CN112853195B - 一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法 - Google Patents

一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，通过对原料采用电弧炉冶炼铁水，熔炼温度1500～1600℃，直至熔炼成分达标；送电加热至温度为1600～1650℃出炉，采用底漏式铁水包，加入球化剂，球化剂上方采用10～20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，球化剂加入量为3～5%；出炉完毕吹氩、浇注，浇注过程中采用随流孕育的方式加入孕育剂进行孕育处理；浇注完毕后开箱，进行粗加工；粗加工完毕后对产品进行热处理，热处理完毕后进行后续加工直至成品，本发明制备出了抗热裂及抗冷热疲劳性能良好的热连轧及炉卷轧机粗轧机架用球铁工作辊。

Description

一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法
技术领域
本发明涉及一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
当前热连轧及炉卷轧机粗轧机架均使用合金钢、半钢、锻钢及复合工具钢轧辊，对于粗轧球铁辊尚未进行相关研究，而球铁材质在型钢-轨梁轧线作为开坯轧机用辊已成功使用，国外加拿大EVRAZ REGINA炉卷轧机及土耳其某热连轧粗轧机架一直使用球铁辊作为粗轧工作辊。球铁辊在基体中均匀分布一定的石墨，具有良好的导热及润滑性能，韧性良好，能够较好的适应粗轧机架打压下量需承受的热冲击及冷热疲劳性能。
但是，如何针对热连轧及炉卷粗轧机架设计材质，确定制备工艺，达到较高的抗冲击以及抗热疲劳性能，都是开发球铁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及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，以提高轧制行业轧辊抗冲击以及抗热疲劳性能，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：
一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、采用包含C、S、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Fe的一元或多元合金化合物作为原料，采用电弧炉冶炼铁水，熔炼温度1500～1600℃，直至熔炼成分达标；
步骤B、熔炼成分达标后，送电加热至温度为1600～1650℃出炉，采用底漏式铁水包，加入球化剂，球化剂上方采用10～20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，球化剂加入量为3～5％；
步骤C、出炉完毕在3～10min时间内进行吹氩2～3min，吹氩完毕在10min内进行浇注，浇注过程中采用随流孕育的方式加入孕育剂进行孕育处理；
步骤D、浇注完毕后120～130h开箱，开箱后进行粗加工，粗加工尺寸较成品轴向余量20～30mm，径向直径方向余量10～20mm；
步骤E、粗加工完毕后对产品进行热处理，热处理完毕后进行后续加工直至成品。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中原料选自废钢、镍铁、镍板、钒铁、钼铁、合金钼、钨铁、钨丝、钨合金、电极粉。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中熔炼成分达标为球铁材质的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：2.8～3.6％，Si：1.5～2.2％，Mn：0.4～1.2％，P≤0.10％，S≤0.08％，Cr≤1.3％，Ni：1.5-3.2％，Mo：0.8-1.6％，W+V+Nb≤1.0％，余量为Fe。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述合金成分W+V+Nb≤1.0％中，W、V、Nb为其中的任意三种、两种或一种。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中球化剂的种类是含有稀土元素的硅镁铁，加入方式为包内加入或包底加入。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中的孕育剂种类为硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中的一种或几种。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中的热处理方式选用整体加热热处理，淬火加热温度900～1000℃，加热时间20～30h，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30～50h。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中的热处理方式是差温热处理方式，差温加热前对产品整体在350～500℃保温30～40h预热，预热结束后仅对辊身进行高温加热，加热温度1000～1100℃，加热时间240～360min，冷却方式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30～50h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明对球铁材质成分、球化、孕育工艺、浇注工艺等铸造工艺参数及热处理工艺进行了研究，通过各合金元素在球铁基体中的作用机理，对材质组分进行了专项设计，保证球铁产品一定耐磨性的同时，具备良好的抗热裂性及冷热疲劳性能；通过形成石墨润滑相，在实际使用过程中通过石墨的润滑作用减少摩擦磨损带来轧辊辊耗，延长轧辊使用寿命，通过石墨良好的导热性能防止在使用过程中急冷急热导致的收缩不一致而产生热裂纹；通过在包底加入球化剂并采用废钢板压盖及钢屑覆盖的方式，影响石墨形态进而影响球铁性能，通过浇注过程中的随流孕育，保证球铁良好的铸态基体组织，保证球铁良好的综合性能。
附图说明
图1是放大50倍的酸腐蚀前石墨组织图片，黑色球状组织为石墨；
图2是酸腐蚀后的基体组织图片，组织为索氏体+碳化物。
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：
一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、采用包含C、S、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Fe的一元或多元合金化合物作为原料，原料选自废钢、镍铁、镍板、钒铁、钼铁、合金钼、钨铁、钨丝、钨合金、电极粉，采用电弧炉冶炼铁水，熔炼温度1500～1600℃，直至熔炼成分达标，熔炼成分达标为球铁材质的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：2.8～3.6％，Si：1.5～2.2％，Mn：0.4～1.2％，P≤0.10％，S≤0.08％，Cr≤1.3％，Ni：1.5-3.2％，Mo：0.8-1.6％，W+V+Nb≤1.0％，余量为Fe；所述合金成分W+V+Nb≤1.0％中，W、V、Nb为其中的任意三种、两种或一种。
