一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥及其制造方法，其合金成分及各合金成分的重量百分含量為C：1.20～2.30%，Si：1.00～2.20%，Mn：0.50～1.20%，P≤0.03%；S≤0.03%，Cr：0.40～3.50%，Ni：0.20～2.00%，Mo：0.20～1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其制造方法包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，所述孕育及球化處理中使用鋁、稀土硅鐵鎂合金的孕育劑，1噸鋼水加入1～3Kg，出鋼過(guò)程中隨鋼流沖入Fe-Si顆粒和Si-Ca顆粒；出鋼完成后對(duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達(dá)本鋼液熔點(diǎn)50℃以上的澆注溫度，然后進(jìn)行澆注。本發(fā)明具有的高耐磨性，兼有優(yōu)良的抗熱裂性、抗事故沖擊能力。
【專利說(shuō)明】一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軋輥及其制造方法，具體的說(shuō)是一種用于軋機(jī)的具有高耐磨性和抗熱裂性的石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大中型型鋼軋機(jī)、鋼坯連軋機(jī)粗軋機(jī)架的粗軋輥一般采用合金鑄鋼或半鋼材質(zhì)制作，合金鑄鋼材質(zhì)的軋輥在使用中存在耐磨性差、在線磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。而半鋼材質(zhì)的軋輥的耐磨性雖然比合金鑄鋼材質(zhì)的軋輥有所提升，但抗熱裂性差，使用中易產(chǎn)生龜裂，甚至剝落掉塊，尤其是對(duì)于帶深孔的軋輥，軋制鋼材過(guò)程中冷卻水很難冷卻到的深孔內(nèi)部，致使軋輥的熱裂紋傾向尤其嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥及其制造方法，使軋輥的硬度落差小，提高軋輥的耐磨性能和抗熱裂性能。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥，其合金成分及各合金成分的重量百分含量為C:1.20~
2.30%, S1:1.00 ~2.20%,Mn:0.50 ~1.20%, P ( 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40 ~3.50%, Ni:
0.20~2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0005]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:各合金成分的重量百分含量為C:1.60~2.00%, Si:
1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P 大于 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.10 ~2.50%, N1:0.90 ~
1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法，包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，
所述熔煉在電弧爐內(nèi)進(jìn)行，采用氧化法熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，熔煉過(guò)程中應(yīng)防止還原期內(nèi)P、C升高現(xiàn)象，在還原期內(nèi)用白渣脫氧，出鋼前用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學(xué)成分符合要求；
孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內(nèi)鋼液轉(zhuǎn)移到鋼包中，鋼包中預(yù)先加入鋁、稀土硅鐵鎂合金，加入的比例為I噸鋼水加入I~3Kg，出鋼過(guò)程中隨鋼流沖入Fe - Si顆粒和S1-Ca顆粒；出鋼完成后對(duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達(dá)本鋼液熔點(diǎn)50°c以上的澆注溫度，然后進(jìn)行澆注；
熱處理:鋼坯開(kāi)箱后進(jìn)行退火處理，退火溫度為700°C~80(TC;機(jī)械加工后進(jìn)行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用風(fēng)冷+空的冷卻方式，當(dāng)軋輥冷卻到400°C時(shí)，停止冷卻，進(jìn)行回火處理，回火溫度為560°C~610°C。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼液中含碳量低于標(biāo)準(zhǔn)則采用專用喂絲機(jī)向鋼液內(nèi)喂碳線，直到達(dá)到碳含量要求。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述澆注采用底注切線開(kāi)放式澆注方式，澆注時(shí)使鋼液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述S1-Ca顆粒和Fe-Si顆粒的粒度為10~20mm。
[0010]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是:
本發(fā)明結(jié)合型鋼軋機(jī)和粗軋機(jī)架的自身特點(diǎn)及工作條件，確定軋輥中合金元素的成分及含量，設(shè)計(jì)合理的制作工藝，采用靜態(tài)或離心鑄造粗軋輥，完成了以半鋼軋輥為基礎(chǔ)的一種軋輥新材質(zhì)的研發(fā)，由于其基體組織與半鋼相似，硬度值設(shè)計(jì)合理，同時(shí)還含有一些細(xì)小、彌散分布的球型石墨，因此不僅具有半鋼軋輥硬度落差小、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還克服了半鋼軋輥在使用中對(duì)冷卻水要求高，抗熱裂性能差的缺點(diǎn)，其良好的高耐磨性和抗熱裂性，是型鋼粗軋機(jī)架理想的工作部件。
[0011]本發(fā)明的耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥中含有較高含量的Cr、N1、Mo等多種合金元素，而且生產(chǎn)過(guò)程中采用整體制造工藝，通過(guò)合理控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相應(yīng)比例，使基體組織中含有一定數(shù)量的石墨，仍然存在具有較高顯微硬度的細(xì)粒狀及棒狀碳化物形成耐磨的質(zhì)點(diǎn)，提高基體顯微硬度，進(jìn)一步提高耐磨性。
[0012]本發(fā)明對(duì)澆注液進(jìn)行合理的孕育處理、對(duì)冶煉澆注工藝和熱處理工藝進(jìn)行合理的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使基體中有彌散分布的細(xì)小的球型石墨，球型均勻分布的石墨阻止熱疲勞裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展，其阻尼性能可以使抗裂性能提高，提高了軋輥的抗熱裂，同時(shí)還提高了粗軋輥的工作效率，尤其對(duì)于軋制時(shí)冷卻水很難深入到深孔部位的軋輥，解決熱裂紋和磨損嚴(yán)重問(wèn)題，兼顧軋輥側(cè)壁承受的相對(duì)較大的沖擊要求。
[0013]綜上，本發(fā)明具有的高耐磨性，兼有優(yōu)良的抗熱裂性、抗事故沖擊能力，具有適中的抗破斷強(qiáng)度和韌性，硬度降落小，使用中對(duì)熱影響敏感較小。適用于型鋼類粗軋機(jī)架，能較好的滿足軋制軋制型材的需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1、圖2是本發(fā)明的耐磨型石墨鋼粗軋輥工作層的金相組織照片； 其中，圖1是放大50倍的石墨照片，采用光學(xué)顯微鏡在未腐蝕狀態(tài)下拍攝；圖2是放大100倍的工作層組織照片，采用光學(xué)顯微鏡在腐蝕狀態(tài)下拍攝，圖2中白色的為碳化物，黑色的為珠光體基體。
[0015]圖3是本發(fā)明的軋輥硬度落差分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥，各合金成分及重量百分含量為C:1.20~2.30%, Si:
1.00 ~2.20%, Mn:0.50 ~1.20%, P ≤ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40 ~3.50%, N1:0.20 ~
2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0017]本發(fā)明粗軋輥的各合金成分及重量百分含量進(jìn)一步優(yōu)選為:C:1.60~2.00%, Si:1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.10 ~2.50%, N1:0.90 ~1.30%,Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該優(yōu)選設(shè)計(jì)結(jié)合制造工藝，更能使石墨化元素和碳化物網(wǎng)絡(luò)化形成彌散分布的球型石墨，由于基體中分布的球型石墨的形態(tài)數(shù)量是生產(chǎn)出合格品的關(guān)鍵，該優(yōu)選設(shè)計(jì)業(yè)成為生產(chǎn)合格品的控制目標(biāo)。
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:實(shí)施例1
本實(shí)施例中，耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設(shè)計(jì)目標(biāo)為C:1.20 ~1.60%, S1:1.00 ~1.30%, Mn:0.50 ~0.70%, P≤0.02% ；S≤0.02%, Cr:0.40 ~
1.10%, N1:0.20~0.90%, Mo:0.20~0.40%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0019]該耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法為:
A.借助造型機(jī)制作鑄型。
[0020]B.按設(shè)計(jì)目標(biāo)的各合金元素的含量配比選配原料并放入電弧爐中采用氧化法進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，升溫速度為50°C /h，熔煉過(guò)程中應(yīng)防止還原期內(nèi)P、C升高現(xiàn)象，在還原期內(nèi)用白渣脫氧，出鋼前使用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學(xué)成分符合要求。
