CN111647812A - 轧制轧辊坯专用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轧制轧辊坯专用钢，按质量百分比计包括如下的组分：C：1.5％‑1.60％，Si：0.1‑0.5％，Mn：0.6％‑0.7％，Cr：12.0％‑13.5％，Mo：0.5‑1.5％，W：≤0.2％，V：1.0‑1.3％，S：0.01‑0.05％，N：0.01％‑0.05％，O：≤0.005％，RE：0.105‑0.15％，余量为铁和杂质。本发明同时也涉及有该轧制轧辊坯专用钢的制备方法，且本发明所述的轧制轧辊坯专用钢采用如上的组分构成，利用各元素之间的结合，能够改善轧辊坯材料的组织性能，而可使制成的轧辊有着较好的硬度。

Description

轧制轧辊坯专用钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种轧制轧辊坯专用钢，同时，本发明也涉及有该轧制轧辊坯专用钢的制备方法。
背景技术
轧辊是轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具，轧辊主要由辊身、辊颈和轴头三部分组成，辊身是实际参与轧制金属的轧辊中间部分，它具有光滑的圆柱形或带轧槽的表面。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架，传动端轴头通过连接轴与齿轮座相连，将电动机的转动力矩传递给轧辊。轧辊在轧机机架中可呈二辊、三辊、四辊或多辊形式排列。轧机上使用的轧辊是由轧辊坯加工得来的，轧辊质量的好坏与轧辊坯有着紧密的联系，而目前的轧辊坯多存在材料硬度不佳的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种轧制轧辊坯专用钢，以可使制成的轧辊有着较好的硬度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种轧制轧辊坯专用钢，按质量百分比计包括如下的组分：C：1.5％-1.60％，Si：0.1-0.5％，Mn：0.6％-0.7％，Cr：12.0％-13.5％，Mo：0.5-1.5％，W：≤0.2％，V：1.0-1.3％，S：0.01-0.05％，N：0.01％-0.05％，O：≤0.005％，RE：0.105-0.15％，余量为铁和杂质。
进一步的，所述组分RE包括按质量百分比计包括如下元素：镧元素：40％，铈元素：35％，稀土镁合金元素：25％，且所述稀土镁合金采用钇基稀土镁合金。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的轧制轧辊坯专用钢采用如上的组分构成，通过加入锰元素，可提高轧辊坯材料的强度和硬度，并可使其具有足够的韧性，通过限制氧元素的含量，可提高钢水纯净度，使之形成较好的内部组织，而通过加入稀土元素，则可有效提高材料本身的高温强度，并改善钢锭铸态组织及成品材料退火组织。由此利用所采用的各元素之间的结合，能够改善轧辊坯材料的组织性能，而可使制成的轧辊有着较好的硬度。
本发明的另一目的在于提出上述轧制轧辊坯专用钢的制备方法，且其采用电渣重熔工艺，并包括有原料冶炼步骤、浇注锭型步骤、锭型锻打步骤，以及开坯轧制步骤和退火处理步骤，其中，原料冶炼步骤中，入炉原料总量在2.95-3.05t之间，组分RE被制成直径0.5-1.0mm的细丝，并采用喂丝机喂入钢包中，且冶炼过程中炉内充氩压强在5×103-6×103Pa之间，同时，冶炼过程中分批次投入脱氧剂，且在每次投入脱氧剂后使钢包内钢液振荡。
进一步的，所述钢包内钢液的振荡通过采用敲击装置敲击钢包外侧实现，且所述敲击装置敲击周期0.1s，每次敲击时间30-45s。
进一步的，所述敲击装置为环绕所述钢包布置的多个。
进一步的，所述敲击装置在敲击的同时沿所述钢包高度方向往复移动。
进一步的，所述钢包内钢液的振荡通过电磁振荡实现。
