CN85102865A

CN85102865A - 高铬轧辊钢及其轧辊

Info

Publication number: CN85102865A
Application number: CN 85102865
Authority: CN
Inventors: 崔佩滽; 吴树高; 王绪
Original assignee: GENERAL INSTITUTE OF IRON AND STEEL MINISTRY OF <ATALLURGICAL INDUSTRY
Current assignee: GENERAL INSTITUTE OF IRON AND STEEL MINISTRY OF <ATALLURGICAL INDUSTRY
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1987-03-04

Abstract

本发明属于高碳高铬钢及轧钢机轧辊。主要用于制造离心铸造复合轧辊。在成分上除含有高碳高铬外，还含有一定量的Mo、W、Ni、Co、Nb、V、Ti等元素，使钢具有较高的淬透性、抗回火性。钢中主量碳化物类型为M₇C₃型，且呈岛状分布，使轧辊既有较高的硬度，又有良好的韧性和高温硬度；既便于磨削，又能得到均匀的喷丸表面。在制造工艺上采用两种成分分三次浇注，可降低成本。

Description

本发明属于高碳高铬钢及轧钢机轧辊。

传统的轧辊材料，其组织结构中的碳化物主要是M₃C。当其大量以二次碳化物形式析出时易形成魏氏组织，当其作为共晶组元时则成连续网状，经常成为轧辊表面的裂纹源及裂纹扩展通道。轧辊中，M₇C₃型碳化物以硬度高、形态好而优于M₃C型。但要获得M₇C₃型碳化物，钢中需加入较高的合金量，故只宜做成复合的。由此产生了离心铸造高铬轧辊。如J83030-382、J83010-982、J75037-019、FR2469221、US4436791等就属于此类技术。

J83030-382、J83010-982、J75037-019等绝大部分此类专利属于高铬白口铸铁，最佳碳量一般控制在2.7～2.9%。高铬铸铁中共晶的M₇C₃碳化物具有三角晶系结构，耐磨，而且以孤立相分布，对靱性和阻止裂纹形核扩展都是有利的。热轧时，铬高带来的抗氧化性有利于轧件的表面质量。铬高的另一好处是提高淬透性，故用高铬铸铁制造冷轧辊时可免去中间重新淬火。但由于碳量高，大量的共晶M₇C₃使磨削效率很低。靱性也不如碳低的材料好，导热性则不如铬低的好。作冷轧辊时，大量的共晶M₇C₃给喷丸也带来困难，很难得到均匀的喷丸表面。

法国专利FR2469221提出的高铬热轧辊把碳降到了0.9～1.3%。美国专利US4436791提出的高铬冷轧辊把碳降到了0.65～0.95%。这虽然解决了磨削及喷丸上的困难，但碳化物含量过低，损失了耐磨性。

本发明的目的是仍以高铬量为基础，使轧辊工作层保持主量碳化物为M₇C₃型幷保持高的淬透性，但适量减少其碳化物数量以换取靱性、磨削性及喷丸表面质量，由此减少的耐磨性靠提高抗回火性来补偿。

按传统观念与实践经验，下列轧辊碳化物量大致为：冷轧辊，5～9%;热带钢精轧前段机座工作辊，10～10%;万能型钢及线棒材轧辊（精轧不全包括），10～20%。

因此含碳0.9～2.1%的莱氏体型高碳高铬钢可改造为新的轧辊钢系。低于0.9%C，靱性进一步提高，但耐磨性下降;高于2.1%C时，磨削效率低。

铬和碳的配合对碳化物类型、淬透性、热处理以至性能有决定性的作用。冷轧辊需最大限度地利用材料的硬化本领，热轧辊因碳化物多，基体应较软。因此本发明在0.9～1.25%C范围的铬碳比分7～10和10～13二级，在1.25～1.7%C范围的铬碳比分6～8和8～10二级，在1.7～2.1%C范围的铬碳比分5～7和7～9二级。

