CN114480964A - 一种薄带铸轧耐热辊用合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：C0.20％～0.25％，Si0.40％～0.50％，Mn0.60％～0.80％，Cr12％～13％，Ni0.9％～1.0％，W1.20％～1.25％，V 0.30％～0.40％，Mo1.15％～1.25％，P≤0.010％，S≤0.008％，余量为铁。本发明的薄带铸轧耐热辊用合金材料，具有极优异的高温蠕变性能、抗拉强度、耐高温性能和硬度，特别适用于加工成型薄带铸轧耐热辊，可以满足薄带铸轧时对耐热辊的使用需求。

Description

一种薄带铸轧耐热辊用合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种薄带铸轧耐热辊用合金材料及其制备方法。
背景技术
薄带铸轧耐热辊的使用工况条件是耐热辊长时间输送高温带钢且部分辊长时间处于水蒸气的气雾环境中(水蒸气降温)，薄带钢在轧机出口接触带钢温度约为700℃，冷却结束后带钢温度约为550℃；在以上工况条件下的薄带铸轧生产过程中，耐热辊的失效形式常见有氧化、腐蚀(水蒸气)、起皮、凹坑、划伤等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种薄带铸轧耐热辊用合金材料及其制备方法，提高薄带铸轧耐热辊的高温蠕变性能、抗拉强度、耐高温性能和硬度。
本发明采用的技术方案是：
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.20％～0.25％，Si0.40％～0.50％，Mn0.60％～0.80％，Cr12％～13％，Ni0.9％～1.0％，W1.20％～1.25％，V 0.30％～0.40％，Mo1.15％～1.25％，P≤0.010％，S≤0.008％，余量为铁。
合金材料中气体含量为：[N]小于等于30ppm，[H]小于等于1.5ppm，[O]小于等于25ppm。
V是固溶强化的元素，和W、磷一起强化基体，有利于各相的分散均匀和强化相的形成，有利于强度、耐磨性和硬度性能的提高，特别是有利于耐热性能的提高；Mo增加合金的流动性，提高合金的切削性能和强度，并可抑制晶粒长大。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：所述合金材料还包括Sn0.25％～0.45％。Sn起到抑制晶粒长大的作用，并可增强合金的抗拉强度和高温蠕变性能。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：所述合金材料还包括Bi0.10％～0.20％。Bi易与合金材料中的氧、硫等杂质结合，净化晶界，消除缺陷，改善合金的高温蠕变性能和耐高温性能。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：所述合金材料还包括Ru0.02％～0.06％。添加Ru增强合金材料的致密度和耐压、耐磨性能以及硬度性能。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：所述合金材料还包括Y0.12％～0.14％。添加Y也是辅助Mo来增强抗拉强度的性能和提高耐热性能。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.20％～0.25％，Si0.40％～0.50％，Mn0.60％～0.80％，Cr12％～13％，Ni0.9％～1.0％，W1.20％～1.25％，V 0.30％～0.40％，Mo1.15％～1.25％，P≤0.010，S≤0.008，Sn 0.25％～0.45％，Bi 0.10％～0.20％，Ru 0.02％～0.06％，Y 0.12％～0.14％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：所述步骤S2的淬火温度为1000～1020℃，淬火时间为3～5h，之后用风冷冷却；所述回火温度为500～570℃，回火温度为5～7h。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：所述步骤S2的退火温度为600～650℃，退火时间为10～50min。
优选的是，所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：所述步骤S2的淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
本发明的优点在于：本发明的薄带铸轧耐热辊用合金材料，具有极优异的高温蠕变性能、抗拉强度、耐高温性能和硬度，特别适用于加工成型薄带铸轧耐热辊，可以满足薄带铸轧时对耐热辊的使用需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，V 0.30％，Mo1.15％，P0.010％，S 0.008％，Sn 0.25％，Bi 0.10％，Ru 0.02％，Y 0.12％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，V 0.30％，Mo1.15％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.25％，Bi0.10％，Ru 0.02％，Y 0.12％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊；淬火温度为1000℃，淬火时间为5h，之后用风冷冷却；所述回火温度为500℃，回火温度为7h；退火温度为600℃，退火时间为50min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
实施例2
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.35％，Bi 0.16％，Ru 0.04％，Y 0.13％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.35％，Bi0.16％，Ru 0.04％，Y 0.13％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料；淬火温度为1010℃，淬火时间为4h，之后用风冷冷却；所述回火温度为550℃，回火温度为6h；退火温度为620℃，退火时间为40min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
实施例3
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi 0.20％，Ru 0.06％，Y 0.14％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi0.20％，Ru 0.06％，Y 0.14％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料，淬火温度为1020℃，淬火时间为3h，之后用风冷冷却；所述回火温度为570℃，回火温度为5h；退火温度为650℃，退火时间为10min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例1
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，Mo1.15％，P 0.010％，S0.008％，Sn 0.25％，Bi 0.10％，Ru 0.02％，Y 0.12％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，Mo1.15％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.25％，Bi 0.10％，Ru0.02％，Y 0.12％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊；淬火温度为1000℃，淬火时间为5h，之后用风冷冷却；所述回火温度为500℃，回火温度为7h；退火温度为600℃，退火时间为50min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例2
