CN114381665B - 一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中厚板轧辊技术领域,尤其是一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,包括外层和芯部,芯部为球墨铸铁铸造的辊芯,外层为高速钢铸造的辊身工作层,辊身工作层的化学成分为:C,Si,Mn,Cr,Ni,Mo,V,W,Nb,B,S,P,其余为Fe和不可避免的杂质,本发明通过添加多种微量合金,达到强化高速钢基体、抑制碳化物析出并细化碳化物分布,基体强硬性≥800HV,碳化物含量≤10%,解决了常规高速钢轧辊高碳化物含量存在冲击韧性差、抗事故能力差的问题,使其具备高强度及抗冲击能力,更加适应中厚板轧机轧制条件。
Description
技术领域
本发明涉及中厚板轧辊技术领域,尤其是一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法。
背景技术
高速钢轧辊成分中含大量Mo、V、W等强碳化物形成元素,尤其是钒含量一般在2%以上,这些元素与碳结合强度大,消耗大量的碳元素,导致组织中存在大量细小弥散颗粒状、具有极高硬度的MC、M2C型碳化物,含量最高达到15%以上,使轧辊具有非常高的耐磨性。但是由于碳大量形成碳化物,导致基体中碳含量较低,基体强硬性下降,一般不超过750HV,导致其脆性相对较大,在发生较大冲击的情况下容易发生裂纹导致轧辊失效,因此高速钢材料主要用于热连轧精轧机架。
中板轧机轧制坯料一般在200mm以上,成品厚度在20mm左右,轧辊在轧制时承受较大的机械冲击和热冲击,常规高速钢因为通过大量合金元素添加强化碳化物而基体强硬性并不能得到充分强化,在使用时出现裂纹的几率较大,限制了高速钢轧辊在中板轧线的应用。
为了满足中厚板轧制需求,需开发出一种基体强硬性高、碳化物含量适中的中厚板高速钢工作辊和制造工艺,解决常规高速钢轧辊冲击韧性差、抗事故能力差问题,适应于中厚板轧机轧制条件。
发明内容
本发明目的设计一种基体强硬性高、碳化物含量适中的中厚板高速钢工作辊和制造工艺,解决常规中厚板高速钢轧辊冲击韧性差、抗事故能力差等问题。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种中厚板高速钢工作辊,包括外层和芯部,外层材质化学组分及重量百分含量为:C:1.2~1.8%,Si:0.50~1.00%,Mn:0.60~1.50%,Cr:6.00~10.00%,Ni:0.5-1.5%,Mo:3.00~8.00%,V:0.5~1.0%,W:0.00-2.00%,Nb:0.05~0.25%,B:0.05-0.20%,S≤0.030%,P≤0.050%,其余为Fe和不可避免的杂质;芯部为球墨铸铁铸造,外层厚度为≧40mm。
本发明技术方案的进一步改进在于:化学组分中W:0.00-2.00%为可加入或不加入,需控制W%+2Mo%≥7%。
一种中厚板高速钢工作辊的制造方法,包括如下步骤:
步骤A,熔炼:将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1500℃~1600℃;
步骤B,离心浇注:将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内,待外层钢水凝固后,离心机停止转动进行合箱后,浇注球磨铸铁材质内层铁水;
步骤C,开箱:将步骤B中的轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱或冷却到100℃以下进行冷开箱;
步骤D,差温热处理:开箱后进行差温处理,差温淬火温度为1000℃~1200℃,冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式;
步骤E,回火处理:差温处理结束后进行回火处理,回火温度为500℃~600℃,回火时间为200~300小时。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤A的原料中,在钢水熔清后温度1550℃以上加入钒、硼、铌合金。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤A中的钒、硼、铌合金的粒度为5-11mm。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤D中,差温热处理对外层加热到淬火温度并冷却,差温热处理在箱式电阻炉或开合式差温炉中进行处理。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤D中,差温热处理热开箱直接进行差温处理,冷开箱需要预热到550-700℃进行差温处理。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤E中的回火次数为2~3次,回火时间200~300小时。
与现有技术相比,本发明提供一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法有益效果如下:
