CN114941103A - 一种平整机工作辊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平整机工作辊的制备方法，属于轧辊材料技术领域，包括工作辊成分范围、制造方式、制备工艺参数，通过对材质及制备工艺的研究，制备出了抗热裂、高耐磨的高速钢工作辊，更适用于有延长辊役需求的平整轧线进行使用。

Description

一种平整机工作辊的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种平整机工作辊的制备方法。
背景技术
当前平整机工作辊仍以锻钢轧辊为主，耐磨性不足，影响轧线效率，高速钢材质因具有良好耐磨性在各机架均得到良好应用并得以顺利推广。
但高速钢材质因膨胀系数大在其他轧线的应用上对于冷却有特殊要求，同时，常规高速钢中因含有大量的碳化物，碳化物与基体的不均衡磨损导致了板面粗糙，影响轧制效果，如何将高速钢材质应用到无冷却系统的平整机轧线，需对材质、工艺进行专项设计。
因此，如何开发平整机专用高速钢，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
本发明提供了一种平整机工作辊的制备方法，使用高速钢材质，既满足热轧平整轧线的需求，又满足了板面质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种平整机工作辊的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、选择原料，使得外层合金成分及其范围：C0.4～1.0％，Si0.5～1.0％，Mn0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr4.0-10.0％，Ni0.3-1.0％，Mo2.0-3.0％，V0.5-4.0，W：0.5-2.0，余量为Fe；芯部化学成分及其范围C2.3～4.0％，Si1.0～4.0％，Mn0.1～1.0％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr≤0.5％，Ni≤1.0％，Mo0.1-0.5％，W+V+Nb≤0.8％，余量为铁；采用工频炉冶炼铁水；
步骤B、将步骤A中熔炼达标后的外层及芯部铁水浇注，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包或翻包，芯部铁水采用包底加入球化剂孕育剂的方式，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；
步骤C、浇注完毕70-130h后冷开箱，粗加工，辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm；
步骤D、粗加工完毕后采用高温热处理方式对辊身进行淬火加热并整体回火处理；
步骤E、淬火及回火结束后进行精加工、检测直至成品。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A和步骤B中外层钢水熔炼温度1400-1700℃，送电加热至温度1500-1800℃出炉，温度降至1320-1410℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1300-1600℃时出炉，温度降至1200-1500℃时浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：工作层中的C和碳化物形成元素比值需≤0.1，即C/(Cr+V+Mo+W+Nb)≤1/10冒，芯部成分中W+V+Nb≤0.8％中，W、V、Nb可以取其三种、两种、任意一种或没有。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中的原料为多元合金的化合物。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中的原料为废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中的孕育剂为硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金其中一种或几种，球化剂为稀土镁、富铈稀土其中一种或几种，孕育剂加入量为0.5-1.0％，球化剂加入量为1-5％。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中轴向余量可根据炉体尺寸进行加长。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中的高温热处理方式参数为：炉体温度900-1150℃，加热时间60-120min，冷却方式为喷雾10-50min、吹风30-60min后空冷至辊温300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明对热轧平整机专用高速钢工作辊成分、制造方式等铸造工艺参数及热处理工艺进行了研究，通过热轧平整机工作辊的特点，结合热轧平整机轧线没有冷却的情况，对材质进行了专项研究，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，平整机轧线无冷却，因此需保证组织良好抗热裂性，同时，平整机为成品板材平整，为了保证辊面的均衡磨损进而达到板面板型的要求，需控制碳化物的含量，保证碳化物含量≤4％，因此控制合金元素C及碳化物形成元素比值,即C/(Cr+V+Mo+W+Nb)≤1/10，可保证主要的合金均熔入基体达到强化基体的目的，达到基体与碳化物均衡磨损的目的，基体具备良好的耐磨性及抗热裂性。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，保证了平整机高速钢专用工作辊的抗热裂性。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，更适用于有延长辊役需求的平整轧线进行使用。
附图说明
图1是实施例1高速钢平整机专用辊的100×组织图片。
具体实施方式
一种平整机工作辊的制备方法，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，采用工频炉冶炼铁水，外层钢水熔炼温度1400-1700℃，芯部钢水熔炼温度1300-1600℃达到设计的成分要求方可出炉浇注；
