CN113547099A - 一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，包括如下步骤：步骤A、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用工频炉冶炼外层铁水和芯部铁水；步骤B、产品制造方式为离心复合制造，熔炼成分达标后，外层铁水和芯部铁水分别加热后出炉并浇注；步骤C、浇注完毕后冷开箱，冷开箱后进行粗加工；步骤D、加完毕后对辊身进行淬火加热并整体回火处理；步骤E、淬火加热结束后进行精加工、检测直至成品。本发明满足ESP等短流程全无头轧制技术的需求，提升轧辊质量。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其是一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法。
背景技术
短流程薄板坯无头连铸连轧ESP工艺技术被称为钢铁工业的第三次技术革命，代表了当今世界热轧带钢的最高水平。ESP轧线在轧制上与常规热带连轧机有很大区别，尤其是采用液芯轧制(轧制温度可达1300℃以上，高于常规热连轧轧制温度)，轧制速度慢，辊面温度高；采用无头连续轧制，轧辊与钢板接触时间长，轧辊轧制周期长。对粗轧机架轧辊耐磨性、抗事故性、表面质量性能等有更加特殊的要求。常规高速钢材质下机裂纹严重，完全无法满足轧线的使用需求。
如何针对ESP轧线等短流程无头轧制轧线研发专用高速钢，如何确定制备工艺，都是开发专用高速钢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提供一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，以满足ESP等短流程全无头轧制技术的需求，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：一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，包括如下步骤：
步骤A、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用工频炉冶炼外层铁水和芯部铁水；
步骤B、产品制造方式为离心复合制造，熔炼成分达标后，外层铁水和芯部铁水分别加热后出炉并浇注；
步骤C、浇注完毕后冷开箱，冷开箱后进行粗加工；
步骤D、加完毕后对辊身进行淬火加热并整体回火处理；
步骤E、淬火加热结束后进行精加工、检测直至成品。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中外层铁水熔炼温度1500-1600℃，芯部铁水熔炼温度1300-1400℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A和步骤B中外层铁水的化学成分为：C：0.6～1.8％，Si：0.5～1.5％，Mn：0.2～1.2％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr：4.0-10.0％，Ni：0.5-3.0％，Mo：2.0-7.0％，V：0.5-4.0，W：0.5-2.0，Nb≤1.0％，余量为Fe；芯部化学成分范围C：2.3～4.0％，Si：1.0～4.0％，Mn：0.1～1.0％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr≤1.0％，Ni≤2.0％，Mo：0.1-3.0％，W+V+Nb≤0.8％，余量为Fe。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述外层铁水化学成分W+V+Nb≤1.0％及芯部铁水化学成分W+V+Nb≤0.8％中，W、V、Nb可以取其中三种、两种、任意一种或没有。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中外层铁水熔炼结束后加热至1600-1700℃出炉，吹氩气3-8min，静置1-3min，温度降至1500-1600℃时浇注；芯部铁水分别送电加热至温度1500-1600℃出炉，吹氩4-10min，静置2-5min，降温至1400-1500℃开始浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中外层铁水浇注时采用随流加入孕育剂的方式；芯部铁水浇注时采用包底加入球化剂的方式，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1-5％。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中球化孕育剂种类采用硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中任一种或任几种，球化剂采用稀土镁、富铈稀土任一种或任两种，可选用其中一种或几种。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中浇注完毕120-200h后冷开箱，冷开箱后进行粗加工，粗加工辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤D中热处理方式选用整体加热热处理，加热温度1000-1200℃，加热时间180-360min，冷却方式为辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度为300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤D中热处理方式选用差温热处理方式，差温加热前对产品整体在400-650℃保温30-60h预热，预热结束后对辊身进行加热，加热温度980-1200℃，加热时间180-360min，冷却方式采用辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度为300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明对ESP短流程轧线全无头轧制高速钢专用辊成分、制造方式、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，通过各合金元素在专用高速钢基体中的作用机理，对材质组分进行了专项设计，保证专用高速钢产品外层具有良好耐磨性的同时，具备优异的抗热裂性及冷热疲劳性能。通过对成分的专项设计，在实际使用过程中碳化物含量的降低及抗回火性能的增加，延长轧辊在机周期，通过增加抗回火稳定性提高了专用高速钢高温液芯轧制过程中辊面抗粗糙性能及抗热裂性的提高。采用离心复合的方式，保证外层高合金、芯部高韧性等良好的综合性能；
