CN1212204C - 一种高速钢复合辊环 - Google Patents

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Abstract

一种高速钢复合辊环，辊环外层为高速钢，辊环芯部为合金球墨铸铁，其特征在于：辊环外层的化学成分(重量%)为：C 1.2-2.5%，Si 0.3-1.5%，Mn 0.4-1.0%，Cr 3.0-6.0%，Mo 1.0-4.0%，V 1.0-4.0%，W 0.5-3.0%，Nb 0.5-2.0%，Ti 0.01-0.5%，RE 0.01-0.5%，P＜0.05%，S＜0.05%，余为Fe；辊环芯部的化学成分(重量%)为：C 3.0-3.8%，Si 2.2-3.2%，Mn 0.3-0.8%，Ni 0.2-2.0%，Cr＜0.3%，Mo＜0.3%，Mg0.03-0.1%，RE≥0.03%，P＜0.1%，S＜0.03，余为Fe。与现有技术相比本发明具有成本低、硬度高、耐磨性能好、使用寿命长、轧机作业率高的优点。

Description

一种高速钢复合辊环
技术领域
本发明属于轧钢机用复合辊环领域，特别适用于一种线、棒材轧机、带钢轧机及型钢轧机所使用的高速钢复合辊环。
背景技术
在现有技术中，随着工业发展对轧制材料质量要求的提高，在轧制领域普遍采用了大压下量等轧制技术。辊环是轧钢生产中大量消耗的关键部件。通常要求辊环表层具有良好的耐磨性和红硬性和辊环芯部应具有较高的强度和良好的韧性。为达到此目的，工业上普遍采用离心复合技术生产复合型辊环，即辊环由辊芯和外层组成，这种复合辊环比单一材辊环，虽然使用性能有了很大的提高，但仍存在不少缺点。目前采用辊环外部和辊环芯部都为球墨铸铁的复合辊环比较普遍，例如在(《轧钢》1998增刊，钢管连轧机复合针状球墨铸铁轧制研制，作者俞誓达等。)中披露的针状贝氏体球墨铸铁轧辊成分，其轧辊外层为：C 3.0-3.5％，Si 1.2-1.7％，Mn 0.4-0.8％，P≤0.15％，S≤0.03％，Cr 0.1-0.4％，Ni 3.3-4.0％，Mo 0.5-1.0％，Mg≥0.04％；轧辊芯部为C 3.2-3.6％，Si 1.3-2.2％，Mn 0.3-0.6％，P≤0.10％，S≤0.03％，Cr≤0.20％，Ni 1.0-2.0％，Mo 0.1-0.3％，Mg≥0.04％。但球墨铸铁在球化处理过程中，由于球化工艺不稳定，易造成表层辊环成分均匀性较差，导致其硬度和耐磨性能降低，所以采用球墨铸铁辊环存在辊环工作层材料的使用寿命达不到性能要求的缺点，难以满足热轧生产线精轧前恶劣轧制条件的需要。另外碳化钨硬质合金辊环的引入提高轧机作业率，轧钢量比球墨铸铁轧辊可提高5-10倍，但是碳化钨辊环的缺点是辊环硬度高，加工困难、材料脆性大，易于断裂，和制造成本昂贵等，不适于大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度高、耐磨性能好、使用寿命长的高速钢复合辊环。
基于上述目的，本发明所采用的技术方案为(如附图1所示)：辊环外层材料采用高速钢，辊环芯部材料采用合金球墨铸铁。辊环外层钢水采用稀土变质处理，将变质处理后的外层钢水浇入到具有一定旋转速度的离心机铸型内，外层钢水浇完后，在外层的内表面加入一种保护剂保护，当外层钢水凝固后再浇入芯部铁水，所述芯部铁水出铁时用稀土硅铁镁及硅铁粉进行球化及孕育处理，芯部铁水在浇注时采用硅铁粉进行瞬时孕育处理，使两种不同的金属达到完全的冶金结合。
辊环外层的化学成分(重量％)：C 1.2-2.5％，Si 0.3-1.5％，Mn 0.4-1.0％，Cr 3.0-6.0％，Mo 1.0-4.0％，V 1.0-4.0％，W 0.5-3.0％，Nb 0.5-2.0％，Ti0.01-0.5％，RE 0.01-0.5％，P＜0.05％，S＜0.05％，余为Fe；
辊环芯部的化学成分(重量％)为：C 3.0-3.8％，Si 2.2-3.2％，Mn0.3-0.8％，Ni 0.2-2.0％，Cr＜0.3％，Mo＜0.3％，Mg 0.03-0.1％，RE≥0.03％，P＜0.1％，S＜0.03，余为Fe。
上述辊环外层和芯部钢水的化学成分的设计依据如下：
1、在高速钢辊环外层化学成分中：
C是钢中最重要的组成元素，它以固溶和形成碳化物的方式提高钢的强度，
当C含量过高时，初生奥氏体量少，晶粒细化，碳化物量增多；当C含量过低时，初生奥氏体生长区间变宽，晶粒粗大，同时因残余液相少，碳化物量减少。因此，C控制在1.2-2.5％较合适。
Si提高C的活度，与C一样有利于组织中M2C的形成，同时还可推迟低温回火脆性的产生和起到固溶强化作用，但含量过高会降低高速钢的塑性，因此Si含量控制在0.3-1.5％较合适。