1、本发明提出一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,通过降低高速钢材料中碳含量高于常规配碳量,合金含量上提高Cr、Mo、W等合金含量,W%+2Mo%≥7%,保证外层组织中碳化物以网状碳化物为主,提高轧制时的抗冲击能力。
2、本发明提出一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,材质中降低强碳化物元素V含量至1.0%以下,保留较多的碳元素进入基体以提高基体强硬性。
3、本发明提出一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,材质中加入了微量的Nb、B等合金元素,这些微量元素加入后由于总量非常小,其形成的颗粒碳化物粒度非常小,可达到纳米级别,这些纳米级别的微小结构可以均匀分布在基体中,使得基体强硬性得到提高。
4、本发明提出一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,在钢水熔清后温度1550℃以上加入钒、硼以及铌合金,钒、硼以及铌合金的粒度为5-11mm以保证钒、硼以及铌合金的充分熔化及反应;由于中厚板工作辊规格较大,差温处理难度大,轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱,充分利用热开箱轧辊余热进行差温处理。
5、本发明提出一种中厚板高速钢工作辊及其制造方法,该制造方法,得到中厚板高速钢工作辊基体强度≥800HV,碳化物含量≤10%,保证中厚板高速钢工作辊良好的强韧性,能够适应中板轧机轧制条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种中厚板高速钢工作辊的金相组织图。
具体实施方式
如图1所示,一种中厚板高速钢工作辊的金相组织为:高强度马氏体+少量残余奥氏体+适量碳化物,这种以高强度马氏体为主、碳化物适量的轧辊,韧性高,抗冲击性较高。
该中厚板高速钢工作辊包括外层和芯部,外层为高速钢铸造的辊身工作层,辊身工作层材质化学组分及重量百分含量为:C:1.2~1.8%,Si:0.50~1.00%,Mn:0.60~1.50%,Cr:6.00~10.00%,Ni:0.5-1.5%,Mo:3.00~8.00%,V:0.5~1.0%,W:0.00-2.00%,Nb:0.05~0.25%,B:0.05-0.20%,S≤0.030%,P≤0.050%,其余为Fe和不可避免的杂质;芯部为球墨铸铁铸造,外层厚度为≧40mm;其中化学组分中W:0.00-2.00%为可加入或不加入,需控制W%+2Mo%≥7%。
一种中厚板高速钢工作辊的制造方法,包括如下步骤:
步骤A,熔炼:将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1500℃~1600℃;在钢水熔清后温度1550℃以上加入钒、硼、铌合金,钒、硼、铌合金的粒度为5-11mm,以保证钒、硼、铌合金的充分熔化及反应;
步骤B,离心浇注:将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内,待外层钢水凝固后,离心机停止转动进行合箱后,浇注球磨铸铁材质内层铁水;
步骤C,开箱:将步骤B中的轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱或冷却到100℃以下进行冷开箱;
步骤D,差温热处理:开箱后进行差温处理,差温淬火温度为1000℃~1200℃,冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式;差温热处理对外层加热到淬火温度并冷却,差温热处理在箱式电阻炉或开合式差温炉中进行处理,由于中厚板工作辊规格较大,差温处理难度大,轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱,充分利用热开箱轧辊余热进行差温处理;差温热处理热开箱直接进行差温处理,冷开箱需要预热到550-700℃进行差温处理。
步骤E,回火处理:差温处理结束后进行回火处理,回火温度为500℃~600℃,回火次数为2~3次,回火时间200~300小时。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
实施例1
一种中厚板高速钢工作辊的制造方法,将外层材质各合金元素的含量配比C:1.20%,Si:0.75%,Mn:0.88%,P:0.05%,S:0.03%,Cr:6.50%,Ni:0.56%,Mo:3.45%,V:0.54%,W:1.00%,其余为Fe和不可避免的杂质;该工作辊制造步骤如下:
步骤A,熔炼,将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1500℃~1600℃;
步骤B,离心浇注,将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内,待外层钢水凝固后,离心机停止转动进行合箱后,浇注球磨铸铁材质内层铁水;
步骤C,开箱,将步骤B中的轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱或冷却到100℃以下进行冷开箱;