步骤B、熔炼成分达标后，外层及芯部铁水送电加热至温度1500-1800℃出炉，温度降至1400-1500℃时浇注，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包，芯部铁水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％；
步骤C、浇注完毕70-130h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、粗加完毕后采用差温热处理方式对辊身进行加热并整体回火处理。
步骤E、正回火结束后进行精加工、检测直至成品。
步骤A和步骤B中的外层合金成分范围：C0.4～1.0％，Si0.5～1.0％，Mn0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr4.0-10.0％，Ni0.3-1.0％，Mo2.0-3.0％，V0.5-4.0，W：0.5-2.0，余量为Fe；其中C和碳化物形成元素比值需≤0.1，即C/(Cr+V+Mo+W+Nb)≤1/10；芯部化学成分范围C2.3～4.0％，Si1.0～4.0％，Mn0.1～1.0％，P≤0.10％，S≤0.1％，Cr≤0.5％，Ni≤1.0％，Mo0.1-0.5％，W+V+Nb≤0.8％，余量为铁，W、V、Nb可以取其三种、两种、任意一种或没有。
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、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用中频炉冶炼，达到设计成分范围：外层铁水C0.65％，Si0.81％，Mn0.76％，P0.05％，S0.06％，Cr8.3％，Ni0.5％，Mo2.32％，V0.9％，W0.59％余量为Fe；芯部铁水C3.01％，Si1.5％，Mn0.8％，P0.08％，S0.09％，Cr0.05％，Ni0.1％，Mo0.1％，W+V+Nb＝0.06％，余量为Fe。外层在温度1603℃熔炼，成分达标后升温至1630℃后出炉，温度降至1410℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1550℃出炉，浇注温度1360℃，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包，芯部铁水包底加入球化剂孕育剂，球化剂上方采用20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖；浇注完毕后73h冷开箱，粗加轴向留量25mm，径向直径方向留量12mm，采用差温加热的方式热处理，在1010℃加热115min，辊身喷雾50min，吹风30min后空冷，辊身400℃时装炉回火35h。
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，达到球铁设计成分范围：外层铁水C0.68％，Si0.83％，Mn0.73％，P0.03％，S0.05％，Cr5.6％，Ni0.65％，Mo2.12％，V3.62％，W0.58％余量为Fe；芯部铁水C3.02％，Si1.3％，Mn0.85％，P0.07％，S0.08％，Cr0.06％，Ni0.2％，Mo0.3％，W+V+Nb＝0.05％，余量为Fe。外层在温度1605℃熔炼，成分达标后升温至1630℃后出炉，温度降至1400℃离心浇注，外层采用翻包铁水包，芯部钢水熔炼温度1450℃，芯部采用翻包式铁水包，包底加入球化剂孕育剂的方式，球化剂上方采用20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖；浇注温度1280℃，浇注完毕后86h冷开箱，粗加轴向留量22mm，径向直径方向留量11mm，采用差温加热的方式热处理，在1020℃加热113min，辊身喷雾45min，吹风35min后空冷，辊身410℃时装炉回火36h。
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，达到球铁设计成分范围：外层铁水C0.64％，Si0.73％，Mn0.63％，P0.02％，S0.04％，Cr6.89％，Ni0.68％，Mo2.98％，V2.39％，W0.55％余量为Fe；芯部铁水C3.01％，Si1.1％，Mn0.86％，P0.06％，S0.07％，Cr0.05％，Ni0.1％，Mo0.2％，W+V+Nb＝0.06％，余量为Fe。外层在温度1607℃熔炼，成分达标后升温至1732℃后出炉，温度降至1400℃离心浇注，外层采用翻包铁水包，芯部钢水熔炼温度1452℃，浇注温度1361℃，芯部采用底漏式铁水包，包底加入球化剂孕育剂，球化剂上方采用20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖；浇注完毕后102h冷开箱，粗加轴向留量21mm，径向直径方向留量13mm，采用差温加热的方式热处理，在1025℃加热111min，辊身喷雾46min，吹风36min后空冷，辊身420℃时装炉回火39h。
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，达到球铁设计成分范围：外层铁水C0.59％，Si0.74％，Mn0.65％，P0.01％，S0.03％，Cr6.95％，Ni0.65％，Mo2.32％，V3.12％，W0.59％余量为Fe；芯部铁水C3.05％，Si1.11％，Mn0.85％，P0.05％，S0.03％，Cr0.06％，Ni0.2％，Mo0.2％，W+V+Nb＝0.06％，余量为Fe。外层在温度1605℃熔炼，成分达标后升温至1633℃后出炉离心浇注，浇注温度1410℃，芯部钢水熔炼温度1453℃，浇注温度1360℃，芯部采用底漏式铁水包，包底加入球化剂孕育剂，球化剂上方采用15mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，浇注完毕后80h冷开箱，粗加轴向留量19mm，径向直径方向留量10mm，采用差温加热的方式热处理，在1023℃加热110min，辊身喷雾45min，吹风37min后空冷，辊身425℃时装炉回火45h。