进一步的，所述锭型锻打步骤中，上砧采用平砧，下砧采用靠近一侧构造有倒梯形槽口的C型砧，锻打火次为5火次，且每次钢锭加热温度在1080℃-1100℃，保温6-8h，每次锻打中互为90°两次放扁，且宽高比≥1.5。
进一步的，所述开坯轧制步骤中，轧制前钢锭温度1020-1050℃，轧制终了温度在900-920℃，每道次轧制变形量在20-30mm，且轧制后采用风冷冷却，冷却速度为0.5-5.0℃/s。
进一步的，所述退火处理步骤包括：
a、将钢锭加热至770℃，升温速度为60-80℃/h，并保温5-6h；
b、继续升温至860℃，升温速度为60-80℃/h，并保温6-8h；
c、快速冷却至740℃，冷却速度为50-80℃/h；
d、缓降至650℃，冷却速度为8℃/h；
e、快速冷却至580℃，冷却速度为50-80℃/h，并等温1-2h.；
f、以80-100℃/h升温至760℃，并保温4-6h；
g、缓降至650℃，冷却速度10-15℃/h。
本发明上述的制备方法中，采用喂丝方式进行稀土成分的添加，可保证稀土成分的使用效果，控制炉内充氩压强可防止锰元素挥发，使锰含量较高，而能够较好的提高材料的硬度。
此外，通过钢液振荡的方式，可在冶炼中使得加入的脱氧剂在钢液中充分均匀分布，且均匀上浮，以提高脱氧剂的效能，降低氧含量。通过采用上平砧下C型砧的结构形式，可防止加入的S元素锻造裂纹对钢锭热塑性的影响。而轧制后冷却速度的选择，可使得材料退火前组织基本为马氏体结构，组织均匀，由此可采用较低的退火温度及相对较短的退火周期，并可实现退火组织均匀合格。而通过上述的退火处理步骤，能够使材料得到很好的热处理效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的敲击装置的布置示意图；
图2为本发明实施例所述的上下砧的造型示意图；
图3为本发明实施例所述的退火处理的流程图；
附图标记说明：
10-钢包，20-底座，30-立柱，40-驱动器，50-支架，60-敲击装置，70-上砧，80-下砧，90-槽口。
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。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例涉及一种轧制轧辊坯专用钢，按质量百分比计，该专用钢包括有如下的组分：C：1.5％-1.60％，Si：0.1-0.5％，Mn：0.6％-0.7％，Cr：12.0％-13.5％，Mo：0.5-1.5％，W：≤0.2％，V：1.0-1.3％，S：0.01-0.05％，N：0.01％-0.05％，O：≤0.005％，RE：0.105-0.15％，余量为铁和杂质。
其中，上述组分RE具体包括按质量百分比计包括如下元素：镧元素：40％，铈元素：35％，稀土镁合金元素：25％。而所述稀土镁合金元素则为采用钇基稀土镁合金。
在具体制备时，本实施例的轧制轧辊坯专用钢的组分构成例如可是按质量百分比计包括：C：1.5％，Si：0.1％，Mn：0.6％％，Cr：12.0％％，Mo：0.5％，W：0.1％，V：1.0％，S：0.01％，N：0.01％％，O：0.002％，RE：0.105％，余量为铁和杂质。
或者，本实施例的轧制轧辊坯专用钢的组分构成例如可是按质量百分比计包括：C：1.55％，Si：0.25％，Mn：0.65％，Cr：13％，Mo：1.0％，W：0.15％，V：1.2％，S：0.03％，N：0.02％，O：0.003％，RE：0.12％，余量为铁和杂质。
或者，本实施例的轧制轧辊坯专用钢的组分构成例如可是按质量百分比计包括：C：1.58％，Si：0.4％，Mn：0.63％，Cr：12.5％，Mo：0.8％，W：0.15％，V：1.15％，S：0.02％，N：0.04％，O：0.003％，RE：0.14％，余量为铁和杂质。
