用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法，所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，本發(fā)明通過設(shè)計合理的合金成分和生產(chǎn)工藝，得到了特殊的石墨與金相組織。熱連軋精軋后段高碳高速鋼軋輥能夠有效控制了軋輥下機后表面質(zhì)量，同時提高了軋輥的耐磨性以及抗熱裂性。
【專利說明】用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軋輥及制造方法，具體涉及用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]I⑶P軋輥上世紀三十年代問世，主要用于帶鋼熱連軋工作輥，由于含有較多的合金元素，一般不采用整體鑄造方式生產(chǎn)。受裝備限制，早期的I⑶P軋輥采用反射爐熔煉、全沖洗復合方式生產(chǎn)，直至臥式離心機的研制成功及投入使用，同時應(yīng)用工頻感應(yīng)爐熔煉設(shè)備，離心復合ICDP軋輥質(zhì)量有了質(zhì)的提高?；谄胀ㄐ虸CDP軋輥基礎(chǔ)上研發(fā)的改進型ICDP軋輥，通過添加特殊碳化物形成元素，增加組織中高顯微硬度耐磨質(zhì)點，使得軋輥耐磨性提高、輥型保持能力增強，綜合使用效果提高10%以上。
[0003]隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，對板材表面質(zhì)量、尺寸精度、板面平整度要求越來越高。鋼鐵企業(yè)為進一步提高板材質(zhì)量等級、持續(xù)降低生產(chǎn)成本，對精軋后段產(chǎn)品耐磨性、表面粗糙度保持能力并兼?zhèn)淞己玫目故鹿誓芰Φ确矫嫣岢龈咝枨?，改進型ICDP軋輥受材質(zhì)及工藝方法的限制難以進一步滿足要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種用于熱連軋精軋后段工作輥的高碳高速鋼軋輥，使軋輥的耐磨性能和抗熱裂性能提高。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法，包括采用離心鑄造方法制造而成的由輥身工作層和軋輥芯部構(gòu)成的輥身及輥頸，所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為:c 2.00 ?3.50%, Si 0.40 ?2.00%, Mn 0.50 ?1.20%, Cr 1.50 ?4.50%, Ni2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。
[0006]本發(fā)明進一步改進在于包括以下工藝過程:
a)冶煉:按照輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量，將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450°C?1550°C，出爐前加入硅鐵孕育劑，添加量為
0.6 ?1.0% ；
軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450°C?1530°C，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為0.2%?
1.0%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%?1.5% ；
b)離心鑄造:首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300°C?1400°C，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為600?700轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為450?550轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900°C?1100°C ；
c)合箱澆注芯部及輥頸:將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進行合并,將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1300°C?1380°C ；
d)打箱清砂:待鑄件在砂箱中緩冷120小時?170小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；
e)熱處理:熱處理采用采用兩段或三段式回火工藝，回火溫度450°C?550°C，回火時間共計150小時?260小時。
[0007]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果在于:
本發(fā)明通過設(shè)計合理的合金成分和生產(chǎn)工藝，使軋輥中的C、S1、Mn、Cr、N1、Mo、V等合金元素能夠發(fā)揮更好的協(xié)同作用，有效改善了工作輥的機械性能，并且具有良好的抗事故性和耐磨性，能夠大幅提升軋機的工作效率。
[0008]本發(fā)明采用復合離心鑄造的方式生產(chǎn)，在保證工作層高硬度高耐磨性的同時，保證了軋輥芯部的韌性，提高了軋輥的表面質(zhì)量和使用壽命。
[0009]本發(fā)明中軋輥的工作層和芯部采用不同的材質(zhì)和不同的冶煉工藝，然后通過離心鑄造的方法將工作層和芯部復合到一起，既滿足了軋輥工作層高硬度、高耐磨性的需求，又保證了芯部和輥頸處具有較好的韌性。本發(fā)明中軋輥工作層澆注時，離心機的轉(zhuǎn)速控制在600?700轉(zhuǎn)/分鐘，可以使軋輥工作層在澆注過程中具有較高的致密度，當輥身工作層的鋼水澆注完成后，將離心機的轉(zhuǎn)速調(diào)整到450?550轉(zhuǎn)/分鐘，降低了離心機轉(zhuǎn)速，可以使鋼水冷的收縮過程順利進行，有效減少比重偏析。
[0010]本發(fā)明中鑄件在砂箱中的緩冷時間為120小時?170小時，保證了鑄件的均勻冷卻，避免了開裂。
[0011]本發(fā)明中軋輥的特殊熱處理工藝進一步改善了軋輥石墨、組織及碳化物形態(tài)，工作層內(nèi)石墨、碳化物分布更加均勻一致，保證了軋輥在使用后期仍有穩(wěn)定的軋制表現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明中的軋輥可直接替代傳統(tǒng)ICDP軋輥上機使用，且不需要對軋機進行任何調(diào)整，實際軋制效果表明，高碳高速鋼軋輥毫米軋制量可達到傳統(tǒng)ICDP的2倍以上，軋輥下機后表面質(zhì)量好，徹底解決了 ICDP軋輥常見的下機后表面粗化、色差、波紋等現(xiàn)象。
