CN113249658A - 高速钢立辊环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速钢立辊环及其制备方法，包括：轧制辊环和传动辊环，轧制辊环套设于传动辊环的外部，轧制辊环的化学组分及百分比含量是：C为1.2‑1.6%，Si为1.0‑1.5%，Mn为0.3‑0.8%，Cr为3.5‑4.0%，Mo为4.5‑5.0%，V为1.5‑2.0%，W为4.5‑5.0%，Co为1.5‑2.0%，其余为Fe和不可避免杂质，轧制辊环为高速钢；传动辊环的化学组分及百分比含量是：C为2.7‑3.0%，Si为2.5‑3.0%，Mn为0.3‑0.8%，Mg为0.04‑0.1%，其余为Fe和不可避免杂质，传动辊环为高韧性铁素体球墨铸铁。本发明通过设计轧制辊环和传动辊环的合理组分，使得轧辊表面硬度能够达到80‑90HSD，具有较高的冲击韧性，提高了使用寿命，避免轧辊表面发生块状脱落的情况，同时单槽一次过钢量相较于普通轧辊提升了3倍以上。

Description

高速钢立辊环及其制备方法
技术领域
本发明属于轧辊技术领域，具体涉及一种高速钢立辊环及其制备方法。
背景技术
国内的高速铁轨轧制线，均采用高速铁轨精轧万能机架立辊环对铁轨进行轧制，现有的立辊环通常采用半钢离心材质，轧制过钢量保持在4000吨左右，辊环表面磨损较大，轧制出的轨面产品质量较差，且过钢量较小。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种高速钢立辊环，该高速钢立辊环具有较高耐磨性能和过钢量的优点。
根据本发明实施例的高速钢立辊环，包括：轧制辊环和传动辊环，所述轧制辊环套设于所述传动辊环的外部，所述轧制辊环的化学组分及百分比含量是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质，所述轧制辊环为高速钢；所述传动辊环的化学组分及百分比含量是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质，所述传动辊环为高韧性铁素体球墨铸铁。
根据本发明一个实施例，高速钢立辊环的制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用离心浇铸法制备出轧制辊环；步骤二：采用静态浇铸法制备出传动辊环；步骤三：对轧制辊环和传动辊环的装配面进行精加工，随后将轧制辊环过盈装配到传动辊环上，形成辊环毛坯；步骤四：将辊环毛坯加工至成品。
根据本发明一个实施例，所述步骤一包括以下工序：S10、熔炼一：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁并熔炼出轧制钢水，将轧制钢水升温至1600-1650℃并保温10分钟；S11、炉外处理：在轧制钢水的温度降低至1520-1580℃时出炉，出炉时随流加入1-2Kg/T钒铁和2-4Kg/T的钢变质剂进行孕育变质处理，搅拌1分钟后清理除渣；S12、离心铸造：当轧制钢水的温度降低至1430-1470℃时，在液面上投放2-3Kg的防氧化保护渣，再将轧制钢水快速浇入高速旋转的离心铸模中，随后在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣；S13、软退火处理：对离心铸造后的轧制辊环在780-850℃的温度范围内进行软退火处理；S14、加工成型：按照成品图纸预留3-5mm加工余量进行加工；S15、热处理改性处理：对轧制辊环进行高温淬火和多次回火，使轧制辊环的表面硬度达到80-90HSD。
根据本发明一个实施例，轧制钢水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。
根据本发明一个实施例，所述S12中，离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3-4mm，防氧化保护渣为玻璃渣，防氧化保护渣投入后形成为熔融状态覆盖在轧制钢水表面。
根据本发明一个实施例，所述步骤二包括以下工序：S20、熔炼二：在中频炉内加入一定比例的生铁、废钢、锰铁并熔炼出传动铁水，待传动铁水升温至1400-1420℃时准备出炉；S21、球化孕育处理：传动铁水出炉后扒去料渣，放置在喂丝球化孕育处理站进行球化孕育处理；S22、静态铸造：待传动铁水温度降到1300-1320℃时，浇入准备好的铸型里，冷却后开箱加工成为传动辊环。
根据本发明一个实施例，传动铁水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
根据本发明一个实施例，所述步骤三中过盈装配时，先将轧制辊环和传动辊环的装配面进行精加工，接着将轧制辊环整体加热至250-300℃后，再装配到常温的传动辊环上，冷却后形成辊环毛坯。
根据本发明一个实施例，所述步骤三中过盈装配的过盈量为0.06-0.12%。
根据本发明一个实施例，所述步骤四中将辊环毛坯表面的3-5mm加工余量去除，成为高速钢立辊环。
本发明的有益效果是，本发明通过设计轧制辊环和传动辊环的合理组分，针对轧制辊环和传动辊环分别采用离心浇铸和静态浇铸的方式，并通过过盈装配的方式形成一个整体，使得轧辊表面硬度能够达到80-90HSD，耐磨性能和过钢量得到提升。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的高速钢立辊环的局部截面结构示意图；