步骤B、熔炼成分达标后，送电加热至温度为1600～1650℃出炉，采用底漏式铁水包，加入球化剂，球化剂的种类是含有稀土元素的硅镁铁，加入方式为包内加入或包底加入，球化剂上方采用10～20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，球化剂加入量为3～5％；
步骤C、出炉完毕在3～10min时间内进行吹氩2～3min，吹氩完毕在10min内进行浇注，浇注过程中采用随流孕育的方式加入孕育剂进行孕育处理，孕育剂种类为硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中的一种或几种；
步骤D、浇注完毕后120～130h开箱，开箱后进行粗加工，粗加工尺寸较成品轴向余量20～30mm，径向直径方向余量10～20mm；
步骤E、粗加工完毕后对产品进行热处理，热处理完毕后进行后续加工直至成品。
其中，热处理方式可以选用整体加热热处理，淬火加热温度900～1000℃，加热时间20～30h，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30～50h；
或者，热处理方式还可以是差温热处理方式，差温加热前对产品整体在350～500℃保温30～40h预热，预热结束后仅对辊身进行高温加热，加热温度1000～1100℃，加热时间240～360min，冷却方式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30～50h。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：3.2％，Si：1.9％，Mn：1.0％，P：0.05％，S≤0.03％，Cr：0.36％，Ni：2.9％，Mo：0.9％，W+V+Nb0.8％，余量为Fe。在温度1550℃熔炼，成分达标后升温至1630℃后出炉，加入3.5％的稀土镁球化剂，采用15mm厚废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后130h冷开箱，粗加轴向留量15mm，径向直径方向留量12mm，采用差温加热的方式，在400℃预热20h后，在1020℃加热300min，整体喷雾冷却，辊身400℃时装炉回火35h。
实施例2
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：3.1％，Si：1.7％，Mn：0.9％，P：0.04％，S≤0.04％，Cr：0.39％，Ni：2.8％，Mo：0.8％，W+V+Nb0.7％，余量为Fe。在温度1530℃熔炼，成分达标后升温至1640℃后出炉，加入3.6％的稀土镁球化剂，采用16mm后废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后130h冷开箱，粗加轴向留量15mm，径向直径方向留量12mm，采用整体的方式，980℃加热25h，辊身喷雾冷却，辊颈空冷，辊身410℃时装炉回火38h。
实施例3
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：2.9％，Si：1.9％，Mn：0.8％，P：0.06％，S≤0.03％，Cr：0.38％，Ni：2.5％，Mo：0.9％，W+V+Nb0.2％，余量为Fe。在温度1520℃熔炼，成分达标后升温至1620℃后出炉，加入3.3％的稀土镁球化剂，采用18mm后废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后125h冷开箱，粗加轴向留量18mm，径向直径方向留量13mm，采用整体的方式，990℃加热26，辊身喷雾冷却，辊颈空冷，辊身430℃时装炉回火40h。
实施例4
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：3.0％，Si：1.8％，Mn：0.7％，P：0.05％，S≤0.05％，Cr：0.30％，Ni：2.3％，Mo：1.0％，W+V+Nb0.5％，余量为Fe。在温度1530℃熔炼，成分达标后升温至1600℃后出炉，加入3.2％的稀土镁球化剂，采用15mm后废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后125h冷开箱，粗加轴向留量15mm，径向直径方向留量10mm，采用差温加热的方式，350℃预热25h后，在1050℃加热260min，辊身喷雾冷却，辊颈空冷，辊身420℃时装炉回火32h。
实施例5
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：2.9％，Si：1.7％，Mn：0.5％，P：0.08％，S≤0.03％，Cr：0.32％，Ni：2.6％，Mo：1.1％，W+V+Nb0.5％，余量为Fe。在温度1580℃熔炼，成分达标后升温至1630℃后出炉，加入3.4％的稀土镁球化剂，采用19mm后废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后129h冷开箱，粗加轴向留量20mm，径向直径方向留量13mm，采用差温加热的方式，400℃预热20h，预热结束在1060℃加热118min，辊身喷雾冷却，辊颈空冷，辊身430℃时装炉回火36h。
实施例6
以废钢、镍铁、钒铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼，达到球铁设计成分范围：C：2.8％，Si：1.6％，Mn：0.4％，P：0.03％，S≤0.02％，Cr：0.28％，Ni：2.5％，Mo：1.0％，W+V+Nb0.2％，余量为Fe。在温度1590℃熔炼，成分达标后升温至1620℃后出炉，加入3.1％的稀土镁球化剂，采用18mm后废钢板压盖并用废钢屑覆盖，出炉浇注，随流加入硅钙孕育剂，浇注完毕后128h冷开箱，粗加轴向留量18mm，径向直径方向留量12mm，采用差温加热的方式，差温加热前在400℃加热25h，1080℃加热280min，辊身喷雾冷却，辊颈空冷，辊身410℃时装炉回火35h。
对照例1
对照例1采用半钢轧辊。
对照例2
本对照例与实施例1的区别是：加入3.8％的稀土镁球化剂，采用15mm厚废钢屑覆盖并压实，其余与实施例1步骤相同。
对照例3
本对照例与实施例1的区别是：加入稀土镁球化剂后，先出2/3的钢液，再补放其余钢液，补放钢液时随流加入孕育剂，其余与实施例1步骤相同。
取实施例和对照例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及GB/T 1504-2008，检测结果见表1。
表1实施例产品性能检测结果
Figure BDA0002865752070000071
通过对研制的球铁辊材质相对耐磨性及冷热疲劳性能试验，研制的球铁辊耐磨性优于半钢材质轧辊，同时，冷热疲劳性能高于半钢轧辊。
根据性能检测结果，研制的球铁材质轧辊较半钢轧辊耐磨性更好，冷热疲劳性能更好，在实际使用过程中，能较好适应粗轧机架轧制温度高的工况特点。
并且，如对照例2仅采用钢屑覆盖并压实，对照例3部分钢液随流孕育，检测出的性能均达不到本发明的性能。

