CN112831718B - 一种热连轧二辊粗轧工作辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热连轧二辊粗轧工作辊及其制备方法，属于轧辊材料技术领域，公开了该工作辊外层材质和芯部材质成分中不同合金及其重量百分含量，以及热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，包括产品成分范围、制备工艺参数；本申请通过对材质及制备工艺的研究，制备出了抗热裂性能良好的热连轧及炉卷轧机二辊粗轧机架用Cr2‑Cr6工具钢系列工作辊。

Description

一种热连轧二辊粗轧工作辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
当前热连轧二辊粗轧机架使用锻钢、合金铸钢及半钢工作辊，锻钢、合金铸钢工作辊因耐磨性不足及半钢工作辊抗热裂性能差均无法满足用户延长辊役的需求。目前复合工具钢轧辊作为抗热裂性能优良的二辊粗轧工作辊，其使用表现获得用户认可，但其制造方式为冲芯复合浇注，外层厚度控制难度大，工序复杂，辊身应力偏高的情况时有发生。离心铸造钢系工作辊外层厚度控制精准，外层高耐磨、抗热裂，芯部高韧性的材质复合，使得产品具有良好的热后应力状态。
如何针对热连轧二辊粗轧工作辊设计抗热裂、高耐磨的材质、复合方式，如何确定制备工艺，都是开发二辊粗轧工作辊急需解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是研究一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，以提高轧制行业轧辊抗热疲劳、耐磨损性能，保证产品在合理应力水平，提升轧辊质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种热连轧二辊粗轧工作辊，该工作辊外层材质成分中不同合金的重量百分含量为：C：0.2～1.2％，Si：0.2-1.0％，Mn：0.2-1.0％，P≤0.10％，S≤0.08％，Cr：1-10％，Ni：0.1-2.0％，Mo：0.1-1.5％，W+V+Nb≤1.0％，余量为Fe；芯部材质成分中不同合金的重量百分比为：C：2.5～3.5％，Si：1.5-3.0％，Mn：0.2-1.0％，P≤0.3％，S≤0.1％，Cr≤1％，Ni≤1.5％，Mo≤1.5％，W+V+Nb≤0.2％，余量为Fe。
本发明技术方案的进一步改进在于：W+V+Nb合计的范围中，W、V、Nb可以选取其三种、两种或任意一种。
一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A：采用成分配比满足上述合金范围的物料作为原料，采用电弧炉冶炼铁水，外层熔炼温度1500-1750℃，芯部熔炼温度1400-1600℃，达到设计的成分要求方可出炉浇注；
步骤B：外层钢水采用离心浇注的方式，外层钢水浇注结束后进行填芯处理；
步骤C：浇筑完毕开箱，开箱完毕后进行粗加工和调制处理；粗加工留量：直径方向留量≥15mm，轴向方向留量≥30mm；
步骤D：上步结束后进行精加工和二次热处理，二次热处理时径向余量≥10mm，轴向余量≥20mm；
步骤E：二次热处理结束进行经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中浇注完毕后150-200h开箱，开箱完毕后进行粗加工，粗加工完成后进行调质处理。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中浇注完成50-100h开箱后直接进行调质处理，之后进行粗加工。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中二次热处理在调质回火保温结束出炉进行，然后进行精加工。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中物料选用废钢、镍铁、镍板、钒铁、钨丝、钨合金、钼铁、电极粉、合金钼以及多元合金的化合物中的几种。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中调质处理过程为粗加工后的工件整体在850-1000℃加热30-60h，加热结束后控制5-10h至辊身400-550℃装炉回火，回火温度500-650℃，回火保温时间30-60h。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中的二次热处理方式为整体加热热处理，加热温度900-1050℃，加热时间30-50h，冷却采用喷淬机对辊身喷雾30-90min，辊颈空冷的方式进行，待辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中的二次热处理方式是差温热处理方式，加热温度1000-1100℃，加热时间240-360min，采用整体油冷或喷雾冷却，辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明对二辊粗轧工作辊的成分、铸造及热处理工艺进行了研究，通过对材质组分的专项设计，保证工具钢轧辊一定耐磨性的同时，具有优异的抗热裂性能。通过离心复合的方式生产制造，高合金的辊身材质保证了工作层高耐磨、高抗热裂及高韧性的芯部材质保证产品具有良好的应力状态，同时，离心状态也能保证产品工作层厚度的精准控制，很好的解决冲芯法复合产品中后期成分落差的问题。