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，V 0.30％，P 0.010％，S0.008％，Sn 0.25％，Bi 0.10％，Ru 0.02％，Y 0.12％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.20％，Si0.40％，Mn0.60％，Cr12％，Ni0.9％，W1.20％，V 0.30％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.25％，Bi 0.10％，Ru0.02％，Y 0.12％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊；淬火温度为1000℃，淬火时间为5h，之后用风冷冷却；所述回火温度为500℃，回火温度为7h；退火温度为600℃，退火时间为50min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例3
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Bi 0.16％，Ru 0.04％，Y 0.13％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Bi 0.16％，Ru0.04％，Y 0.13％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料；淬火温度为1010℃，淬火时间为4h，之后用风冷冷却；所述回火温度为550℃，回火温度为6h；退火温度为620℃，退火时间为40min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例4
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.35％，Ru 0.04％，Y 0.13％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.22％，Si0.46％，Mn0.70％，Cr12.5％，Ni0.92％，W1.22％，V 0.35％，Mo1.20％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.35％，Ru0.04％，Y 0.13％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料；淬火温度为1010℃，淬火时间为4h，之后用风冷冷却；所述回火温度为550℃，回火温度为6h；退火温度为620℃，退火时间为40min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例5
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi 0.20％，Y 0.14％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi0.20％，Y 0.14％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料，淬火温度为1020℃，淬火时间为3h，之后用风冷冷却；所述回火温度为570℃，回火温度为5h；退火温度为650℃，退火时间为10min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
对比例6
一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其中：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi 0.20％，Ru 0.06％，余量为铁。
一种利用薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其中：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.25％，Si0.50％，Mn0.80％，Cr13％，Ni1.0％，W1.25％，V 0.40％，Mo1.25％，P 0.010％，S 0.008％，Sn 0.45％，Bi0.20％，Ru 0.06％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊用合金材料，淬火温度为1020℃，淬火时间为3h，之后用风冷冷却；所述回火温度为570℃，回火温度为5h；退火温度为650℃，退火时间为10min；淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
下面列出实施例1-3和对比例1-2的性能测试结果，如表1
表1
Figure BDA0003443688560000081
Figure BDA0003443688560000091
从表1可知，实施例1-3的薄带铸轧硬度、高温蠕变性能、耐热均高于对比例1-6。
本发明的薄带铸轧耐热辊用合金材料，具有极优异的高温蠕变性能、抗拉强度、耐高温性能和硬度，特别适用于加工成型薄带铸轧耐热辊，可以满足薄带铸轧时对耐热辊的使用需求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种薄带铸轧耐热辊用合金材料，其特征在于：按重量百分比计，所述合金材料包括以下组分：
C0.20％～0.25％，Si0.40％～0.50％，Mn0.60％～0.80％，Cr12％～13％，Ni0.9％～1.0％，W1.20％～1.25％，V0.30％～0.40％，Mo1.15％～1.25％，P≤0.010％，S≤0.008％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其特征在于：所述合金材料还包括Sn 0.25％～0.45％。
3.根据权利要求1所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其特征在于：所述合金材料还包括Bi 0.10％～0.20％。
4.根据权利要求1所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其特征在于：所述合金材料还包括Ru 0.02％～0.06％。
5.根据权利要求1所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料，其特征在于：所述合金材料还包括Y 0.12％～0.14％。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其特征在于：按重量百分比计，包括以下步骤：
S1.称取合金材料，合金材料包括以下组分：C0.20％～0.25％，Si0.40％～0.50％，Mn0.60％～0.80％，Cr12％～13％，Ni0.9％～1.0％，W1.20％～1.25％，V 0.30％～0.40％，Mo1.15％～1.25％，P≤0.010，S≤0.008，Sn 0.25％～0.45％，Bi 0.10％～0.20％，Ru 0.02％～0.06％，Y 0.12％～0.14％，余量为铁，将上述材料加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，浇铸，得到半成品；
S2.将半成品进行淬火、回火以及退火的热处理得到薄带铸轧耐热辊。
7.根据权利要求6所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其特征在于：所述步骤S2的淬火温度为1000～1020℃，淬火时间为3～5h，之后用风冷冷却；所述回火温度为500～570℃，回火温度为5～7h。
8.根据权利要求6所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其特征在于：所述步骤S2的退火温度为600～650℃，退火时间为10～50min。
9.根据权利要求6所述的薄带铸轧耐热辊用合金材料制备薄带铸轧耐热辊的方法，其特征在于：所述步骤S2淬火、回火后半成品的硬度HBW为300～320，退火后的薄带铸轧的硬度HBW≤269。
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