2、本发明相较于常规粗轧高速钢，薄板坯连铸连轧尤其是ESP轧线轧制温度高，轧制速度慢，需主要材质不但要具有抗热裂性，还同时要兼顾良好耐磨性，因此从材质设计上，薄板坯连铸连轧尤其是ESP轧线粗轧工作辊明显与常规热连轧粗轧高速钢设计思路不同；
3、本发明对于粗轧高速钢工作辊的热处理方式有两种，整体热处理通过对辊身、辊颈区别冷却方式获得不同的硬度及组织特性，而差温热处理仅对辊身进行热处理，辊颈保留了原韧性组织珠光体，两者共同点为辊身都可获得马氏体+碳化物组织，整体热处理可通过对辊颈冷却方式进行调节获得不同的组织，使得辊身、辊颈分别获得预期组织。同时，差温热处理更加快捷、节约能源。
附图说明
图1是高速钢工作辊的500×组织图片，白色物相为碳化物，网状断开，基体灰色为基体。
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：
一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，包括如下步骤：
步骤A、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，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。采用工频炉冶炼外层铁水和芯部铁水；外层铁水的化学成分为：C：0.6～1.8％，Si：0.5～1.5％，Mn：0.2～1.2％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr：4.0-10.0％，Ni：0.5-3.0％，Mo：2.0-7.0％，V：0.5-4.0，W：0.5-2.0，Nb≤1.0％，余量为Fe；芯部化学成分范围C：2.3～4.0％，Si：1.0～4.0％，Mn：0.1～1.0％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr≤1.0％，Ni≤2.0％，Mo：0.1-3.0％，W+V+Nb≤0.8％，余量为Fe。所述外层铁水化学成分W+V+Nb≤1.0％及芯部铁水化学成分W+V+Nb≤0.8％中，W、V、Nb可以取其中三种、两种、任意一种或没有，W、V、Nb可以取其中三种、两种、任意一种或没有，由于W、V、Nb均为强碳化物形成元素，含量过多会生成过多的碳化物而变脆，而芯部及辊颈需保证良好韧性，影响辊颈韧性，影响使用安全性，因此，W、V、Nb可以有，但不宜过多，也可以没有。外层铁水熔炼温度1500-1600℃，芯部铁水熔炼温度1300-1400℃。高速钢在外层浇注过程中会加入孕育剂，有助于高速钢快速形核凝固获得细小晶粒组织，同时，为了适应在薄板坯粗轧机架轧制温度高的特点，对材质中的C碳量进行严格限定，同时，对于共晶碳化物形成元素Cr也进行了限定。
步骤B、产品制造方式为离心复合制造，熔炼成分达标后，外层铁水和芯部铁水分别加热后出炉并浇注；具体的，外层铁水熔炼结束后加热至1600-1700℃出炉，吹氩气3-8min，静置1-3min，温度降至1500-1600℃时浇注；芯部铁水分别送电加热至温度1500-1600℃出炉，吹氩4-10min，静置2-5min，降温至1400-1500℃开始浇注。外层铁水浇注时采用随流加入孕育剂的方式，孕育剂种类采用硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中任一种或任几种；芯部铁水浇注时采用包底加入球化剂的方式，球化剂采用稀土镁、富铈稀土任一种或任两种，可选用其中一种或几种，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，用厚钢板压盖是为了避免出炉过程中铁水冲刷导致稀土镁等球化剂翻腾导致逃逸影响孕育效果，球化剂加入量为1-5％。
步骤C、浇注完毕120-200h后冷开箱，冷开箱后进行粗加工，粗加辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm；
步骤D、加完毕后对辊身进行淬火加热并整体回火处理；热处理方式选用整体加热热处理，加热温度1000-1210℃，加热时间180-360min，冷却方式为辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。
热处理方式也可选用差温热处理方式，差温加热前对产品整体在400-650℃保温30-60h预热，预热结束后对辊身进行加热，加热温度980-1200℃，加热时间180-360min，冷却方式采用辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。整体热处理通过对辊身、辊颈区别冷却方式获得不同的硬度及组织特性，而差温热处理仅对辊身进行热处理，辊颈保留了原韧性组织珠光体，使得辊身、辊颈分别获得预期组织。同时，差温热处理更加快捷、节约能源。
步骤E、淬火加热结束后进行精加工、检测直至成品。
实施例1