附图说明
图1是本发明辊身工作层放大100倍的酸腐蚀后的基体组织图片；
图2是本发明辊身工作层放大500倍的酸腐蚀后的基体组织图片。
具体实施方式
一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼铁水，外层熔炼温度1500-1750℃，芯部熔炼温度1400-1600℃，达到设计的成分要求方可出炉浇注。
步骤B：外层钢水采用离心浇注的方式，外层钢水浇注结束后进行填芯处理。
步骤C：浇注完毕后150-200h开箱，开箱完毕后进行粗加，粗加留量直径方向留量≥15mm，轴向方向留量≥30mm。粗加完成后进行调质处理。
步骤D：调质结束后进行精加工，精加结束进行二次热处理，二次热处理时径向余量≥10mm，轴向余量≥20mm。
步骤E：二次热处理结束进行后续加工直至成品。
步骤A中的外层材质成分不同合金的重量百分含量为：C：0.2～1.2％，Si：0.2-1.0％，Mn：0.2-1.0％，P≤0.10％，S≤0.08％，Cr：1-10％，Ni：0.1-2.0％，Mo：0.1-1.5％，W+V+Nb≤1.0％，余量为Fe。芯部材质成分不同合金的重量百分比为：C：2.5～3.5％，Si：1.5-3.0％，Mn：0.2-1.0％，P≤0.3％，S≤0.1％，Cr≤1％，Ni≤1.5％，Mo≤1.5％，W+V+Nb≤0.2％。
W+V+Nb合计的范围中，W、V、Nb可以取其三种、两种或任意一种。
步骤A中镍铁可用镍板替代、钨铁可用钨丝或钨合金替代、钼铁可同合金钼替代，上述物料也可以是多元合金的化合物，只要成分配比满足合金范围要求即可。
发明技术方案的进一步改进在于：一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：步骤C中调质处理过程为粗加后的工件整体在850-1000℃加热30-60h，加热结束后控制5-10h至辊身400-550℃装炉回火，回火温度500-650℃，回火保温时间30-60h。
步骤C中的调质过程也可在浇注完成50-100h开箱后直接进行调质处理。
步骤D中的二次热处理，当调粗加后进行的调质热处理，二次热处理可直接在调质回火保温结束即可出炉进行二次热处理。
步骤D中的二次热处理方式可以选用整体加热热处理，加热温度900-1050℃，加热时间30-50h，冷却采用喷淬机对辊身喷雾30-90min，辊颈空冷的方式进行，待辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h；
根据上述的一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，步骤D中的热处理方式也可以是差温热处理方式，加热温度1000-1100℃，加热时间240-360min，采用整体油冷、喷雾冷却均可，辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h。
如图1、2所示的金相图片，图1是辊身工作层放大100倍的酸腐蚀后的基体组织图片，图2是辊身工作层放大500倍的酸腐蚀后的基体组织图片，组织为回火索氏体+少量马氏体+碳化物。
下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细说明：
实施例1
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.75％，Si：0.8％，Mn：0.56％，P：0.01％，S:0.01％，Cr：5.8％，Ni:0.3％，Mo:0.9％，W+V+Nb:0.85％，余量为Fe。在温度1650℃熔炼，成分达标后升温至1700℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：2.9％，Si：1.9％，Mn：0.76％，P：0.05％，S:0.08％，Cr：0.2％，Ni:0.1％，Mo:0.13％，W+V+Nb:0.15％，采用离心浇注，浇注完成后80h开箱，开箱直接装炉调质处理，调质温度980℃，保温时间55h，调质结束空冷8h装炉回火，回火温度630℃。回火结束后粗加工，粗加工结束后进行二次热处理，整体加热温度1000℃，保温时间45h，加热结束进行喷雾70min后装炉回火，回火温度600℃。回火保温时间50h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例2