附图标记：
轧制辊环1，传动辊环2。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面具体描述本发明实施例的高速钢立辊环。
根据本发明实施例的高速钢立辊环，轧制辊环1和传动辊环2，所述轧制辊环1套设于所述传动辊环2的外部，所述轧制辊环1的化学组分及百分比含量是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质，所述轧制辊环1为高速钢；所述传动辊环2的化学组分及百分比含量是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质，所述传动辊环2为高韧性铁素体球墨铸铁。
一种高速钢立辊环的制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用离心浇铸法制备出轧制辊环1；步骤二：采用静态浇铸法制备出传动辊环2；步骤三：对轧制辊环1和传动辊环2的装配面进行精加工，随后将轧制辊环1过盈装配到传动辊环2上，形成辊环毛坯；步骤四：将辊环毛坯加工至成品。
根据本发明一个实施例，所述步骤一包括以下工序：S10、熔炼一：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁并熔炼出轧制钢水，将轧制钢水升温至1600-1650℃并保温10分钟；S11、炉外处理：在轧制钢水的温度降低至1520-1580℃时出炉，出炉时随流加入1-2Kg/T钒铁和2-4Kg/T的钢变质剂进行孕育变质处理，搅拌1分钟后清理除渣；S12、离心铸造：当轧制钢水的温度降低至1430-1470℃时，在液面上投放2-3Kg的防氧化保护渣，再将轧制钢水快速浇入高速旋转的离心铸模中，随后在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣，使得离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3-4mm，防氧化保护渣为玻璃渣，防氧化保护渣投入后形成为熔融状态覆盖在轧制钢水表面；S13、软退火处理：对离心铸造后的轧制辊环1在780-850℃的温度范围内进行软退火处理；S14、加工成型：按照成品图纸预留3-5mm加工余量进行加工；S15、热处理改性处理：对轧制辊环1进行高温淬火和多次回火，使轧制辊环1的表面硬度达到80-90HSD。设置防氧化保护渣，一方面避免表面轧制钢水氧化，防止氧气进入轧制钢水中造成孔隙缺陷，另一方面使得轧制钢水在离心浇铸时表面均匀，避免氧化层影响表面局部硬度，避免轧制时表面产生块状脱落，防氧化保护渣使得轧制辊环1冷却时降温均匀，保证了传热均匀，进而使得冷却后厚度均匀。
根据本发明一个实施例，轧制钢水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。
根据本发明一个实施例，所述步骤二包括以下工序：S20、熔炼二：在中频炉内加入一定比例的生铁、废钢、锰铁并熔炼出传动铁水，待传动铁水升温至1400-1420℃时准备出炉；S21、球化孕育处理：传动铁水出炉后扒去料渣，放置在喂丝球化孕育处理站进行球化孕育处理；S22、静态铸造：待传动铁水温度降到1300-1320℃时，浇入准备好的铸型里，冷却后开箱加工成为传动辊环2。
根据本发明一个实施例，传动铁水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
根据本发明一个实施例，所述步骤三中过盈装配时，先将轧制辊环1和传动辊环2的装配面进行精加工，接着将轧制辊环1整体加热至250-300℃后，再装配到常温的传动辊环2上，冷却后形成辊环毛坯。进一步地，所述步骤三中过盈装配的过盈量为0.06-0.12%。采用过盈热装配的方式可以确保装配后轧制辊环1和传动辊环2连接牢固，设置合适的过盈量可以在连接牢固的同时保证轧制辊环1和传动辊环2不会受到过大的装配应力，进而使得高速立辊环在轧制时保持一个良好的状态。
根据本发明一个实施例，所述步骤四中将辊环毛坯表面的3-5mm加工余量去除，成为高速钢立辊环。装配后进行整体加工余量去除，提高了辊环的一致性。
实施例1
制备1支550/305×220mm热轧200*100H型钢立辊环，轧制辊环1的目标含量：C为1.2-1.6%,Si为1.0-1.5%,Mn为0.3-0.8%,Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%,V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。传动辊环2采用整体静态铸造的高韧性铁素体球墨铸铁获得，传动辊环2的化学成分组分及其百分比含量是C为2.7-3.0%,Si为2.5-3.0%,Mn为0.3-0.8%,Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
1）熔炼：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁，使轧制钢水的化学成分及重量百分比达到出炉前的成分要求：C为1.4%、Si为1.1%、Mn为0.35%、P为0.023%、S为0.013%、Cr为3.8%、Mo为4.72%、V为1.71%、W为4.78%、Co为1.52%，其余为Fe和不可避免杂质，升温至1620℃，并保温10分钟；