附图为铁-铬-碳三元系相图在930℃的等温截面，图上同时给出了本合金系相应的位置。可见当加热到930℃时，本合金将全部处在γ+M₇C₃二相区内。图中各区域碳和铬碳比范围如下：

碳化物量（%）碳量（%）铬碳

Ⅰ区 5～9 0.90～1.25 7～10

Ⅱ区 5～9 0.90～1.25 10～13

Ⅲ区 9～15 1.25～1.70 6～8

Ⅳ区 9～15 1.25～1.70 8～10

Ⅴ区 15～20 1.70～2.10 5～7

Ⅵ区 15～20 1.70～2.10 7～9

根据用辊经验择定碳化物量和铬碳比（当然，淬透性还要靠其它元素配合）后，由碳化物量可算出碳量，由碳量和铬碳比可算出铬量。

本发明合金在奥氏体化条件下，未溶碳化物与含碳量的近似关系式为：

C＝0.503+0.082K（%）（1）

式中K为碳化物百分数，C为碳的百分数。

如当本发明用于热带钢精轧前段工作辊时，碳化物应保持在14%左右，铬碳比在8左右。按（1）式算出的碳量为0.503+0.082×14＝1.65%，而铬量则为8×1.65＝13.2%。用于冷轧辊时，碳化物应在6%左右、铬碳比在11左右。按（1）式求出的碳量为1，而铬量为11%。

除铬、碳外，本发明的又一特征是含多种改善抗回火性的元素，包括Me、W、Ce、Nb、V、Ti等。

W≤2.0%，Me0.5～2%均可提高淬透性、高温硬度和抗回火性，过量会产生M₂₃C₆型碳化物。

Cc提高抗回火性及高温硬度，但大件提高淬火温度有一定困难，故控制在2%以下。

V、Nb、Ti在0.1～1.0%范围可生成MC型碳化物，细化晶粒和改善耐磨性、抗回火性及高温硬度，超过此范围将使碳化物总量明显减少。

此外，0.5～1.5% Ni可提高淬透性，改善靱性，高于1.5%会导致残余奥氏体增加，低于0.5%作用不明显。

归纳起来，作为轧辊外层材料，本发明成分范围为：0.9～2.1% C，0.2～0.6%Si，0.3～0.8%Mn，6.0～19.0%Cr，0.5～2.0%Me，≤2.0%W，0.5～1.5%Ni，≤2.0%Ce，以及下列元素之一种或二种，0.1～1.0%Nb，0.1～1.0%V，0.1～0.5%Ti，≤0.05%Mg，其余为铁。

本发明高铬轧辊之制造方法如下：

采用离心铸造方法生产。除了可用两种成分两次浇注和三种成分分三次浇注外，还可用两种成分分三次浇注。即先在离心机上浇注外层（本发明合金），添加保护渣，待外层内表面降至1100℃以下，浇注中间层，待中间层内表面降至1050℃以下，用重力法浇注芯部铁水，直至终点。中间层和芯部可同炉铁水，采用优质灰口铸铁或球墨铸铁，但孕育可不同。

为了配合对碳化物量的控制，铸后加罩缓冷，前期罩内适当供热，后期自然冷至500℃揭罩。根据缓冷效果确定奥氏体化条件，分阶段冷却以控制组织和应力，回火过程可继续调整硬度。本发明最终硬度范围为HS55～90。