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：0.6％，Si：0.85％，Mn：0.9％，P：0.05％，S：0.06％，Cr：8.9％，Ni：2.1％，Mo：0.85％，V：1.01％，W：0.5％，余量为Fe；芯部铁水C：3.01％，Si：1.5％，Mn：0.8％，P：0.08％，S：0.09％，Cr：0.05％，Ni：0.1％，Mo：0.1％，W+V+Nb＝0.06％，余量为Fe。外层在温度1550℃熔炼，成分达标后升温至1650℃后出炉，吹氩气5min，静置3min，降温至1553℃离心浇注；芯部钢水熔炼温度1406℃，升温至1553℃吹氩6min，静置3min，温度降至1456℃开始浇注，浇注完毕后150h冷开箱，粗加工轴向留量25mm，径向直径方向留量12mm，采用差温加热的方式热处理，在400℃预热，保温35h，预热结束后对辊身进行加热，1050℃加热230min，辊身喷雾60min，吹风50min后空冷，辊身400℃时装炉回火35h。如图1，组织为马氏体+碳化物，辊身硬度HSD78-83，辊颈硬度HSD35-39。组织类型及组织定量目标均符合目标范围。
实施例2
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：0.8％，Si：0.85％，Mn：0.91％，P：0.05％，S：0.06％，Cr：8.8％，Ni：2.1％，Mo：2.88％，V：1.03％，W：0.6％，余量为Fe；芯部铁水C：2.95％，Si：1.45％，Mn：0.75％，P：0.06％，S：0.08％，Cr：0.03％，Ni：0.25％，Mo：0.05％，W+V+Nb＝0.03％，余量为Fe。外层在温度1550℃熔炼，成分达标后升温至1650℃后出炉，吹氩气4min，静置2min，降温至1558℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1409℃，升温至1556℃吹氩7min，静置3min，温度降至1453℃开始浇注，浇注完毕后180h冷开箱，粗加轴向留量23mm，径向直径方向留量10mm，采用整体加热的方式热处理，1020℃加热260min，辊身喷雾50min，吹风60min后空冷，辊身410℃时装炉回火50h。辊身组织为马氏体+碳化物，辊颈组织为珠光体+碳化物。辊身硬度HSD79-82，辊颈硬度HSD36-41。
实施例3
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：0.59％，Si：0.86％，Mn：0.92％，P：0.06％，S：0.07％，Cr：8.9％，Ni：2.2％，Mo：3.88％，V：1.04％，W：0.61％，余量为Fe；芯部铁水C：2.93％，Si：1.43％，Mn：0.72％，P：0.03％，S：0.05％，Cr：0.02％，Ni：0.22％，Mo：0.06％，W+V+Nb＝0.02％，余量为Fe。外层在温度1540℃熔炼，成分达标后升温至1659℃后出炉，吹氩气5min，静置3min，降温至1551℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1423℃，升温至1556℃吹氩8min，静置5min，温度降至1451℃开始浇注，浇注完毕后190h冷开箱，粗加工轴向留量20mm，径向直径方向留量13mm，采用差温加热的方式热处理，在590℃预热，保温时间38h，预热结束后对辊身进行加热，1190℃加热230min，辊身喷雾55min，吹风58min后空冷，辊身430℃时装炉回火55h。辊身组织为马氏体+碳化物，辊颈组织为珠光体+碳化物。辊身硬度HSD79-81，辊颈硬度HSD35-39。
实施例4
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：1.56％，Si：0.83％，Mn：0.91％，P：0.08％，S：0.06％，Cr：8.6％，Ni：2.4％，Mo：2.98％，V：1.03％，W：0.63％，余量为Fe；芯部铁水C：2.93％，Si：1.43％，Mn：0.72％，P：0.03％，S：0.05％，Cr：0.02％，Ni：0.22％，Mo：0.06％，W+V+Nb＝0.02％，余量为Fe。外层在温度1558℃熔炼，成分达标后升温至1652℃后出炉，吹氩气3min，静置1.5min，降温至1552离心浇注，芯部钢水熔炼温度1390℃，升温至1556℃吹氩9min，静置5min，温度降至1469℃开始浇注，浇注完毕后178h冷开箱，粗加工轴向留量21mm，径向直径方向留量13mm，采用差温加热的方式热处理，在580℃预热，保温时间40h，预热结束后对辊身进行加热，1030℃加热220min，辊身喷雾55min，吹风55min后空冷，辊身430℃时装炉回火60h。辊身组织为马氏体+碳化物，辊颈组织为珠光体+碳化物。辊身硬度HSD80-82，辊颈硬度HSD34-39。
实施例5
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：1.32％，Si：0.82％，Mn：0.90％，P：0.07％，S：0.03％，Cr：8.5％，Ni：2.2％，Mo：3.12％，V：1.02％，W：0.61％，余量为Fe；芯部铁水C：2.91％，Si：1.41％，Mn：0.71％，P：0.03％，S：0.03％，Cr：0.02％，Ni：0.21％，Mo：0.05％，W+V+Nb＝0.03％，余量为Fe。外层在温度1558℃熔炼，成分达标后升温至1651℃后出炉，吹氩气5min，静置3min，降温至1550℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1380℃，升温至1552℃吹氩9min，静置4min，温度降至1451℃开始浇注，浇注完毕后182h冷开箱，粗加轴向留量20mm，径向直径方向留量9mm，采用差温加热的方式热处理，在530℃预热，保温41h，预热结束后对辊身进行加热，1070℃加热262min，辊身喷雾60min，吹风58min后空冷，辊身415℃时装炉回火52h。辊身组织为马氏体+碳化物，辊颈组织为珠光体+碳化物。辊身硬度HSD78-81，辊颈硬度HSD37-41。
实施例6
