專利名稱：：一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于軋鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種熱軋輥及其制備方法，特別涉及一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其制備方法。技術(shù)背景軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件，軋輥質(zhì)量直接影響軋機(jī)生產(chǎn)作業(yè)率、軋材產(chǎn)量和質(zhì)量以及軋材的生產(chǎn)成本，開發(fā)新型軋輥材質(zhì)，滿足軋鋼生產(chǎn)需求，是軋輥研制者不斷關(guān)注的課題。高鉻鑄鐵中由于含有高硬度的MA型碳化物，且碳化物呈塊狀分布于基體中，使基體連續(xù)性增強(qiáng)，因此高鉻鑄鐵具有良好的強(qiáng)韌性和優(yōu)良的耐磨性，高鉻鑄鐵用于制造熱軋輥，具有良好的使用效果。中國發(fā)明專利CN1854328公開了改良的復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥，其特征是軋輥工作層成份為C2.5-3.0%,SiO.5~1.2%,Mn0.6~1.2%,Nil.0~1.5%,Crl2~20%,MoO.5~3.5%，VO.05~0.5%，WO.2~1，5%，A10.03~0.3%，NO.03~0.1%，P<0.04%,S《0.04%，其余為鐵及雜質(zhì)，經(jīng)熱處理后其組織主要為表面硬度高的回火馬氏體+碳化物+少量的殘余奧氏體，有效降低了工作層硬度不均勻性，扎輥工作層硬度不均勻性小于3HSD。中國發(fā)明專利CN101015836還公開了焊接鋼管用鑄造高鉻鐵或鑄造高鉻鋼軋輥，其鑄造高鉻鐵軋輥的成分以重量百分比計(jì)為C:1.8-2.8%,Si:《1.0%,Mn:《1.0%，P:《0.05%，S:《0.05%,Cr:12—22%，Ni:0.5~3.0%，Mo:0.8-3.0%,Ti:0~0.3%，V:0-1.0%,Cu:0~1.0%，RE:0.01~0.5%，其余為Fe;該發(fā)明采用高鉻鐵或高鉻鋼并采用鑄造工藝生產(chǎn)，其軋輥產(chǎn)品材料組織里外均勻，耐磨性以及韌性有很大提高，由于采用鑄造成型，縮短了加工工序，減少加工量，材料利用率可以達(dá)到70%甚至可達(dá)80%。曰本專利JP58116911-A和JP86016334-B公開了一種高4各白口鑄鐵復(fù)合軋輥，軋輥外層含有C2.0~3.2%,Si0.5~1.5%，Mn0.5~1.5%,P<0.08%,S<0.06%，Ni1.0~2.0%，Cr10~25°/，Mo0.5~1.5%,余量為Fe，軋輥硬度為Hs70-80。美國專利US5183518-A也公開了一種高鉻白口鑄鐵軋輥，其化學(xué)組成為2.4~3.8%C,0.4~2%Mn，0.2~1.9%Si,0~3%Cu，1.5~4.5%Ni，12~29Cr,余量為Fe。上述高鉻鑄鐵軋輥材料均含有價格昂貴的鉬、鎳等合金元素，生產(chǎn)成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種高鉻錳鑄鐵軋輥的化學(xué)成分及其制備方法。本發(fā)明是采用一種高鉻錳鑄鐵制作軋輥輥身工作層，用鑄鐵或鑄鋼制作輥芯，采用離心復(fù)合鑄造方法，將輥芯與軋輥輥身工作層復(fù)合在一起。其主要特點(diǎn)是軋輥輥身不含鎳、鉬等價格昂貴的合金元素，除了含有較高的鉻外，還含有較多的錳，軋輥鑄態(tài)組織以奧氏體為主，含有少量馬氏體，軋輥不需要高溫淬火處理，只需在510550。C進(jìn)行亞溫?zé)崽幚?，使鑄態(tài)奧氏體中析出二次碳化物，降低鑄態(tài)奧氏體穩(wěn)定性，在隨后空冷時，失穩(wěn)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，具有較高的硬度和較好的耐磨性。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明軋輥的化學(xué)成分及其重量百分比為C:2.7~3.3%，Cr:15.0-22.0%,Mn:4.2~5.0%，Si:0.3~1.2%,N:0.05-0.15%，Ti:0.4~0.8%，Te:0.006~0.012%,Bi:0.02~0.06%,Cu:0.5~1.5%，W:0.6-1.2%，并且5.0<Cr/C<7.0，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明軋輥用電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鵠鐵、生鐵或石墨、硅鐵、錳鐵、碲、鉍、鈦鐵和氮化銷4失按目標(biāo)產(chǎn)物中化學(xué)組