或者，本实施例的轧制轧辊坯专用钢的组分构成例如可是按质量百分比计包括：C：1.60％，Si：0.5％，Mn：0.7％，Cr：13.5％，Mo：1.5％，W：0.2％，V：1.3％，S：0.05％，N：0.05％，O：0.005％，RE：0.15％，余量为铁和杂质。
本实施例的轧制轧辊坯专用钢采用如上的组分构成，其通过加入的锰元素，可提高轧辊坯材料的硬度，并可使其具有足够的韧性，通过限制氧元素的含量，可提高钢水纯净度，使之形成较好的内部组织，且通过加入的稀土元素，则可有效提高材料本身的高温强度，并改善钢锭铸态组织及成品材料退火组织。
由此，本实施例利用所采用的各元素之间的结合，进而能够达到改善轧辊坯材料的组织性能，使得制成的轧辊有着较好的硬度的目的。
本实施例上述的轧制轧辊坯专用钢在制备时，且具体采用电渣重熔工艺，并包括有原料冶炼步骤、浇注锭型步骤、锭型锻打步骤，以及开坯轧制步骤和退火处理步骤。
其中，需要说明的是，在整体制备过程中，除了以下特别描述所涉及的各步骤中的工艺方法，其它未提及的设备采用及操作方法等，均参见现有轧辊用钢的电渣重熔冶炼，及后续的钢锭处理工艺方式即可。
在原料冶炼步骤中，本实施例的专用钢的入炉原料总量控制在2.95-3.05t之间，且例如可为2.95t、2.98t、3.0t或3.02t、3.05t。采用原料总量的控制，主要是考虑到以下的钢液振荡需要，以能够通过下述的机械敲击振荡，或者电磁振荡的方式，达到设计的钢液振荡需求。
此外，原料冶炼温度一般在1460-1470℃之间选择便可。而本实施例中，上述组分RE也被制成直径为0.5-1.0mm，例如0.5mm、0.6mm、0.8mm或1.0mm等直径的细丝，并采用喂丝机喂入钢包中。同时，冶炼过程中炉内充氩压强在5×103-6×103Pa之间，且例如可为5×103Pa、5.2×103Pa、5.5×103Pa、5.8×103Pa或6×103Pa。另外，冶炼过程中也分批次投入脱氧剂，脱氧剂具体可采用铝粒或铝线进行脱氧，总投入量控制在吨钢0.045-0.055％，并且在每次投入脱氧剂后本实施例也使得钢包内钢液振荡。
此时，作为一种可行方式，钢包内钢液的振荡例如可通过采用敲击装置敲击钢包外侧实现，且敲击装置敲击周期为0.1s，每次敲击时间30-45s。
详细来说，如图1所示，可为将钢包10放置于底座20上，在底座20的一侧竖立固定有两个立柱30，两个立柱30分置于两相对侧，且在两个立柱30之间设置有支架50，支架50可上下滑动的设于两个立柱30上，并在驱动器40的驱动下，也能够使得支架50沿立柱30上下滑动。
其中，驱动器40一般可采用电机，而且其也可经由转动布置于立柱30内的丝杠结构和支架50螺接配合，进而在驱动器40转动驱使下，实现支架50的上下滑动。当然，除了电机及丝杠的结构形式，本实施例对支架50上下滑动的驱使，也可采用现有技术中的其它适宜的结构形式。
本实施例中，敲击装置60为环绕钢包10布置的多个，其数量可依支架50尺寸及所产生的钢液振动状态进行设置，且该敲击装置60例如可采用气动振动锤，或者电磁振动结构等。此外，通过对各敲击装置的控制，本实施例可在实际运行中，选择多个敲击装置60同步敲击，或者使得各敲击装置60依次序进行敲击等，其具体可视钢包10内钢液的振荡形态进行选择，以能够使钢液形成较为平稳的振荡，避免钢液外溅即可。
通过以上所述的在驱动器40带动下的支架50的可上下滑动，本实施例也便使得各敲击装置60在敲击的同时也沿钢包10的高度方向往复移动。由此，能够使得各处钢液均形成较好的振荡效果，以有利于提升脱氧剂的作用效果。
当然，需要指出的是，除了上述的机械敲击振荡，本实施例亦可采用电磁振荡实现钢包10内钢液的振荡。而电磁振荡结构参见现有的电磁振荡设备，并依据钢包10规格采用适宜型号的设备便可。
本实施例的浇注锭型步骤中，锭型的直径一般在170-220mm之间。
