CN112795838B - 一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环及其制备方法，所述辊环为两层离心复合结构，外层材质为高速钢，芯部材质为石墨钢；本发明制备出的万能水平辊环、立辊环组织细小，碳化物弥散度高，相对耐磨性达到常规半钢辊环的5倍以上。

Description

一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环及其制备方法，属于高性能材料技术领域。
背景技术
随着型钢厂轧制产量和生产效率的不断提高，对辊环综合性能提出了更高的要求，现有技术中，常规半钢万能辊环出现在机周期短、下机辊面粗糙的问题，严重制约了型钢轧线产能提升。高速钢材质具有高耐磨、红硬性良好的特点，同时，针对型钢轨梁万能辊环外层厚度大，铸造及热处理工序均容易发生开裂的问题，需针对万能辊环设计专用高速钢材质及制备工艺。
如何设计合理的高速钢万能辊环化学成分范围，如何确定制备工艺，都是开发高速钢万能辊环的关键。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环及其制备方法，能够提高型钢轨梁用万能辊环的耐磨性，改善辊环下机辊面质量，提升轧辊质量，降低轧辊消耗量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环，所述辊环为两层离心复合结构，外层材质为高速钢，芯部材质为石墨钢；
所述外层高速钢化学成分范围：C：0.90～1.60，Si：0.30～1.00，Mn：0.50～0.80，P≤0.05，S≤0.05，Cr：4.00～8.00，Ni：0.3～1.20，Mo：2.00～8.00，V：3.00～8.00，W：0.50～1.50，Nb：0.20～1.00，其他杂质元素Cu+Mg+Ti≤0.50；
芯部石墨钢化学成分范围：C：1.20～1.50，Si：1.40～2.00，Mn：0.60～1.30，P≤0.05，S≤005，Cr：≤1.00，Ni≤2.00，Mo：≤1.00。
本发明技术方案的进一步改进在于：包括如下制备方法：
步骤A：利用电磁感应炉熔炼高速钢水及芯部石墨钢水，外层高速钢水温度达到一定温度后出炉，在型腔内离心浇注外层高速钢，型腔温度达到1100～1150℃时浇注芯部石墨钢水，完成浇注；
步骤B：浇注完毕一段时间后即进行开箱取出毛坯辊环，迅速放入高温电阻炉内进行保温；
步骤C：保温结束后以一定的速度进行降温，达到室温即可进行卸炉；
步骤D：对毛坯辊环进行粗加工后得到粗加工辊环，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm；
步骤E：先对粗加工辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，然后进行热处理即可。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中外层高速钢水温度达到1600～1650℃出炉，在1400～1450℃时进行离心浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中芯部石墨钢水在外层高速钢水浇注完毕后即进行出钢。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中芯部石墨钢水出钢温度为1650～1700℃，浇注温度为1500～1550℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中开箱为冷开箱或热开箱；
所述热开箱为浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温；
所述冷开箱为浇注完毕后冷型外围包裹陶瓷纤维，150～200h后进行冷开箱，冷开箱后以5～15℃/h升温速率升温至保温温度进行保温。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中保温温度650～750℃，保温时间≥20h。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中以≤10℃/h的速度进行降温。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中的热处理步骤为：采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～8h，保温结束出炉，吹风50～80min至辊环表面温度为500～510℃，空冷，空冷至450～460℃后装炉回火。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中回火温度为520～540℃，保温时间30h，连续回火2～3次。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明根据万能辊环使用条件，对外层材料及芯部材料进行了区分设计，外层材料选用高耐磨、高红硬性的高速钢材质，芯部材料选用含有润滑相石墨的石墨钢材质，既保证了直接与型钢、轨梁板材直接接触的外层材料的高耐磨性，又保证了芯部良好韧性，保证在装配时承受过盈装配力及使用过程中承受的扭矩及弯辊力。通过在热处理过程中及时对内孔进行保护，合理选取热处理工艺等方式，最终研究出高速钢万能辊环。
附图说明
图1是本发明放大500倍的高速钢万能辊环金相图片。
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：
一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环，所述辊环为两层离心复合结构，外层材质为高速钢，芯部材质为石墨钢；
所述外层高速钢化学成分范围：C：0.90～1.60，Si：0.30～1.00，Mn：0.50～0.80，P≤0.05，S≤0.05，Cr：4.00～8.00，Ni：0.3～1.20，Mo：2.00～8.00，V：3.00～8.00，W：0.50～1.50，Nb：0.20～1.00，其他杂质元素Cu+Mg+Ti≤0.50；
芯部石墨钢化学成分范围：C：1.20～1.50，Si：1.40～2.00，Mn：0.60～1.30，P≤0.05，S≤005，Cr：≤1.00，Ni≤2.00，Mo：≤1.00。
一种用于型钢轨梁轧线的万能轧机高速钢辊环的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1600～1650℃出炉，在钢水温度达到1400～1450℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1100～1150℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1650～1700℃，浇注温度1500～1550℃。