成的重量百分比進(jìn)行備料，C:2.7~3.3%,Cr:15.0~22.0%，Mn:4.2~5.0%，Si:0.3~1.2%,N:0.05~0.15%,Ti:0.4~0.8%,Te:0.006~0.012%，Bi:0.02~0.06%，Cu:0.5~1.5%,W:0.6-1.2%，并且5.0<Cr/C<7.0,其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)；②將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵混合加熱熔化，用生鐵或石墨增碳，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；③爐前調(diào)整成分合格后將鐵水溫度升至1540~1580°C,加入占鐵水重量0.08-0.20%的鋁脫氧，脫氧后加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，得到高鉻錳鑄鐵鐵水，而后出爐；④高鉻錳鑄鐵鐵水經(jīng)扒渣處理后，當(dāng)溫度為1390~1420°C,免入離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)；澆注完畢10~20分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1220°C128(TC時，澆入輥芯鑄鐵鐵水或鑄鋼鋼水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1330°C~1350°C，輥芯鑄鋼鋼水的免注溫度為1480~1520°C;⑥軋輥澆注8~20小時后開箱，將軋輥置于保溫爐或緩冷坑，隨后切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑦將軋輥在510550。C進(jìn)行第一次熱處理，保溫時間610小時，然后空氣冷卻至室溫，隨后在475~500。C進(jìn)行第二次熱處理，保溫時間12-15小時，然后爐冷至15(TC后出爐空冷，最后加工至規(guī)定尺寸。合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的C:C是高鉻鑄鐵中重要的元素，高鉻鑄鐵優(yōu)異的抗磨性來源于組織中存在的高硬度碳化物，而C對碳化物數(shù)量影響最大，C、Cr和碳化物(0。)含量之間可按下式計(jì)算K%=12,33(C%)+0.55(Cr%)-15.2(1)但C加入量過多，因?yàn)樘蓟飻?shù)量過多，增大了材質(zhì)的脆性，軋輥使用中易開裂和剝落，考慮其利弊，將C含量控制在2.7-3.3%。Cr:Cr除部分形成碳化物，增加耐磨性外，部分Cr溶于基體，增大基體的淬透性和抗氧化性，促使高鉻鑄鐵軋輥使用中易產(chǎn)生致密的氧化物膜，有利于改善軋輥耐磨性和防止軋輥使用中出現(xiàn)粘鋼現(xiàn)象，也有利于改善軋材表面質(zhì)量。基體中平均含Cr量可按下式計(jì)算%Cr(m)=l.95Cr/C-2.47，m表示基體(matrix)(2)從公式(2)可知，基體的平均含Cr量也與材質(zhì)的含C量有關(guān)(C消耗了部分Cr)。因此，為了保證基體中具有合適的含Cr量，將Cr含量控制在15.0~22.0%,并且使5.0<Cr/C<7.0Mn:Mn是一種擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，加入高鉻鑄鐵中，除少部分進(jìn)入碳化物外，大部分溶于基體，可以改善軋輥淬透性，Mn加入量過多，增大軋輥熱裂傾向，因此Mn含量控制在4.2-5.0%。W:W部分進(jìn)入碳化物，部分進(jìn)入基體，進(jìn)入基體中的W具有提高淬透性和改善回火穩(wěn)定性的作用，合適的W加入量為0.6~1.2%。Cu:Cu是非碳化物形成元素，溶于基體，可以明顯改善軋輥淬透性，另外，加入Cu還具有細(xì)化晶粒的效果，加入過多的Cu，將在晶界析出，對改善軋輥性能不利，合適的Cu加入量為0.5~1.5%。Ti:Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，加入高鉻鑄鐵中易形成細(xì)小且均勻分布的TiC，TiC可作為初生M7C3型碳化物的形核核心，可阻礙^灰化物的長大，細(xì)化初生MA型碳化物，有利于改善高鉻鑄鐵的抗鑄造開裂性能和提高高鉻鑄鐵的強(qiáng)度和韌性，加入量O.8%以后，碳化物進(jìn)一步細(xì)化的趨勢不明顯，合適的Ti加入量為0.4~0.8%。N:N加入鋼，除了與Ti反應(yīng)，生成細(xì)小的高熔點(diǎn)TiN，有利于促進(jìn)凝固組織的細(xì)化，部分N溶于基體，可以提高基體淬透性，加入量過多，軋輥中易出現(xiàn)氣孔，合適的N加入量為0.05~0.15%。