本发明与现有技术相比，其差别及优点如下：

1.碳化物对轧辊的耐磨性起重要作用，本发明控制在不低于5%，相应碳量为0.9%，与专利US4436791的上限相当。

2.本合金系低碳范围，适用于冷轧辊，该低碳范围，碳化物偏少，不足以维持高温下的耐磨性。而专利FR246922把相应的碳量用于热轧辊。

3.为避免过多碳化物的不利影响，本发明含碳在2.1%以内，与专利J83030-382、J83010-982、J75037-019的下限相当。

4.由于其它成分的不同，本合金的抗回火性或高温硬度可优于上述各项专利。

5.制造工艺上的改善有助于保证结合层质量和碳化物数量。

6.易于磨削，一般不需添置专门的磨床，喷丸表面均匀。

7.对冷却要求不象高铬铸铁辊那样严格，或在同样冷却条件下，热裂纹可相对减少。

8.适用范围广

当用本发明制造热带钢精轧前段机座工作辊时，该轧辊的外层成分可为1.5～1.7%C，0.3～0.5%Si，0.4～0.6%Mn，12～14%Cr，0.6～1.2%Me，0.5～1.0%Ni，0.2～0.4%V，芯部用优质灰口铸铁，成分为2.8～3.0%C，2.2～2.6%Si，0.4～0.8%Mn，0.2～0.5%Ni，0.1～0.3%Me，分三次浇注，铸后加罩控制冷却，930℃以上奥氏体化，雾冷接空冷，至250℃以下入炉回火。

当用本发明制造带钢冷轧机工作辊时，该轧辊的外层成分可为0.9～1.0%C，0.3～0.5%Si，0.5～0.8%Mn，10～12%Cr，1.3～1.5%Me，1.0～1.5%Ni，0.2～0.5%V，≤0.05%Mg，芯部用球墨铸铁，成分为2.8～3.0%C，2.2～2.6%Si，0.4～0.8%Mn，0.2～0.5%Ni，0.1～0.3%Me，≤0.05Mg，分三次浇注，铸后加罩控冷，900℃以上奥氏体化，雾冷至500℃以下静冷，500℃以下回火。

附图说明

附图为铁-铬-碳三元系相图在930℃的等温截面。横座标为碳含量（%），纵座标为铬含量（%）。图中1～10代表相区，即：1-α相区;2-α+γ二相区;3-γ相区;4-α+M₂₃C₆二相区;5-α+γ+M₂₃C₆三相区;6-γ+M₂₃C₆二相区;7-γ+M₂₃C₆+M₇C₃三相区;8-γ+M₇C₃二相区;9-γ+M₇C₃+M₃C三相区;10-γ+M₃C二相区。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六个区为本发明在γ+M₇C₃二相区内所处的成分区域范围。

Claims

1、用作轧辊外层的高铬轧辊钢，其特征在于该钢总的成分范围为0.9～2.1%C，0.2～0.6%Si，0.3～0.8%Mn，6.0～19.0%Cr，0.5～2.0%Mo，≤2.0%W，0.5～1.5%Ni，≤2.0%Co，以及下列元素之一或二种：0.1～1.0%Nb，0.1～1.0%V，0.1～0.5Ti，≤0.05%Mg。

2、根据权利要求1所述的高铬轧辊钢，其特征在于当用作制造热轧宽带轧机组前段机座工作辊外层时，其具体成分为1.5～1.7%C0.3～0.5%Si，0.4～0.6%Mn，12～14%Cr，0.6～1.2%Mo，0.5～1.0%Ni，0.2～0.4%V。

3、根据权利要求1所述的高铬轧辊钢，其特征在于当用作带钢冷轧机工作辊外层时，其具有成分范围为0.9～1.0%C，0.3～0.5%Si，0.5～0.8%Mn，10～12%Cr，1.3～1.5%Mn 1.0～1.5%Ni，0.2～0.5%V，≤0.05%Mg。

4、采用离心浇注技术制造高铬轧辊的方法，其特征在于采用两种成分分三次浇注和铸后缓冷工艺。

5、根据权利要求4所述的制造高铬轧辊的方法，其特征在于先在离心机上浇注外层，待外层内表面温度降至1090℃以下时浇注中间层，当中间层内表面温度降至1050℃以下时，用重力法浇注芯部，直至终点。

6、根据权利要求4和5所述的制造高铬轧辊的方法，其特征在于中间层和芯部可采用同炉铁水。

7、根据权利要求4所述的制造高铬轧辊的方法，其特征在于铸后加罩缓冷，前期罩内适当供热，后期自然冷至500℃揭罩。