步骤B：浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度650～750℃，保温时间≥20h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。
步骤C：对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm。
步骤D：对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～8h，保温结束出炉，吹风50～80min至辊环表面温度500～510℃空冷，空冷至450～460℃装炉回火。回火温度520～540℃，保温时间30h，连续回火2～3次。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1630℃出炉，在钢水温度达到1420℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1130℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1680℃，浇注温度1525℃。实际外层化学成分：C：1.05，Si：0.36，Mn：0.62，P:0.032，S:0.021，Cr：4.56，Ni：0.92，Mo：3.56，V：3.30，W：1.50，Nb：0.60。浇注完毕13h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间25h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量15mm，内孔直径方向留量25mm，高度方向留量15mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间6h，保温结束出炉，吹风60min至辊环表面温度500℃空冷，空冷至455℃装炉回火。回火温度530℃，保温时间30h，连续回火2次。
图1为实施例1高速钢辊环显微组织图片，白色物相为碳化物，从图中可以看出，碳化物呈细小的颗粒状，组织为马氏体、残奥+碳化物，较半钢珠光体基体强度明显提高。在放大500倍的情况下，碳化物网状被打破，呈细小弥散分布，有利于基体的均匀磨损。
实施例2
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1645℃出炉，在钢水温度达到1435℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1125℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1670℃，浇注温度1523℃。实际外层化学成分：C：1.09，Si：0.39，Mn：0.69，P:0.022，S:0.026，Cr：4.56，Ni：0.79，Mo：4.05，V：3.90，W：1.26，Nb：0.45。浇注完毕15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度745℃，保温时间23h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量13mm，内孔直径方向留量22mm，高度方向留量13mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间5h，保温结束出炉，吹风55min至辊环表面温度505℃空冷，空冷至453℃装炉回火。回火温度525℃，保温时间32h，连续回火3次。
实施例3
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1640℃出炉，在钢水温度达到1432℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1125℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1670℃，浇注温度1523℃。实际外层化学成分：C：1.15，Si：0.45，Mn：0.61，P:0.022，S:0.026，Cr：4.32，Ni：0.89，Mo：4.45，V：4.00，W：1.36，Nb：0.49。浇注完毕12h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间22h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量12mm，内孔直径方向留量23mm，高度方向留量16mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间7h，保温结束出炉，吹风58min至辊环表面温度508℃空冷，空冷至453℃装炉回火。回火温度520℃，保温时间32h，连续回火3次。
实施例4
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1630℃出炉，在钢水温度达到1430℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1128℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1675℃，浇注温度1520℃。实际外层化学成分：C：1.18，Si：0.48，Mn：0.65，P:0.025，S:0.016，Cr：4.12，Ni：0.85，Mo：4.25，V：3.56，W：1.26，Nb：0.39。浇注完毕13h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间22h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量13mm，内孔直径方向留量21mm，高度方向留量15mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间7h，保温结束出炉，吹风58min至辊环表面温度508℃空冷，空冷至453℃装炉回火。回火温度530℃，保温时间32h，连续回火2次。
实施例5