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.79％，Si：0.73％，Mn：0.62％，P：0.02％，S:0.03％，Cr：5.9％，Ni:0.2％，Mo:0.8％，W+V+Nb:0.75％，余量为Fe。在温度1680℃熔炼，成分达标后升温至1720℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：2.8％，Si：1.8％，Mn：0.74％，P：0.03％，S:0.06％，Cr：0.1％，Ni:0.2％，Mo:0.03％，W+V+Nb:0.12％，采用离心浇注，浇注完成后180h开箱，开箱进行粗加工，粗加工结束进行调质处理，调质温度970℃，保温时间56h，调质结束空冷9h装炉回火，回火温度610℃，保温时间45h。回火保温结束后直接进行二次热处理，差温加热，加热温度1030℃，保温时间260min，加热结束进行喷雾75min后装炉回火，回火温度580℃，回火保温时间40h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例3
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.78％，Si：0.71％，Mn：0.61％，P：0.01％，S:0.02％，Cr：5.5％，Ni:0.3％，Mo:0.7％，W+V+Nb:0.73％，余量为Fe。在温度1660℃熔炼，成分达标后升温至1710℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：3.1％，Si：1.7％，Mn：0.75％，P：0.04％，S:0.05％，Cr：0.2％，Ni:0.3％，Mo:0.01％，W+V+Nb:0.13％，采用离心浇注，浇注完成后190h开箱，开箱进行粗加工，粗加工结束进行调质处理，调质温度960℃，保温时间55h，调质结束空冷8h装炉回火，回火温度600℃，保温时间50h。回火保温结束后直接进行二次热处理，差温加热，加热温度1020℃，保温时间270min，加热结束进行喷雾70min后装炉回火，回火温度570℃，回火保温时间45h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例4
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.77％，Si：0.70％，Mn：0.60％，P：0.02％，S:0.03％，Cr：5.3％，Ni:0.2％，Mo:0.9％，W+V+Nb:0.70％，余量为Fe。在温度1650℃熔炼，成分达标后升温至1700℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：3.0％，Si：1.6％，Mn：0.73％，P：0.03％，S:0.03％，Cr：0.3％，Ni:0.2％，Mo:0.02％，W+V+Nb:0.12％，采用离心浇注，浇注完成后185h开箱，开箱进行粗加工，粗加工结束进行调质处理，调质温度980℃，保温时间50h，调质结束空冷7h装炉回火，回火温度580℃，保温时间52h。回火保温结束后直接进行二次热处理，差温加热，加热温度1010℃，保温时间260min，加热结束进行喷雾65min后装炉回火，回火温度580℃，回火保温时间46h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例5
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.79％，Si：0.72％，Mn：0.62％，P：0.03％，S:0.04％，Cr：5.2％，Ni:0.1％，Mo:0.8％，W+V+Nb:0.60％，余量为Fe。在温度1660℃熔炼，成分达标后升温至1720℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：2.9％，Si：1.8％，Mn：0.76％，P：0.04％，S:0.04％，Cr：0.2％，Ni:0.1％，Mo:0.03％，W+V+Nb:0.13％，采用离心浇注，浇注完成后181h开箱，开箱进行粗加工，粗加工结束进行调质处理，调质温度970℃，保温时间52h，调质结束空冷8h装炉回火，回火温度570℃，保温时间50h。回火保温结束后直接进行二次热处理，差温加热，加热温度1020℃，保温时间270min，加热结束进行喷雾63min后装炉回火，回火温度590℃，回火保温时间45h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例6