Mn与Ni一样都是细化基体，提高钢的韧性，但同时又会导致组织中残余奥氏体量的增加，残余奥氏体在辊环的热处理和使用过程中是不利的。而Mn同时又可提高钢的弹性模量，因此在成分设计中增加了Mn的含量，取消了Ni的加入，Mn的加入量为0.4-1.0％。
V和Nb即可提高高速钢的耐磨性，又可提高高速钢的强韧性。因为V和Nb是强碳化物形成元素，生成的碳化物极为稳定。在高碳的条件下，往往以先共析相析出，将对奥氏体均匀化产生影响。在快速冷却条件下，往往呈颗粒状存在，这是减少连续粗大共晶碳化物的有利条件。在有Nb存在的条件下，Nb是VC碳化物成核的核心，促进形成颗粒状碳化物的元素。在进行离心复合的条件下，往往因r相与VC相的比重相差较大，易形成比重偏析。加入Nb，增加VC的比重，减少偏析。
W可提高高速钢的红硬性，W主要生成W2C型碳化物，而W2C型碳化物的密度高达17.2，在离心力的作用下，易发生偏析。同时，从碳化物的体积百分数来说，用W也是不合算的。但W可提高钢的抗氧化性，因此，W控制在0.5-3.0％之间。
Mo在高速钢中的作用与W相近，但是，1％的Mo可取代1.8％的W，即Mo的W当量为1.8。共晶的Mo2C密度为9.1，从碳化物的量和偏析来考虑都比W有利，因此将Mo控制在1.0-4.0％之间。
Cr是强烈的碳化物形成无素，同时又能提高高速钢的淬透性。此外，它也是保证抗氧化性的基本元素，所以Cr控制在3.0-6.0％之间。
RE作为变质剂被加入，对高速钢进行变质处理，RE可降低钢水中S和O含量，增加钢水的过冷度，使共晶组织细化。
Ti在钢水中与C反应，生成大量弥散的TiC质点，TiC作为奥氏体和MC型碳化物的异质晶核，细化奥氏体晶粒，促进MC型碳化物的形成，提高了高速钢的硬度和耐磨性。
同时，为了获得良好的强韧性配合，必须严格控制杂质元素含量，其P、S以不超过0.05％为宜。
2、在高速钢辊环芯部化学成分中：
高速钢辊环芯部采用合金球墨铸铁，与现有技术比较，增加了Cr和Mo含量的限制。因为Cr和Mo都是碳化物的形成元素，如果原铁水中Cr和Mo含量过高，内层铁水浇注后，由于外层合金的高温扩散，使结合层碳化物量增加，强度急剧降低，在辊环的热处理和使用过程中将产生开裂。所以对内层材料限制了Cr＜0.3％，Mo＜0.3％的要求。
本发明的高速钢复合辊环的制备方法与现有技术相似：
首先将轧辊外层钢水及芯部铁水在两台电炉内分别冶炼，轧辊外层钢水采用稀土变质处理，稀土的加入量为钢水量(重量％)为0.03～0.5％，将变质处理后的外层钢水浇入到具有一定旋转速度的离心机铸型内，外层钢水浇注温度为1400～1550℃，浇注时铸型的温度为50～250℃，铸型的涂料厚度为1-5mm，外层钢水浇完后，在外层的内表面加入一种保护剂保护，所述保护剂为ZL92105533.1所公开的离心铸造熔渣，保护剂的加入量为3～5KG/m2，当外层钢水凝固后再浇入芯部铁水，所述芯部铁水出铁时用稀土硅铁镁及硅铁粉进行球化及孕育处理，稀土硅铁镁的加入量为铁水总量(重量％)的1.0-2.5％，硅铁粉的加入量为铁水总量(重量％)的0.3-1.0％，芯部铁水在浇注时采用硅铁粉进行瞬时孕育处理，所述硅铁粉的加入量为芯部铁水总量(重量％)的0.05～0.3％，芯部铁水的浇注温度为1350～1450℃，使两种不同的金属达到完全的冶金结合。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用本发明高速钢复合辊环由于粒状及细块状碳化物的形成，从而提高了辊环外层硬度和耐磨性，延长了辊环的使用寿命，与贝氏体球墨铸铁辊环相比寿命可提高4-6倍。
2、采用本发明的高速钢复合辊环由于使用寿命的提高，减少换辊次数，使轧机作业率大大提高，同时降低了辊环的生产成本。
附图说明
附图1为本发明高速钢复合辊环的结构示意图。上述附图中1为辊环外层，2为辊环芯部，3为挡圈，4为轧辊芯部。
具体实施方式