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1635℃出炉，在钢水温度达到1432℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1129℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1678℃，浇注温度1525℃。实际外层化学成分：C：1.19，Si：0.49，Mn：0.68，P:0.028，S:0.026，Cr：4.32，Ni：0.55，Mo：4.35，V：3.86，W：1.36，Nb：0.49。浇注完毕14h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间23h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量15mm，内孔直径方向留量23mm，高度方向留量18mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间6h，保温结束出炉，吹风55min至辊环表面温度503℃空冷，空冷至455℃装炉回火。回火温度5250℃，保温时间32h，连续回火3次。
实施例6
利用电磁感应炉熔炼外层及芯部钢水，钢水温度达到1636℃出炉，在钢水温度达到1433℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1139℃时浇注芯部钢水，芯部钢水为石墨钢，芯部钢水在外层钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1675℃，浇注温度1523℃。实际外层化学成分：C：1.29，Si：0.43，Mn：0.65，P:0.028，S:0.026，Cr：4.32，Ni：0.65，Mo：4.55，V：3.66，W：1.26，Nb：0.59。浇注完毕14h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间22h，保温结束以≤10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量14mm，内孔直径方向留量22mm，高度方向留量19mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间7h，保温结束出炉，吹风55min至辊环表面温度501℃空冷，空冷至455℃装炉回火。回火温度520℃，保温时间33h，连续回火3次。
对照例1
对照例1为常规半钢辊环。
对照例2
对照例2是在实施例1基础上，外层高速钢水出钢温度变为1700℃，浇注温度为1500℃，其余参数不变。
取实施例1～实施例6、对照例1、2产品进行试样拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准GB/T1503～2008。检测结果见表1。
表1实施例产品拉伸力学性能检测结果
Figure BDA0002816699090000081
通过对高速钢辊环与半钢辊环进行性能对比，通过对比发现，高速钢辊环宏观硬度高达HSD80-90以上，明显高于其他对照例辊环宏观硬度；同时，表征使用性能的相对耐磨性，高速钢辊环相对耐磨性可达到半钢辊环的5倍以上，使用寿命大大提高。
同时，对比对照例2与实施例样品检测结果，对照例2出钢及浇注温度均高于实施例样品，出现宏观硬度略有下降，耐磨性及抗热裂性均略有下降，分析在浇注温度过高影响型腔内的凝固速率，晶粒变粗，降低材质耐磨性及抗热裂性能。
根据性能检测结果，新研发的高速钢辊环较半钢辊等常规材质辊环性能大大提高。

Claims (4)

1.一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环的制备方法，其特征在于：所述辊环为两层离心复合结构，外层材质为高速钢，芯部材质为石墨钢；
所述外层高速钢化学成分范围：C：0.90～1.29，Si：0.30～1.00，Mn：0.50～0.80，P≤0.05，S≤0.05，Cr：4.00～8.00，Ni：0.3～1.20，Mo：2.00～8.00，V：3.00～8.00，W：0.50～1.50，Nb：0.20～1.00，其他杂质元素Cu+Mg+Ti≤0.50；
芯部石墨钢化学成分范围：C：1.20～1.50，Si：1.40～2.00，Mn：0.60～1.30，P≤0.05，S≤005，Cr：≤1.00，Ni≤2.00，Mo：≤1.00；
包括如下制备方法：
步骤A：利用电磁感应炉熔炼高速钢水及芯部石墨钢水，外层高速钢水温度达到一定温度后出炉，在型腔内离心浇注外层高速钢，型腔温度达到1100～1150℃时浇注芯部石墨钢水，完成浇注；所述步骤A中芯部石墨钢水出钢温度为1650～1700℃，浇注温度为1500～1550℃；
步骤B：浇注完毕一段时间后即进行开箱取出毛坯辊环，迅速放入高温电阻炉内进行保温；所述步骤B中保温温度650～750℃，保温时间≥20h；
步骤C：保温结束后以≤10℃/h的速度进行降温，达到室温即可进行卸炉；
步骤D：对毛坯辊环进行粗加工后得到粗加工辊环，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm；
步骤E：先对粗加工辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，然后进行热处理即可；
热处理步骤为：采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～8h，保温结束出炉，吹风50～80min至辊环表面温度为500～510℃，空冷，空冷至450～460℃后装炉回火；回火温度为520～540℃，保温时间30h，连续回火2～3次。
2.根据权利要求1所述的一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环的制备方法，其特征在于：所述步骤A中外层高速钢水温度达到1600～1650℃出炉，在1400～1450℃时进行离心浇注。
3.根据权利要求1所述的一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环的制备方法，其特征在于：所述步骤A中芯部石墨钢水在外层高速钢水浇注完毕后即进行出钢。
4.根据权利要求1所述的一种型钢轨梁万能轧机高速钢辊环的制备方法，其特征在于：所述步骤B中开箱为冷开箱或热开箱；
所述热开箱为浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温；
所述冷开箱为浇注完毕后冷型外围包裹陶瓷纤维，150～200h后进行冷开箱，冷开箱后以5～15℃/h升温速率升温至保温温度进行保温。
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