Te:Te具有很強(qiáng)的促進(jìn)鑄鐵白口化作用，在高鉻錳鑄鐵軋輥中，加入少量Te，易于得到純白口組織，改善軋輥耐磨性。另外，Te加入高鉻錳鑄鐵軋輥中，使碳化物由方向性很強(qiáng)的長片狀，變成板塊狀，有利于改善高鉻錳鑄鐵軋輥的強(qiáng)度和韌性，但加入量過多，反而增大高鉻錳鑄鐵軋輥的脆性，損害軋輥強(qiáng)度和韌性，合適的Te加入量為0.006~0.012%Bi:在高鉻錳鑄鐵軋輥中加入微量的Bi，可以同時提高軋輥白口層的硬度和深度，且斷面的硬度梯度平緩。另外，加Bi還能提高碳化物的顯微硬度，有利于軋輥宏觀硬度的增加和耐磨性的改善。合適的Bi加入量為0.02~0.06%Si:Si是熔煉脫氧元素，加適量的Si，可防止其它合金元素氧化，但Si又是非碳化物形成元素，主要溶于基體，降低淬透性，考慮其利弊，將Si含量控制在0.3~1.2%。不可避免的微量雜質(zhì)是原料中帶入的，其中有P和S,均是有害元素，為了保證軋輥的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，將P含量控制在0.05%以下，S含量控制在0.04%以下。高鉻錳鑄鐵軋輥的性能還與熱處理工藝有直接關(guān)系，其制訂依據(jù)是軋輥先在51055(TC進(jìn)行第一次熱處理，其主要目的是通過析出二次碳化物，從而降低鑄態(tài)奧氏體基體組織中合金元素含量，提高M(jìn)s點(diǎn)，使鑄態(tài)奧氏體基體在隨后空冷時轉(zhuǎn)變成高硬度馬氏體，有利于提高軋輥硬度，并改善軋輥耐磨性。軋輥在47550(TC進(jìn)行第二次熱處理，主要是為了消除奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時，殘存在軋輥中的內(nèi)應(yīng)力，確保軋輥使用中不變形和開裂。本發(fā)明具有以下有益效果①用本發(fā)明制備的高鉻錳鑄鐵軋輥，生產(chǎn)工藝簡便，顯微組織中含有20%以上的高硬度M7C3型碳化物，軋輥宏觀硬度高，達(dá)到82-85HS,具有優(yōu)良的耐磨性。②高鉻錳鑄鐵軋輥經(jīng)Ti和N處理后，凝固組織細(xì)小，碳化物明顯細(xì)化，導(dǎo)致軋輥力學(xué)性能明顯提高，抗彎強(qiáng)度超過850MPa，沖擊韌性大于10J/cm2。③高鉻錳鑄鐵軋輥不需要高溫?zé)崽幚?，熱處理工藝簡便且降低能耗。④高鉻錳鑄鐵軋輥不含鎳、鉬等貴重合金元素，生產(chǎn)成本比含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥降低30%以上，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥降低15%以上。本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥的使用壽命與含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥相當(dāng)，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高50%以上。以下結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。具體實(shí)施方式實(shí)施例1本實(shí)施例制備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用500公斤容量的中頻感應(yīng)電爐生產(chǎn)，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵混合加熱熔化，用生鐵增碳，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鐵水溫度升至1563°C,加入占鐵水重量0.15%的鋁脫氧，脫氧后加入鈥鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而后出爐；③高鉻錳鑄鐵鐵水經(jīng)扒渣處理后，當(dāng)溫度為1402°C,澆入離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的4壽型內(nèi)；④澆注完畢15分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1258。C時，澆入輥芯鑄鐵鐵水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1339°C;軋輥澆注15小時后開箱，將軋輥置于緩冷坑，隨后切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；軋輥在538。C進(jìn)行第一次熱處理，保溫時間7小時，然后空氣冷卻至室溫，隨后在490。