本实施例在锭型锻打步骤中，如图2所示的，锻打装置中的上砧70采用平砧，下砧80则采用靠近其一侧构造有倒梯形的槽口90的C型砧。此外，锻打步骤中的锻打火次为5火次，且每次钢锭加热温度在1080℃-1100℃，保温6-8h。具体上，例如每次钢锭加热温度采用1080℃、保温7h，或者1085℃、保温6.5h，或者1100℃、保温6h。另外，每次锻打中采用互为90°两次放扁，且宽高比≥1.5，例如可为1.5、1.6或1.8。。
本实施例的开坯轧制步骤中，具体实行控温变形，轧制前钢锭温度在1020-1050℃，轧制终了温度在900-920℃，且每道次轧制变形量控制在20-30mm。具体来说，例如轧制前钢锭温度1020℃，轧制终了温度900℃，且每道次轧制变形量22mm，或者，轧制前钢锭温度1025℃，轧制终了温度910℃，且每道次轧制变形量25mm，或者，轧制前钢锭温度1020℃，轧制终了温度920℃，且每道次轧制变形量25mm。
此外，本实施例轧制后采用风冷冷却，冷却速度为0.5-5.0℃/s，并具体可为0.5℃/s、1.0℃/s、2.0℃/s、2.5℃/s、3.0℃/s、4.0℃/s或5.0℃/s。
在轧制后的冷却过程中，若冷却速度＜0.1℃/s，材料退火前组织为珠光体组织，退火组织均匀，但是在晶界位置容易析出网状碳化物，大大降低轧辊坯的使用寿命。冷却速度为0.1-0.4℃/s时，材料退火前组织为混合组织(贝氏体、珠光体及马氏体)，不同原始组织经过形同退火工艺后形成的退火组织均匀性差，会严重影响材料的组织性能的均匀性，造成退火组织不合格，并且若想实现退火组织均匀需要较高退火温度及很长的退火周期。
冷却速度控制为0.5-5.0℃/s时，材料退火前组织为基本为马氏体结构，组织均匀，可采用较低退火温度及相对较短的退火周期及可实现退火组织均匀合格。
而如果冷却速度＞5℃/s，材料存在应力裂风险极大，容易造成整批材料报废。
因此，本实施例以上轧制后冷却速度的选择，能够满足轧辊坯材料的组织要求，且也对后续的退火处理工艺有利。
本实施例的退火处理过程也包括有下述的步骤：
步骤a：将钢锭加热至770℃，升温速度为60-80℃/h，并保温5-6h；
步骤b：继续升温至860℃，升温速度为60-80℃/h，并保温6-8h；
步骤c：快速冷却至740℃，冷却速度为50-80℃/h；
步骤d：缓降至650℃，冷却速度为8℃/h；
步骤e：快速冷却至580℃，冷却速度为50-80℃/h，并等温1-2h.；
步骤f：以80-100℃/h升温至760℃，并保温4-6h；
步骤g：缓降至650℃，冷却速度10-15℃/h。
上述的退火处理过程可如图3所示，具体而言，步骤a将材料加热至T1的770℃，升温速度例如可为60℃/h、65℃/h或80℃/h，且保温时间可为5h、5.5h或6h。
步骤b继续升温至T2的860℃，升温速度例如可为60℃/h、65℃/h或80℃/h，且保温时间可为6h、7h或8h。此时，低温长时间的球化工艺既能保证片状珠光体消失，又能保留一部分未完全溶于奥氏体的碳化物，作为球化核心，最终形成均匀粗大的颗粒状碳化物的正常球化组织，且对后续的冷却速度要求交宽松。
步骤c快速冷却至T3的740℃，冷却速度例如可为50℃/h、55℃/h、60℃/h、70℃/h或80℃/h。步骤d缓降至T4的650℃，且冷却速度为8℃/h。步骤e继续快冷至T5的580℃，然后等温1h、1.5h或2h，如此可确保退火炉内料温均匀。
步骤f以例如80℃/h、85℃/h、90℃/h或100℃/h再升温到T6的760℃，且保温时间可为4h、5h、5.5h或6h，此时可确保材料充分发生珠光体转变。步骤g缓冷至T7的650℃，且冷却速度严格控制为10-15℃/h之间，且例如可为10℃/h、12℃/h、12.5℃/h或14℃/h、15℃/h，冷却太快，碳化物颗粒太细，并有形成片状碳化物的可能，会导致硬度偏高，而冷却过慢的话，碳化物颗粒则又会过于粗大。
步骤g缓冷至650℃之后，使得轧辊坯空冷至室温便可。