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，达到球铁设计成分范围：外层铁水C0.64％，Si0.72％，Mn0.67％，P0.03％，S0.05％，Cr5.96％，Ni0.67％，Mo2.43％，V1.95％，W0.93％余量为Fe；芯部铁水C3.01％，Si1.12％，Mn0.86％，P0.06％，S0.04％，Cr0.07％，Ni0.22％，Mo0.23％，W+V+Nb＝0.07％，余量为Fe。外层在温度1610℃熔炼，成分达标后升温至1631℃后出炉离心浇注，芯部钢水熔炼温度1452℃，芯部采用翻包铁水包，包底加入球化剂孕育剂，球化剂上方采用15mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，浇注温度1361℃，浇注完毕后82h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热处理，在1029℃加热95min，辊身喷雾35min，吹风36min后空冷，辊身427℃时装炉回火47h。
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，达到球铁设计成分范围：外层铁水C0.56％，Si0.71％，Mn0.65％，P0.04％，S0.06％，Cr5.96％，Ni0.65％，Mo2.41％，V3.62％，W0.52％余量为Fe；芯部铁水C3.02％，Si1.13％，Mn0.86％，P0.06％，S0.04％，Cr0.07％，Ni0.22％，Mo0.23％，W+V+Nb＝0.07％，余量为Fe。外层在温度1605℃熔炼，成分达标后升温至1633℃后出炉离心浇注，芯部钢水熔炼温度1449℃，芯部采用底漏式铁水包，包底加入球化剂孕育剂，球化剂上方采用13mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，浇注温度1363℃，浇注完毕后80h冷开箱，粗加轴向留量17mm，径向直径方向留量13mm，采用差温加热的方式热处理，在1022℃加热91min，辊身喷雾37min，吹风35min后空冷，辊身426℃时装炉回火43h。
上述各实施例中孕育剂种类可以是硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金，球化剂是稀土镁、富铈稀土等，可选用其中一种或几种，也可采用其他球化孕育剂代替。步骤A中镍铁可用镍板替代、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。
实施例7
实施例7为对照例，为常规锻钢轧辊。
取实施例1～实施例7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/T228.检测结果见表1。
表1实施例产品性能检测结果
Figure BDA0003624314180000071
如图1所示的金相图片，为本申请实施例1的金相图，白色物相为碳化物，网状断开，基体灰色为基体，强度较高碳化物分布均匀，组织为马氏体+碳化物，基体具有良好的抗热裂性能。
通过对研制的平整机专用高速钢进行性能测试，研制的专用工作辊高于常规锻钢轧辊耐磨性，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，研制的平整机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，能较好适应平整机架工况特点。

Claims (8)

1.一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A、选择原料，使得外层合金成分及其范围：C0.4～1.0%，Si0.5～1.0%，Mn0.2～0.8%，P≤0.10%，S≤0.1%，Cr4.0-10.0%，Ni0.3-1.0%，Mo2.0-3.0%，V0.5-4.0，W：0.5-2.0，余量为Fe；芯部化学成分及其范围C2.3～4.0%，Si1.0～4.0%，Mn0.1～1.0%，P≤0.10%，S≤0.1%，Cr≤0.5%，Ni≤1.0%，Mo0.1-0.5%，W+V+Nb≤0.8%，余量为铁；采用工频炉冶炼铁水；
步骤B、将步骤A中熔炼达标后的外层及芯部铁水浇注，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包或翻包，芯部铁水采用包底加入球化剂孕育剂的方式，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；
步骤C、浇注完毕70-130h后冷开箱，粗加工，辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm；
步骤D、粗加工完毕后采用高温热处理方式对辊身进行淬火加热并整体回火处理；
步骤E、淬火及回火结束后进行精加工、检测直至成品。
2.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于步骤A和步骤B中外层钢水熔炼温度1400-1700℃，送电加热至温度1500-1800℃出炉，温度降至1320-1410℃离心浇注，芯部钢水熔炼温度1300-1600℃时出炉，温度降至1200-1500℃时浇注。
3.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：工作层中的C和碳化物形成元素比值需≤0.1，即C/（Cr+V+Mo+W+Nb）≤1/10冒，芯部成分中W+V+Nb≤0.8%中，W、V、Nb可以取其三种、两种、任意一种或没有。
4.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：步骤A中的原料为多元合金的化合物。
5.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：步骤A中的原料为废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉。
6.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：步骤B中的孕育剂为硅铁、硅钙及硅锆合金、锰铁合金其中一种或几种，球化剂为稀土镁、富铈稀土其中一种或几种，孕育剂加入量为0.5-1.0%，球化剂加入量为1-5%。
7.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：步骤C中轴向余量可根据炉体尺寸进行加长。
8.根据权利要求1所述的一种平整机工作辊的制备方法，其特征在于：步骤D中的高温热处理方式参数为：炉体温度900-1150℃，加热时间60-120min，冷却方式为喷雾10-50min、吹风30-60min后空冷至辊温300-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间30-60h。
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