C進(jìn)行第二次熱處理，保溫時間14小時，然后爐冷至150<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l軋輥化學(xué)成分及其含量(重量％)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>表2軋輥力學(xué)性能實(shí)施例2本實(shí)施例制備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用1500公斤容量的中頻感應(yīng)電爐生產(chǎn)，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鎢鐵混合加熱熔化，用石墨增碳，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鐵水溫度升至1542°C，加入占鐵水重量0.08%的鋁脫氧，脫氧后加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而后出爐；③高4各錳鑄鐵鐵水經(jīng)扒渣處理后，當(dāng)溫度為1393"C,澆入離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)；④澆注完畢18分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1267。C時，澆入輥芯鑄鋼鋼水，輥芯鑄鋼鋼水的澆注溫度為1498°C;軋輥澆注18小時后開箱，將軋輥置于保溫爐，隨后切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；軋輥在515。C進(jìn)行第一次熱處理，保溫時間IO小時，然后空氣冷卻至室溫，隨后在480。C進(jìn)行第二次熱處理，保溫時間15小時，然后爐冷至150。C后出爐空冷，最后加工至規(guī)定尺寸。軋輥成分見表3，軋輥力學(xué)性能見表4。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3軋輥化學(xué)成分及其含量(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表4軋輥力學(xué)性能實(shí)施例3本實(shí)施例制備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用iooo公斤容量的中頻感應(yīng)電爐生產(chǎn)，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴿鐵混合加熱熔化，用生鐵增碳，鐵水熔清后加入硅鐵和錳4失；②爐前調(diào)整成分合格后將鐵水溫度升至1577°C,加入占鐵水重量0.19%的鋁脫氧，脫氧后加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而后出爐；③高鉻錳鑄鐵鐵水經(jīng)扒渣處理后，當(dāng)溫度為1416°C,澆入離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)；④澆注完畢15分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1235。C時，澆入輥芯鑄鐵鐵水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1332°C;軋輥淺注18小時后開箱，將軋輥置于緩冷坑，隨后切割澆冒口，清理殘4艮、飛邊、毛刺；軋輥在545。C進(jìn)行第一次熱處理，保溫時間7小時，然后空氣冷卻至室溫，隨后在495。C進(jìn)^f亍第二次熱處理，保溫時間13小時，然后爐冷至150。C后出爐空冷，最后加工至規(guī)定尺寸。軋輥成分見表5，軋輥力學(xué)性能見表6。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表5軋輥化學(xué)成分及其含量(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表6軋輥力學(xué)性能本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥在速度11m/s棒材軋機(jī)精軋機(jī)架前架和速度25m/s線材軋機(jī)精軋機(jī)架上進(jìn)行了裝機(jī)運(yùn)行考核，結(jié)果顯示，本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥使用安全、可靠，使用中不起皮、不開裂，軋槽磨損均勻，本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥的使用壽命與含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥相當(dāng)，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高50%以上。