采用本发明所述的高速钢复合辊环的化学成分范围和现有技术的制备方法，试制钢号为A、B、C三批辊环。本发明三批辊环外层钢水及芯部铁水的化学成分如表1所示。首先将辊环外层钢水及芯部铁水在两台电炉内分别冶炼，辊环外层钢水采用稀土变质处理，A、B、C稀土的加入量分别为钢水量(重量％)为0.4％、0.35％、0.2％，将变质处理后的外层钢水浇入到具有一定旋转速度的离心机铸型内，A、B、C外层钢水浇注温度分别为1420℃、1470℃、1530℃，A、B、C浇注时铸型的温度分别为120℃、170℃、230℃，A、B、C铸型的涂料厚度分别为4.2mm、4.4mm、4.5mm，外层钢水浇完后，在外层的内表面加入一种保护剂保护，所述保护剂为ZL92105533.1所公开的离心铸造熔渣，A、B、C保护剂的加入量为4.5G/m2、4.0G/m2、3.2G/m2，当外层钢水凝固后再浇入芯部铁水，所述芯部铁水出铁时用稀土硅铁镁及硅铁粉进行球化及孕育处理，A、B、C稀土硅铁镁的加入量分别为铁水总量(重量％)的2.4％、1.7％、1.2％，A、B、C硅铁粉的加入量为铁水总量(重量％)的0.9％、0.6％、0.5％，芯部铁水在浇注时采用硅铁粉进行瞬时孕育处理，A、B、C所述硅铁粉的加入量分别为芯部铁水总量(重量％)的0.25％、0.17％、0.09％，芯部铁水的浇注温度分别为1380℃、1400℃、1430℃，使两种不同的金属达到完全的冶金结合。
采用三批本发明的辊环与针状贝氏体球墨铸铁辊环同时用于圆钢、螺纹钢成品机架及切分机架的轧钢量的对比结果如表2所示，从表2看出本发明高速钢复合辊环用于线、棒材轧机，每次轧钢量比针状贝氏体球墨铸铁辊环可提高4-6倍，说明本发明辊环硬度高、耐磨性好、使用寿命长。
                                                                  表1本发明实施例复合辊环外层及芯部钢水化学成分表(重量％)
钢号 部位                                                                            化学成分(重量％)
C  Si  Mn     P     S     W   Cr     Mo   Ti     Ni     V     Nb     RE     Mg     Fe
    A 外层 2.16  0.48  0.83     0.039     0.028     2.15   4.23     2.60   0.16     /     3.04     1.12     0.036     /     余
芯部 3.38 2.87 0.48 0.033 0.017 / 0.23 0.22 / 0.98 / / 0.042 0.058 余
    B 外层 1.64  0.83  0.81     0.041     0.026     0.96   5.48     3.72   0.22     /     3.96     1.08     0.039     /     余
芯部 3.46 2.68 0.52 0.039 0.014 / 0.16 0.19 / 1.63 / / 0.038 0.046 余
    C 外层 1.82  0.74  0.73     0.048     0.031     1.23   3.52     2.08   0.19     /     2.78     0.97     0.043     /     余
芯部 3.39 2.92 0.56 0.036 0.011 / 0.19 0.14 / 1.96 / / 0.051 0.049 余
       表2本发明实施例高速钢复合辊环与针状贝氏体球墨铸铁辊环轧钢量的对比表
  钢号     材质      规格(mm)   轧材(mm) 每次单槽轧钢量(吨)
A 高速钢 φ365×200 φ28圆钢     3000
φ30圆钢     3000
B φ365×200 ∮18螺纹钢     1000
∮16螺纹钢     1000
    C     φ365×200 ∮14切分     2000
    对比例     球墨铸铁     φ365×600 φ30圆钢     350
    φ365×600 ∮18螺纹钢     250
    φ365×600 ∮14切分     500

Claims (1)

1、一种高速钢复合辊环，辊环外层为高速钢，辊环芯部为合金球墨铸铁，其特征在于：
辊环外层的化学成分(重量％)为：C 1.2-2.5％，Si 0.3-1.5％，Mn 0.4-1.0％，Cr 3.0-6.0％，Mo 1.0-4.0％，V 1.0-4.0％，W 0.5-3.0％，Nb 0.5-2.0％，Ti0.01-0.5％，RE 0.01-0.5％，P＜0.05％，S＜0.05％，余为Fe；
辊环芯部的化学成分(重量％)为：C 3.0-3.8％，Si 2.2-3.2％，Mn 0.3-0.8％，Ni 0.2-2.0％，Cr＜0.3％，Mo＜0.3％，Mg 0.03-0.1％，RE≥0.03％，P＜0.1％，S＜0.03，余为Fe。
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