步骤D,差温热处理,开箱后进行差温处理,差温淬火温度为1000℃~1200℃,冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式;
步骤E,回火处理,差温处理结束后进行回火处理,回火温度为500℃~600℃,回火时间为200~300小时。
采用上述化学组分和制造方法,得到中厚板高速钢工作辊,经检测基体强度850HV,碳化物含量5.4%。
实施例2~6与实施例1均相同,不同之处如下表1:
表1
实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
C | 1.34% | 1.43% | 1.53% | 1.65% | 1.80% |
Si | 0.78% | 0.85% | 0.50% | 1.00% | 0.86% |
Mn | 1.02% | 1.15% | 1.50% | 0.98% | 0.60% |
Cr | 7.50% | 6.00% | 8.50% | 10.00% | 9.30% |
Ni | 1.05% | 0.50% | 0.85% | 0.75% | 1.50% |
Mo | 4.50% | 6.50% | 7.50% | 8.00% | 3.00% |
V | 0.85% | 1.00% | 0.75% | 0.50% | 1.00% |
W | 0.50% | 1.50% | 2.00% | 0.00% | 2.00% |
Nb | 0.05% | 0.13% | 0.25% | 0.20% | 0.15% |
B | 0.10% | 0.05% | 0.20% | 0.15% | 0.05% |
P | 0.03% | 0.02% | 0.02% | 0.03% | 0.02% |
S | 0.02% | 0.03% | 0.01% | 0.02% | 0.03% |
淬火温度 | 1200℃ | 1150℃ | 1000℃ | 1050℃ | 1100℃ |
回火温度 | 600℃ | 580℃ | 500℃ | 550℃ | 520℃ |
回火次数 | 3 | 2 | 2 | 3 | 2 |
回火时间 | 260h | 300h | 250h | 200h | 280h |
基体显微硬度 | 835HV | 850HV | 852HV | 865HV | 870HV |
碳化物含量 | 6.5% | 7.2% | 8.5% | 9.2% | 9.8% |
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明装置权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种中厚板高速钢工作辊,其特征在于,包括外层和芯部,外层材质化学组分及重量百分含量为:C:1.2~1.8%,Si:0.50~1.00%,Mn:0.60~1.50%,Cr:6.00~10.00%,Ni:0.5-1.5%,Mo:3.00~8.00%,V:0.5~1.0%,W:0.00-2.00%,Nb:0.05~0.25%,B:0.05-0.20 %,S≤0.030%,P≤0.050%,其余为Fe和不可避免的杂质;芯部为球墨铸铁铸造,外层厚度为≧40mm;化学组分中W:0.00-2.00%为可加入或不加入,需控制W%+2Mo%≥7%;
一种中厚板高速钢工作辊的制造方法,包括如下步骤:
步骤A,熔炼:将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1500℃~1600℃;
步骤B,离心浇注:将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内,待外层钢水凝固后,离心机停止转动进行合箱后,浇注球磨铸铁材质内层铁水;
步骤C,开箱:将步骤B中的轧辊在铸型内控温冷却到550-750℃热开箱或冷却到100℃以下进行冷开箱;
步骤D,差温热处理:开箱后进行差温处理,差温淬火温度为1000℃~1200℃,冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式;
步骤E,回火处理:差温处理结束后进行回火处理,回火温度为500℃~600℃,回火时间为200~300小时;
步骤D中,差温热处理热开箱直接进行差温处理,冷开箱需要预热到550-700℃进行差温处理;步骤E中的回火次数为2~3次,回火时间200~300小时;
所述中厚板高速钢工作辊基体强度≥800HV,碳化物含量≤10%。
2.根据权利要求1所述一种中厚板高速钢工作辊,其特征在于:步骤A的原料中,在钢水熔清后温度1550℃以上加入钒、硼、铌合金。
3.根据权利要求1所述一种中厚板高速钢工作辊,其特征在于:步骤A中的钒、硼、铌合金的粒度为5-11mm。
4.根据权利要求1所述一种中厚板高速钢工作辊,其特征在于:步骤D中,差温热处理对外层加热到淬火温度并冷却,差温热处理在箱式电阻炉或开合式差温炉中进行处理。
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