本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥不含價格昂貴的鉬、鎳等合金元素，生產(chǎn)成本低廉，生產(chǎn)工藝簡便，不需要高溫?zé)崽幚?，能耗低，推廣使用本發(fā)明高鉻錳鑄鐵軋輥具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。權(quán)利要求1.一種高鉻錳鑄鐵軋輥，其特征在于，軋輥的化學(xué)成分及其重量百分比為C2.7～3.3％，Cr15.0～22.0％，Mn4.2～5.0％，Si0.3～1.2％，N0.05～0.15％，Ti0.4～0.8％，Te0.006～0.012％，Bi0.02～0.06％，Cu0.5～1.5％，W0.6～1.2％，并且5.0＜Cr/C＜7.0，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻錳鑄鐵軋輥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵、生鐵或石墨、硅鐵、錳鐵、碲、鉍、鈦鐵和氮化鉻鐵按目標(biāo)產(chǎn)物中化學(xué)成分的重量百分比進(jìn)行備料，C:2.7-3.3%,Cr:15.0—22.0%，Mn:4.2~5.0%,Si:0.3~1.2%，N:0.05—0.15%，Ti:0.4~0.8%，Te:0.006~0.012%，Bi:0.02~0.06%,Cu:0.5~1,5%，W:0.6-1.2%，并且5.0<Cr/C<7.0，其余為Fe和不可避免的孩史量雜質(zhì)；②將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鎢鐵混合加熱熔化，用生鐵或石墨增碳，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；③爐前調(diào)整成分合格后將鐵水溫度升至1540~1580°C，加入占鐵水重量0.08-0.20%的鋁脫氧，脫氧后加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，得到高鉻錳鑄鐵鐵水，而后出爐；④高鉻錳鑄鐵鐵水經(jīng)扒渣處理后，當(dāng)溫度為1390-1420'C時，澆入離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)；⑤澆注完畢10~20分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1220°C128(TC時，澆入輥芯鑄鐵鐵水或鑄鋼鋼水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1330°C~1350°C，輥芯鑄鋼鋼水的澆注溫度為1480~1520°C;軋輥澆注8~20小時后開箱，將軋輥置于保溫爐或緩冷坑，隨后切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑦將軋輥在51055(TC進(jìn)行第一次熱處理，保溫時間610小時，然后空氣冷卻至室溫，隨后在475500。C進(jìn)行第二次熱處理，保溫時間12~15小時，然后爐冷至15(TC后出爐空冷，最后加工至規(guī)定尺寸，制得高鉻錳鑄鐵軋輥。全文摘要一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其制備方法屬于軋鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
?，F(xiàn)有高鉻鑄鐵軋輥生產(chǎn)成本高。本發(fā)明中的軋輥化學(xué)成分及其重量百分比為C2.7～3.3，Cr15.0～22.0，Mn4.2～5.0，Si0.3～1.2，N0.05～0.15，Ti0.4～0.8，Te0.006～0.012，Bi0.02～0.06，Cu0.5～1.5，W0.6～1.2，且5.0＜Cr/C＜7.0，其余為Fe和微量雜質(zhì)。本發(fā)明通過熔煉和離心澆注，以及510～550℃進(jìn)行第一次熱處理和475～500℃進(jìn)行第二次熱處理，制得高鉻錳鑄鐵軋輥。本發(fā)明具有軋輥硬度高、耐磨性好、使用壽命長、生產(chǎn)成本低，制備方法簡單等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號C22C37/10GK101265547SQ200810104990公開日2008年9月17日申請日期2008年4月25日優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日發(fā)明者吳中偉,輝李,健林,符寒光,雷永平申請人:北京工業(yè)大學(xué)