2）离心铸造：当轧制钢水降温到1465℃时，快速清渣后，在铁水液面投放3Kg防氧化保护渣，将铁水快速浇入高速旋转的离心铸模中，在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣，使得离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3mm；
3）软退火处理：对离心铸造铸成的轧制辊环1进行780℃软退火处理，消除铸造应力，提高加工性能；
4）加工成型：按成品图纸留5mm余量加工图纸进行加工；
5）淬火加多次回火改性处理；
6）铸造并加工成型传动辊环2；
7）将轧制辊环1加热到250℃,装配过盈量为0.065%,压入成型的传动辊环2中；
8）将预留的5mm余量加工去除。
实施例2
制备1支460/280×180mm热轧150*100H型钢立辊环，轧制辊环1的目标含量：C为1.2-1.6%,Si为1.0-1.5%,Mn为0.3-0.8%,Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%,V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。传动辊环2采用整体静态铸造的高韧性铁素体球墨铸铁获得，传动辊环2的化学成分组分及其百分比含量是C为2.7-3.0%,Si为2.5-3.0%,Mn为0.3-0.8%,Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
1）熔炼：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁，使轧制钢水的化学成分及重量百分比达到出炉前的成分要求：C为1.55%、Si为1.11%、Mn为0.44%、P为0.021%、S为0.011%、Cr为3.65%、Mo为4.62%、V为1.68%、W为4.55%、Co为1.76%，其余为Fe和不可避免杂质，升温至1650℃，并保温10分钟；
2）离心铸造：当轧制钢水降温到1470℃时，快速清渣后，在铁水液面投放2Kg防氧化保护渣，将铁水快速浇入高速旋转的离心铸模中，在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣，使得离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3mm；
3）软退火处理：对离心铸造铸成的轧制辊环1进行800℃软退火处理，消除铸造应力，提高加工性能；
4）加工成型：按成品图纸留5mm余量加工图纸进行加工；
5）淬火加多次回火改性处理；
6）铸造并加工成型传动辊环2；
7）将轧制辊环1加热到280℃,装配过盈量为0.075%,压入成型的传动辊环2中；
8）将预留的5mm余量加工去除。
实施例3
制备1支800/476×342mm热轧铁轨型钢立辊环，轧制辊环1的目标含量：C为1.2-1.6%,Si为1.0-1.5%,Mn为0.3-0.8%,Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%,V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。传动辊环2采用整体静态铸造的高韧性铁素体球墨铸铁获得，传动辊环2的化学成分组分及其百分比含量是C为2.7-3.0%,Si为2.5-3.0%,Mn为0.3-0.8%,Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
1）熔炼：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁，使轧制钢水的化学成分及重量百分比达到出炉前的成分要求：C为1.55%、Si为1.32%、Mn为0.48%、P为0.02%、S为0.015%、Cr为3.88%、Mo为4.8%、V为1.88%、W为4.71%、Co为1.56%，其余为Fe和不可避免杂质，升温至1650℃，并保温10分钟。
2）离心铸造：当轧制钢水降温到1435℃时，快速清渣后，在铁水液面投放3Kg防氧化保护渣，将铁水快速浇入高速旋转的离心铸模中，在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣，使得离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3mm；
3）软退火处理：对离心铸造铸成的轧制辊环1进行850℃软退火处理，消除铸造应力，提高加工性能；
4）加工成型：按成品图纸留5mm余量加工图纸进行加工；
5）淬火加多次回火改性处理；
6）铸造并加工成型传动辊环2；
7）将轧制辊环1加热到280℃,装配过盈量为0.09%,压入成型的传动辊环2中；
8）将预留的5mm余量加工去除。
将实施例1-3制备的三支辊环进抗拉强度、硬度、冲击韧性和单槽一次过钢量的检测，测试结果如下表：
序号 抗拉强度Mpa 硬度HSC 冲击韧性J 单槽一次过钢量（倍）
实施例1 720 86 6.70 3.2