[0013]本發(fā)明中的軋輥在延長換輥周期、減少在機磨損、降低磨削量、提高板材等級等方面有突出貢獻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1和圖2是本發(fā)明的輥身工作層的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0015]用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法，該工作輥包括輥身和輥頸，輥身的工作層采用離心鑄造方法制造而成，輥身的工作層澆注完成后，合箱澆注芯部及輥頸。在鑄造該工作輥的過程中，輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量按照下列組分配制原料:c 2.00 ?3.50%, Si 0.40 ?2.00%, Mn 0.50 ?1.20%, Cr 1.50 ?4.50%,Ni 2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%,其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。經(jīng)鑄造、熱處理后輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占
0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。
[0016]具體制造時的鑄造及熱處理過程如下(沒有特殊說明時，所有物質(zhì)的添加量均為重量百分比)。
[0017]實施例1
a)冶煉:以生鐵、廢鋼配以適當?shù)暮辖馂樵?，按照設(shè)定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C 2.75%, Si 1.7%,Mn 0.85%, Cr 3.0%, Ni 3.50%,Mo+V+ff+Nb 6.0%，S彡0.05%, P彡0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1470°C,出爐前加入娃鐵孕育劑,添加量為鋼液重量的1.0% ；
軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1520°C，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為鋼液重量的0.6%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5% ；
b)離心鑄造:首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1400°C，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為520轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到980°C ；
c)合箱澆注芯部及輥頸:將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進行合并,將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1380°C ；
d)打箱清砂:待鑄件在砂箱中緩冷152小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；
e)熱處理:熱處理采用采用兩段式回火工藝，回火溫度480°C(回火溫度可以在450°C?500°C之間波動)，回火時間共計180小時。
[0018]軋輥經(jīng)上述配料、鑄造、熱處理后，經(jīng)化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設(shè)定要求。經(jīng)金相組織分析(金相組織照片如圖1和圖2所示)得知:工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.97%，碳化物的含量分別為33.31%。
[0019]碳化物以M3C型共晶碳化物(萊氏體型)為主，中間分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，較改進型高鎳鉻更加細小，在200倍照片下幾乎不可見。由于MC、M2C, M6C型碳化物顯微硬度極高，作為耐磨質(zhì)點，能夠有效降低軋輥在機磨損量，顯著降低輥耗。
[0020]實施例2
a)冶煉:以生鐵、廢鋼配以適當?shù)暮辖馂樵?，按照設(shè)定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C 2.15%, Si 0.5%，Mn 1.2%, Cr 4.5%, Ni 2.00%,Mo+V+ff+Nb 2.00%，S彡0.05%, P ( 0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450°C,出爐前加入娃鐵孕育劑,添加量為鋼液重量的0.8% ；
軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1500°C，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為鋼液重量的0.5%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為1.0% ；
b)離心鑄造:首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1350°C，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為650轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為500轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到1000°c ；
c)合箱澆注芯部及輥頸:將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進行合并,將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1350°C ；
d)打箱清砂:待鑄件在砂箱中緩冷140小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；
e)熱處理:熱處理采用采用三段式回火工藝，回火溫度500°C，回火時間共計200小時。
[0021]軋輥經(jīng)上述配料、鑄造、熱處理后，經(jīng)化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設(shè)定要求。經(jīng)金相組織分析(金相組織照片如圖1和圖2所示)得知:工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占1.06%，碳化物的含量分別為33.41%。
