷却速度控制在13℃/h，直至降至室温。
步骤d、回火处理
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至525℃，保温20h，然后将轧辊温度按14℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至535℃，保温20h，然后将轧辊温度按14℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至535℃，保温20h，然后将轧辊温度按14℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
实施例四
一种高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、熔炼
工作层按照如下配比配料，C：3.3％，Si：1％，Mn：1.5％，Cr：18％，Ni：2％，Mo：2％，V：2％，P＜0.05％，S：＜0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
工作层钢水的熔炼，在中频感应炉中按照上述的元素质量百分含量加入高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料，当工作层各种元素成分全部达到工艺要求范围后，提高工作层钢水温度到1560℃，并保温30分钟，得到高铬铸铁工作层钢水。
在工作层钢水熔炼的同时，熔炼中间层钢水和芯部钢水。
步骤b、离心铸造成型
使用卧式离心机浇筑高铬铸铁轧辊；
首先，将工作层钢水浇入离心机的铸型内；
其次，当工作层钢水凝固后，向铸型内浇入中间层钢水；
最后，在离心机停转的状态下，向铸型内浇入芯部钢水，通过芯部钢水对外层溶蚀实现芯部与工作层和中间层的冶金结合。
浇铸完毕后得到成型轧辊的毛坯。
本步骤中，通过先浇入工作层钢水后再浇入中间层钢水，最后再浇入芯部钢水，可以缓解工作层合金向球墨铸铁芯部扩散。
步骤c、控温缓降步骤
使用保温套对浇注得到的轧辊的辊身进行控温处理，将辊身的冷却速度控制在15℃/h，直至降至室温。
步骤d、回火处理
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530℃，保温20h，然后将轧辊温度按15℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至540℃，保温20h，然后将轧辊温度按15℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至540℃，保温20h，然后将轧辊温度按15℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高铬铸铁轧辊的制备方法，其特征在于：
所述高铬铸铁轧辊包括由内至外依次排布的芯部、中间层和工作层，所述工作层各合金成分按质量百分比计为：C：2.5～3.3％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，Cr：12～18％，Ni：1.0～2.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，P：＜0.05％，S：＜0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质，且Cr的质量与C的质量的比值在5.0～5.5之间；
所述制备方法包括如下步骤：
将芯部、中间层、工作层的原料分别熔炼为钢水，其中，工作层钢水的温度提高至1550～1560℃，并保温29～31min；
向离心机的铸型内依次浇入工作层钢水、中间层钢水，在离心机静态时，向铸型内浇入芯部钢水；
取出成型的轧辊，使用保温套对轧辊的辊身进行保温处理，将辊身的冷却速度控制在10～15℃/h；
对轧辊进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的高铬铸铁轧辊的制备方法，其特征在于：所述芯部采用球墨铸铁材质。
3.根据权利要求2所述的高铬铸铁轧辊的制备方法，其特征在于：所述中间层采用石墨钢材质。
4.根据权利要求1所述的高铬铸铁轧辊的制备方法，其特征在于：所述工作层的原料包括高铬铸铁回炉料、生铁、废钢和合金配料。
5.根据权利要求1所述的高铬铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，对轧辊进行回火处理的过程包括：
一段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至520～530℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温；
二段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温；
三段回火，按照10℃/h将轧辊温度升温至530～540℃，保温20h，然后将轧辊温度按12～15℃/h降至室温，然后将轧辊出炉。
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