采用废钢、镍铁、钒铁、钼铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到工具钢设计成分范围：C：0.65％，Si：0.80％，Mn：0.68％，P：0.02％，S:0.02％，Cr：4.5％，Ni:0.5％，Mo:0.7％，W+V+Nb:0.70％，余量为Fe。在温度1670℃熔炼，成分达标后升温至1730℃后出炉，出炉离心浇注；芯部钢水成分C：3.0％，Si：1.9％，Mn：0.79％，P：0.05％，S:0.05％，Cr：0.3％，Ni:0.2％，Mo:0.05％，W+V+Nb:0.15％，采用离心浇注，浇注完成后185h开箱，开箱进行粗加工，粗加工结束进行调质处理，调质温度960℃，保温时间55h，调质结束空冷9h装炉回火，回火温度580℃，保温时间52h。回火保温结束后直接进行二次热处理，差温加热，加热温度1030℃，保温时间280min，加热结束进行喷雾62min后装炉回火，回火温度580℃，回火保温时间39h。热处理结束后经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
实施例7
实施例7为对照例，为合金铸钢。
取实施例1～实施例7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/T228.检测结果见表1。
表1实施例产品性能检测结果
Figure GDA0003668252650000081
通过对研制的离心工具钢轧辊材质相对耐磨性及冷热疲劳性能试验，研制的离心工具钢轧辊耐磨性优于半钢材质轧辊，同时，冷热疲劳性能高于合金铸钢轧辊。
根据性能检测结果，研制的工具钢轧辊较合金铸钢轧辊耐磨性更好，冷热疲劳性能更好，在实际使用过程中，能较好适应二辊粗轧机架轧制温度高，需轧辊保持良好抗热裂及耐磨性的工况特点。

Claims (6)

1.一种热连轧二辊粗轧工作辊，其特征在于：该工作辊外层材质成分中不同合金的重量百分含量为：C：0.65～1.2%，Si：0.70-1.0%，Mn：0.60-1.0%，P≤0.10%，S≤0.08%，Cr：5.2-10%，Ni：0.1-2.0%，Mo：0.7-1.5%， W+V+Nb≤1.0%，余量为Fe；芯部材质成分中不同合金的重量百分比为：C：2.5～3.0%，Si：1.5-3.0%，Mn：0.2-1.0%，P≤0.3%，S≤0.1%，Cr≤1%，Ni≤1.5%，Mo≤1.5%，0.12%≤W+V+Nb≤0.2%，余量为Fe；W+V+Nb合计的范围中，W、V、Nb选取其中三种或两种。
2.一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A：采用成分配比满足权利要求1所述的合金范围的物料作为原料，采用电弧炉冶炼铁水，外层熔炼温度1500-1750℃，芯部熔炼温度1400-1600℃，达到设计的成分要求方可出炉浇注；
步骤B：外层钢水采用离心浇注的方式，外层钢水浇注结束后进行填芯处理；
步骤C：浇筑完毕开箱，开箱完毕后进行粗加工和调制处理；粗加工留量：直径方向留量≥15mm，轴向方向留量≥30mm；调质处理过程为粗加工后的工件整体在850-1000℃加热30-60h，加热结束后空冷5-10h至辊身400-550℃装炉回火，回火温度500-650℃，回火保温时间30-60h；
步骤D：上步结束后进行精加工和二次热处理，二次热处理时径向余量≥10mm，轴向余量≥20mm；二次热处理方式为整体加热热处理，加热温度900-1050℃，加热时间30-50h，冷却采用喷淬机对辊身喷雾30-90min，辊颈空冷的方式进行，待辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h；
步骤E：二次热处理结束进行经过半精加工、检测、精加工检测直至成品。
3.根据权利要求2所述的一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：步骤C中浇注完毕后150-200h开箱，开箱完毕后进行粗加工，粗加工完成后进行调质处理。
4.根据权利要求2所述的一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：步骤D中二次热处理在调质回火保温结束出炉进行，然后进行精加工。
5.根据权利要求2所述的一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：步骤A中物料选用废钢、镍铁、镍板、钒铁、钨丝、钨合金、钼铁、电极粉、合金钼以及多元合金的化合物中的几种。
6.根据权利要求2所述的一种热连轧二辊粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：步骤D中的二次热处理方式还可使用如下方式：采用差温热处理方式，加热温度1000-1100℃，加热时间240-360min，采用整体油冷或喷雾冷却，辊身温度300-450℃时装炉回火，回火温度500-600℃，回火时间30-60h。
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