[0022]碳化物以M3C型共晶碳化物(萊氏體型)為主，中間分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，較改進型高鎳鉻更加細小，在200倍照片下幾乎不可見。由于MC、M2C, M6C型碳化物顯微硬度極高，作為耐磨質(zhì)點，能夠有效降低軋輥在機磨損量，顯著降低輥耗。
[0023]實施例3
a)冶煉:以生鐵、廢鋼配以適當?shù)暮辖馂樵?，按照設(shè)定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C3.50%，Si 2.00%,Mn 0.50%, Cr 1.50%, Ni 5.0%，Mo+V+ff+Nb 10.0%, S ^ 0.05%, P ( 0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1550°C,出爐前加入娃鐵孕育劑,添加量為鋼液重量的0.6% ；
軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450°C，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為鋼液重量的1.0%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為1.5% ；
b)離心鑄造:首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300°C，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為420轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900°C ；
c)合箱澆注芯部及輥頸:將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進行合并,將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1300°C ；
d)打箱清砂:待鑄件在砂箱中緩冷120小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；
e)熱處理:熱處理采用采用三段式回火工藝，回火溫度520°C(回火溫度可以在500°C?550°C之間波動)，回火時間共計230小時。
[0024]軋輥經(jīng)上述配料、鑄造、熱處理后，經(jīng)化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設(shè)定要求。經(jīng)金相組織分析(金相組織照片如圖1和圖2所示)得知:工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占1.97%，碳化物的含量分別為24.53%。
[0025]碳化物以M3C型共晶碳化物(萊氏體型)為主，中間分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，較改進型高鎳鉻更加細小，在200倍照片下幾乎不可見。由于MC、M2C, M6C型碳化物顯微硬度極高，作為耐磨質(zhì)點，能夠有效降低軋輥在機磨損量，顯著降低輥耗。
[0026]本發(fā)明僅列舉了上述三個實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的描述，將化學成分及各添加物的含量、溫度、時間等參數(shù)拓展成本發(fā)明所描述的任一數(shù)值范圍，均能達到本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法，包括采用離心鑄造方法制造而成的由輥身工作層和軋輥芯部構(gòu)成的輥身及輥頸，其特征在于:所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為:c 2.0O?3.50%, Si 0.40?2.00%, Mn 0.50?1.20%, Cr1.50 ?4.50%, Ni 2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法，其特征在于包括以下工藝過程: a)冶煉:按照輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量，將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450°C?1550°C，出爐前加入硅鐵孕育劑，添加量為.0.6 ?1.0% ； 軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為.1450°C?1530°C，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為0.2%?.1.0%球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%?1.5% ； b)離心鑄造:首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300°C?1400°C，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為600?700轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為450?.550轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900°C?1100°C ； c)合箱澆注芯部及輥頸:將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進行合并,將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1300°C?1380°C ； d)打箱清砂:待鑄件在砂箱中緩冷120小時?170小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂； e)熱處理:熱處理采用采用兩段或三段式回火工藝，回火溫度450°C?550°C，回火時間共計150小時?260小時。
【文檔編號】B22D19/16GK104353798SQ201410546174
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】劉娣, 楊昱東, 朱志磊, 王延青, 高夢潔 申請人:中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司