本实施例通过以上制备方法所制备的轧辊坯，经检测，其退火硬度在200-220HB，且退火球化级别为3-4级，能够达到交货需求。而且，后续客用加工成型后进行淬火，其淬火硬度也在61.0±0.5HRC，可很好的用于轧制工作使用。
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 (10)

1.一种轧制轧辊坯专用钢，其特征在于：按质量百分比计包括如下的组分：C：1.5％-1.60％，Si：0.1-0.5％，Mn：0.6％-0.7％，Cr：12.0％-13.5％，Mo：0.5-1.5％，W：≤0.2％，V：1.0-1.3％，S：0.01-0.05％，N：0.01％-0.05％，O：≤0.005％，RE：0.105-0.15％，余量为铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的轧制轧辊坯专用钢，其特征在于：所述组分RE包括按质量百分比计包括如下元素：镧元素：40％，铈元素：35％，稀土镁合金元素：25％，且所述稀土镁合金采用钇基稀土镁合金。
3.一种轧制轧辊坯专用钢的制备方法，采用电渣重熔工艺，并包括有原料冶炼步骤、浇注锭型步骤、锭型锻打步骤，以及开坯轧制步骤和退火处理步骤，其特征在于：原料冶炼步骤中，入炉原料总量在2.95-3.05t之间，组分RE被制成直径0.5-1.0mm的细丝，并采用喂丝机喂入钢包中，且冶炼过程中炉内充氩压强在5×103-6×103Pa之间，同时，冶炼过程中分批次投入脱氧剂，且在每次投入脱氧剂后使钢包内钢液振荡。
4.根据权利要求3所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述钢包内钢液的振荡通过采用敲击装置敲击钢包外侧实现，且所述敲击装置敲击周期0.1s，每次敲击时间30-45s。
5.根据权利要求4所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述敲击装置为环绕所述钢包布置的多个。
6.根据权利要求5所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述敲击装置在敲击的同时沿所述钢包高度方向往复移动。
7.根据权利要求3所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述钢包内钢液的振荡通过电磁振荡实现。
8.根据权利要求3所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述锭型锻打步骤中，上砧采用平砧，下砧采用靠近一侧构造有倒梯形槽口的C型砧，锻打火次为5火次，且每次钢锭加热温度在1080℃-1100℃，保温6-8h，每次锻打中互为90°两次放扁，且宽高比≥1.5。
9.根据权利要求3所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述开坯轧制步骤中，轧制前钢锭温度在1020-1050℃，轧制终了温度在900-920℃，每道次轧制变形量在20-30mm，且轧制后采用风冷冷却，冷却速度为0.5-5.0℃/s。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的轧制轧辊坯专用钢的制备方法，其特征在于：所述退火处理步骤包括：
a、将钢锭加热至770℃，升温速度为60-80℃/h，并保温5-6h；
b、继续升温至860℃，升温速度为60-80℃/h，并保温6-8h；
c、快速冷却至740℃，冷却速度为50-80℃/h；
d、缓降至650℃，冷却速度为8℃/h；
e、快速冷却至580℃，冷却速度为50-80℃/h，并等温1-2h.；
f、以80-100℃/h升温至760℃，并保温4-6h；
g、缓降至650℃，冷却速度10-15℃/h。
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