Claims (6)

1.一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A、以废钢、镍铁、镍板、钒铁、钼铁、合金钼、钨铁、钨丝、钨合金、电极粉作为原料，采用电弧炉冶炼铁水，熔炼温度1500～1600℃，直至熔炼成分达标；合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：2.8～3.6%，Si：1.5～2.2%，Mn：0.5～1.2%，P≤0.10%，S≤0.08%，0.36%≤Cr≤1.3%，Ni：1.5-3.2%，Mo：0.9-1.6%，W+V+Nb≤1.0%，余量为Fe；
步骤B、熔炼成分达标后，送电加热至温度为1600～1650℃出炉，采用底漏式铁水包，加入球化剂，球化剂上方采用10～20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，球化剂加入量为3～5%；
步骤C、出炉完毕在3～10min时间内进行吹氩2～3min，吹氩完毕在10min内进行浇注，浇注过程中采用随流孕育的方式加入孕育剂进行孕育处理；
步骤D、浇注完毕后120～130h开箱，开箱后进行粗加工，粗加工尺寸较成品轴向余量20～30mm，径向直径方向余量10～20mm；
步骤E、粗加工完毕后对产品进行热处理，热处理方式选用整体加热热处理，淬火加热温度900～1000℃，加热时间20～30h，热处理完毕后进行后续加工直至成品。
2.根据权利要求1所述的一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：所述合金成分W+V+Nb≤1.0%中，W、V、Nb为其中的任意三种、两种或一种。
3.根据权利要求1所述的一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：所述步骤B中球化剂的种类是含有稀土元素的硅镁铁，加入方式为包内加入或包底加入。
4.根据权利要求1所述的一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：所述步骤C中的孕育剂种类为硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：所述步骤E中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30～50h。
6.根据权利要求1所述的一种热连轧及炉卷轧机球铁粗轧工作辊的制备方法，其特征在于：所述步骤E中的热处理方式是差温热处理方式，差温加热前对产品整体在350～500℃保温30～40h预热，预热结束后仅对辊身进行高温加热，加热温度1000～1100℃，加热时间240～360min，冷却方式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30～50h。
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