实施例2 760 83 7.3 3.5
实施例3 750 83 8.1 3.8
通过上表的对比可以看出，本发明通过设计轧制辊环1和传动辊环2的合理组分，针对轧制辊环1和传动辊环2分别采用离心浇铸和静态浇铸的方式，并通过过盈装配的方式形成一个整体，使得轧辊表面硬度能够达到80-90HSD，具有较高的冲击韧性，提高了使用寿命，避免轧辊表面发生块状脱落的情况，同时单槽一次过钢量相较于普通轧辊提升了3倍以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高速钢立辊环，其特征在于，包括：轧制辊环（1）和传动辊环（2），所述轧制辊环（1）套设于所述传动辊环（2）的外部，所述轧制辊环（1）的化学组分及百分比含量是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质，所述轧制辊环（1）为高速钢；所述传动辊环（2）的化学组分及百分比含量是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质，所述传动辊环（2）为高韧性铁素体球墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用离心浇铸法制备出轧制辊环（1）；
步骤二：采用静态浇铸法制备出传动辊环（2）；
步骤三：对轧制辊环（1）和传动辊环（2）的装配面进行精加工，随后将轧制辊环（1）过盈装配到传动辊环（2）上，形成辊环毛坯；
步骤四：将辊环毛坯加工至成品。
3.根据权利要求2所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括以下工序：
S10、熔炼一：在中频炉内加入一定比例的废钢、铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、钴铁并熔炼出轧制钢水，将轧制钢水升温至1600-1650℃并保温10分钟；
S11、炉外处理：在轧制钢水的温度降低至1520-1580℃时出炉，出炉时随流加入1-2Kg/T钒铁和2-4Kg/T的钢变质剂进行孕育变质处理，搅拌1分钟后清理除渣；
S12、离心铸造：当轧制钢水的温度降低至1430-1470℃时，在液面上投放2-3Kg的防氧化保护渣，再将轧制钢水快速浇入高速旋转的离心铸模中，随后在离心铸模的两端再次投入防氧化保护渣；
S13、软退火处理：对离心铸造后的轧制辊环（1）在780-850℃的温度范围内进行软退火处理；
S14、加工成型：按照成品图纸预留3-5mm加工余量进行加工；
S15、热处理改性处理：对轧制辊环（1）进行高温淬火和多次回火，使轧制辊环（1）的表面硬度达到80-90HSD。
4.根据权利要求3所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，轧制钢水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为1.2-1.6%，Si为1.0-1.5%，Mn为0.3-0.8%，Cr为3.5-4.0%，Mo为4.5-5.0%，V为1.5-2.0%，W为4.5-5.0%，Co为1.5-2.0%，其余为Fe和不可避免杂质。
5.根据权利要求3所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述S12中，离心铸模两端防氧化保护渣的厚度为3-4mm，防氧化保护渣为玻璃渣，防氧化保护渣投入后形成为熔融状态覆盖在轧制钢水表面。
6.根据权利要求2所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括以下工序：
S20、熔炼二：在中频炉内加入一定比例的生铁、废钢、锰铁并熔炼出传动铁水，待传动铁水升温至1400-1420℃时准备出炉；
S21、球化孕育处理：传动铁水出炉后扒去料渣，放置在喂丝球化孕育处理站进行球化孕育处理；
S22、静态铸造：待传动铁水温度降到1300-1320℃时，浇入准备好的铸型里，冷却后开箱加工成为传动辊环（2）。
7.根据权利要求6所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，传动铁水出炉前的化学成分及重量百分比是：C为2.7-3.0%，Si为2.5-3.0%，Mn为0.3-0.8%，Mg为0.04-0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。
8.根据权利要求2所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述步骤三中过盈装配时，先将轧制辊环（1）和传动辊环（2）的装配面进行精加工，接着将轧制辊环（1）整体加热至250-300℃后，再装配到常温的传动辊环（2）上，冷却后形成辊环毛坯。
9.根据权利要求8所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述步骤三中过盈装配的过盈量为0.06-0.12%。
10.根据权利要求2所述的高速钢立辊环的制备方法，其特征在于，所述步骤四中将辊环毛坯表面的3-5mm加工余量去除，成为高速钢立辊环。
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