以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到高速钢设计成分范围：外层铁水C：1.62％，Si：0.81％，Mn：0.80％，P：0.06％，S：0.02％，Cr：8.3％，Ni：2.6％，Mo：2.99％，V：1.00％，W：0.69％余量为Fe；芯部铁水C：2.90％，Si：1.40％，Mn：0.70％，P：0.04％，S：0.05％，Cr：0.06％，Ni：0.22％，Mo：0.09％，W+V+Nb＝0.05％，余量为Fe。外层在温度1490℃熔炼，成分达标后升温至1590℃后出炉，吹氩气3min，静置2.5min，降温至1553℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1412℃，升温至1532℃吹氩9min，静置5min，温度降至1451℃开始浇注，浇注完毕后189h冷开箱，粗加轴向留量19mm，径向直径方向留量9mm，采用差温加热的方式热处理，在590℃预热，保温39h，预热结束后对辊身进行加热，1110℃加热265min，辊身喷雾60min，吹风59min后空冷，辊身430℃时装炉回火5h。辊身组织为马氏体+碳化物，辊颈组织为珠光体+碳化物。辊身硬度HSD78-84，辊颈硬度HSD34-41。
实施例7
实施例7为对照例，为常规粗轧高速钢轧辊。
取实施例1～实施例7产品进行试样耐磨损及冷热疲劳试验，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
通过对研制的薄板坯全无头轧制专用高速钢进行性能测试，研制的专用工作辊高于常规高速钢轧辊耐磨性，尤其冷热疲劳性能明显高于常规高速钢轧辊。
根据性能检测结果，研制的薄板坯全无头轧制专用高速钢具有良好的耐磨性及抗热裂性，在实际使用过程中，能较好适应全无头轧制技术的工况特点。
Claims (10)
1.一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用工频炉冶炼外层铁水和芯部铁水；
步骤B、产品制造方式为离心复合制造，熔炼成分达标后，外层铁水和芯部铁水分别加热后出炉并浇注；
步骤C、浇注完毕后冷开箱，冷开箱后进行粗加工；
步骤D、加完毕后对辊身进行淬火加热并整体回火处理；
步骤E、淬火加热结束后进行精加工、检测直至成品。
2.根据权利要求1所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤A中外层铁水熔炼温度1500-1600℃，芯部铁水熔炼温度1300-1400℃。
3.根据权利要求1所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤A和步骤B中外层铁水的化学成分为：C：0.6～1.8%，Si：0.5～1.5%，Mn：0.2～1.2%，P≤0.10%，S≤0.1%，Cr：4.0-10.0%，Ni：0.5-3.0%，Mo：2.0-7.0%，V：0.5-4.0，W：0.5-2.0，Nb≤1.0%，余量为Fe；芯部化学成分范围C：2.3～4.0%，Si：1.0～4.0%，Mn：0.1～1.0%，P≤0.10%，S≤0.1%，Cr≤1.0%，Ni≤2.0%，Mo：0.1-3.0%，W+V+Nb≤0.8%，余量为Fe。
4.根据权利要求3所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述外层铁水化学成分W+V+Nb≤1.0%及芯部铁水化学成分W+V+Nb≤0.8%中，W、V、Nb取其中三种、两种、任意一种或没有。
5.根据权利要求2所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤B中外层铁水熔炼结束后加热至1600-1700℃出炉，吹氩气3-8min，静置1-3min，温度降至1500-1600℃时浇注；芯部铁水分别送电加热至温度1500-1600℃出炉，吹氩4-10min，静置2-5min，降温至1400-1500℃开始浇注。
6.根据权利要求5所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤B中外层铁水浇注时采用随流加入孕育剂的方式；芯部铁水浇注时采用包底加入球化剂的方式，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1-5%。
7.根据权利要求6所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤B中孕育剂种类采用硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金中任一种或任几种，球化剂采用稀土镁、富铈稀土任一种或任两种。
8.根据权利要求1所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤C中浇注完毕120-200h后冷开箱，冷开箱后进行粗加工，粗加工辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm。
9.根据权利要求1所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤D中热处理方式选用整体加热热处理，加热温度1000-1210℃，加热时间180-360min，冷却方式为辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度为300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。
10.根据权利要求1所述的一种薄板坯全无头轧制用粗轧高速钢工作辊制备方法，其特征在于：所述步骤D中热处理方式选用差温热处理方式，差温加热前对产品整体在400-650℃保温30-60h预热，预热结束后对辊身进行加热，加热温度980-1200℃，加热时间180-360min，冷却方式采用辊身喷雾30-80min、吹风30-80min后空冷至辊身温度300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h，辊颈自然空冷状态。
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