[0021]孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內(nèi)鋼液轉(zhuǎn)移到鋼包中，鋼包中預(yù)先加入鋁(Al)、稀土硅鐵鎂合金(FeSiMg5RE)，其中鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物的質(zhì)量份數(shù)比為3~5:5~7，每I噸鋼水加入I~3Kg的鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物。出鋼過(guò)程中隨鋼流沖入10~20mm的Fe-Si顆粒和S1-Ca顆粒；澆注時(shí)隨流孕育，發(fā)揮孕育劑瞬時(shí)孕育的效果。出鋼完成后，對(duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行吹氬處理，吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼液中含碳量低于標(biāo)準(zhǔn)則采用專用喂絲機(jī)向鋼液內(nèi)喂碳線，直到達(dá)到碳含量要求。然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，并使鋼液溫度降溫至工藝澆注溫度，然后進(jìn)行澆注。
[0022]C.澆注過(guò)程采用合箱底注法切線開(kāi)放式澆注方式進(jìn)行澆注，開(kāi)放式澆注系統(tǒng)的直澆道出口截面積小于橫澆道截面積，橫澆道出口截面積又小于或等于全部?jī)?nèi)澆道截面積，鋼液從鑄型底部進(jìn)入，上部設(shè)置澆冒口系統(tǒng)。將達(dá)到澆注溫度的澆注液澆注到已經(jīng)組裝在一起的鑄型、底箱、冒口箱內(nèi)，澆注時(shí)使鋼液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位，得到健全毛坯?？梢圆捎渺o態(tài)整體鑄造或者離心鑄造。
[0023]D、熱處理
鋼坯開(kāi)箱后進(jìn)行退火處理，退火溫度為700~800°C;機(jī)械加工后進(jìn)行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用吹風(fēng)+空冷冷卻方式，當(dāng)軋輥冷卻到400°C時(shí)，停止冷卻，進(jìn)行回火處理，回火溫度為560°C~610°C，時(shí)間依據(jù)軋輥規(guī)格尺寸進(jìn)行確定。
[0024]E.探傷檢測(cè)合格者入庫(kù)。
[0025]本實(shí)施例中對(duì)毛坯件進(jìn)行化學(xué)成分分析，各化學(xué)組分及重量百分含量為C:
1.40%, Si:1.20%, Mn:0.60%, P≤0.02% ；S≤0.01%, Cr:0.50%, N1:0.60%, Mo:0.30%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0026]本實(shí)施例中對(duì)合格品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為48~50HSD，硬度均勻性(4HSD，金相組織如圖1和圖2所示。粗軋輥的輥頸的抗拉強(qiáng)度為535MPa。
[0027]實(shí)施例2
本實(shí)施例采取與實(shí)施例1相同的制作方法，其區(qū)別點(diǎn)在于:
所述耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設(shè)計(jì)目標(biāo)為c:1.60~
2.00%, S1:1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P≤0.02% ；S≤0.02%, Cr:1.10 ~2.50%,N1:0.90~1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0028]本實(shí)施例中對(duì)毛坯件進(jìn)行化學(xué)成分分析，各化學(xué)組分及重量百分含量為C:1.60%, Si:1.50%, Mn:0.80%, P ≤ 0.01% ；S ( 0.01%, Cr:1.40%, N1:1.00%, Mo:0.60%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0029]本實(shí)施例中對(duì)合格品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為51~53HSD，硬度均勻性(3HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強(qiáng)度為565MPa。
[0030]實(shí)施例3
本實(shí)施例采取與實(shí)施例1相同的制作方法，其區(qū)別點(diǎn)在于:
所述耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設(shè)計(jì)目標(biāo)為C:
2.00 ~2.30%, S1:1.90 ~2.20%, Mn:1.00 ~1.20%, P ≤ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:2.50 ~
3.50%, N1:1.30~2.00%, Mo:0.80~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0031]本實(shí)施例中對(duì)毛坯件進(jìn)行化學(xué)成分分析，各化學(xué)組分及重量百分含量為C:
2.10%, Si:2.00%, Mn:1.10%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.03%, Cr:2.80%, N1:1.70%, Mo:0.90%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0032]本實(shí)施例中對(duì)合格品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為48~50HSD，硬度均勻性(4HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強(qiáng)度為510MPa。
[0033]實(shí)施例4
本實(shí)施例采取與實(shí)施例1相同的制作方法，其區(qū)別點(diǎn)在于:
所述耐磨型石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設(shè)計(jì)目標(biāo)為c:1.70~1.90%, S1:1.40 ~1.70%, Mn:0.80 ~1.00%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.30 ~1.70%,N1:0.90~1.20%, Mo:0.40~0.70%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0034]本實(shí)施例中對(duì)毛坯件進(jìn)行化學(xué)成分分析，各化學(xué)組分及重量百分含量為C:1.70%, Si:1.50%, Mn:0.80%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.01%, Cr:1.50%, N1:1.00%, Mo:0.60%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0035]本實(shí)施例中對(duì)合格品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為52~55HSD，硬度均勻性(3HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強(qiáng)度為575MPa。
[0036]此外，本發(fā)明還對(duì)孕育劑進(jìn)行了更深入一步的研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物的質(zhì)量份數(shù)比為4:6時(shí)，孕育效果提高5%。而且如果加入1#合金，混合物的使用量可以降低為每I噸鋼水加入I~2Kg的鋁、1#合金、稀土硅鐵鎂合金孕育劑混合物，使用效果明顯提高約20%，鋁、1#合金、稀土硅鐵鎂合金三者的合理質(zhì)量份數(shù)比為I~3:2~4:3 ~7，優(yōu)選 2:3:5。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥，其特征在于:其合金成分及各合金成分的重量百分含量為 C:1.20 ~2.30%, S1:1.00 ~2.20%, Mn:0.50 ~1.20%, P ≥ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40~3.50%, N1:0.20~2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥，其特征在于:各合金成分的重量百分含量為 C: 1.60 ~2.00%, S1: 1.30 ~1.90%,Mn:0.70 ~1.00%, P^0.02% ；S^0.02%,Cr:1.10~2.50%, N1:0.90~1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3.權(quán)利要求1或者2任一項(xiàng)所述的一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法，包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，其特征在于: 所述熔煉在電弧爐內(nèi)進(jìn)行，采用氧化法熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，熔煉過(guò)程中應(yīng)防止還原期內(nèi)P、C升高現(xiàn)象，在還原期內(nèi)用白渣脫氧，出鋼前用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學(xué)成分符合要求； 孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內(nèi)鋼液轉(zhuǎn)移到鋼包中，鋼包中預(yù)先加入鋁、稀土硅鐵鎂合金，加入的比例為I噸鋼水加入I~3Kg，出鋼過(guò)程中隨鋼流沖入Fe-Si顆粒和S1-Ca顆粒；出鋼完成后對(duì)鋼包內(nèi)鋼液進(jìn)行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達(dá)本鋼液熔點(diǎn)50°C以上的澆注溫度，然后進(jìn)行澆注； 熱處理:鋼坯開(kāi)箱后進(jìn)行退火處理，退火溫度為700°C~80(TC;機(jī)械加工后進(jìn)行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用風(fēng)冷+空的冷卻方式，當(dāng)軋輥冷卻到400°C時(shí)，停止冷卻，進(jìn)行回火處理，回火溫度為560°C~610°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3 所述的一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法，其特征在于:吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼 液中含碳量低于標(biāo)準(zhǔn)則采用專用喂絲機(jī)向鋼液內(nèi)喂碳線，直到達(dá)到碳含量要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法，其特征在于:所述澆注采用底注切線開(kāi)放式澆注方式，澆注時(shí)使鋼液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種石墨鋼材質(zhì)的粗軋輥的制造方法，其特征在于:所述S1-Ca顆粒和Fe-Si顆粒的粒度為10~20mm。
【文檔編號(hào)】C21D9/38GK103469109SQ201310420047
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】劉娣, 彭書(shū)平, 朱志磊 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司