专利名称：一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种合金，尤其涉及一种铁基合金的成分构成。
背景技术：
冷轧辊是金属冷轧设备上的必备部件，作为一种特殊工具用来使金属产生塑性变 形，轧制出各种轧材产品。轧辊的工作条件非常复杂，服役中会受到各种周期性应力的作 用，如弯曲、扭转、剪切、冲击、磨擦和热应力等交互作用。高速运转的轧辊不但要能承受正 常轧制时的高磨损应力和高交变应力，而且在轧制出现故障时，还需承受局部应力过载和 热负荷过载。因此冷轧辊应具备高的淬硬性、淬透性、耐磨性。目前普遍使用的是钢号为MC 5的锻造成形冷轧工作辊，其主要化学成分为C: 0. 8 0. 9 % ；Cr :4· 5 5. 5 % ；Ni :0· 4 0. 6 % ；Mo :0· 2 0. 4 % ;V :0. 1 0. 2 %。在 使用状态下，轧辊表面层的金相组织以回火马氏体基体上分布有弥散状的M7C3型碳化物为 主，使用硬度达到HS90 95。然而随着冷轧产品向高强度和高合金化方向发展，马氏体沉淀硬化不锈钢及高 温合金的冷轧薄板产品在轧制过程中的变形抗力较传统碳素钢有明显提高，当变形量达 到50%时，高温合金^κ30ηΘ 718形变强度高达1600MPa，马氏体沉淀硬化不锈钢形变 PH15-7MO强度高达1450MPa，形变强度远高于碳素钢，MC5冷轧辊已经不能满足需要，因此 需要高硬度的锻造成形冷轧辊轧制该类材料。在公开号为CN1132^2A，
公开日为1996年10月2日，名称为“免冷处理低合金 深硬化层冷轧辊用锻钢”的中国专利中，公开了化学成分为C 0. 75 1. 05% ；V 0. 05 0. 35% ；Cr 0. 75 1. 35% ；Mo :0. 25 0. 65% ；Ca :0. 003 0. 012% ；Al :0. 55 3. 00% ； Ce 0. 005 0. 03%的冷轧辊锻用钢。该技术方案中，0. 55 3. 00%的Al含量将导致钢中 Al2O3非金属夹杂物增多，钢的纯净度降低，Al2O3非金属夹杂物在锻造变形过程中沿纵向呈 链状分布，将会降低钢的横向冲击韧性，此外该技术方案中中轧辊的淬硬层硬度与目前普 遍采用的MC5相当，轧制高温合金、马氏体沉淀硬化不锈钢等材料时硬度不能满足生产需 要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造锻造成形冷轧辊的高硬度用钢，使用该冷轧辊 可以轧制高合金、难变形材料。本发明的技术构思为通过开发一种含微合金化元素的新型锻造成形冷轧辊高硬 度用钢，来克服锻造成形冷轧辊轧制高温合金和马氏体沉淀硬化不锈钢等高合金材料硬度 不足的缺点。该种钢是通过沉淀强化作用以及细晶强化作用强化基体，实现硬度的提高的。 具体原理如下本发明创新性地向钢中添加了微合金元素彻36与!^e形成了置换式固溶体，通过 固溶强化作用强化基体，形成了金属间化合物Be2Fe, Be与C形成特殊碳化物Be2C,具有显著的沉淀强化作用。由于Be是形成铁素体的元素，故添加Be元素的同时应增大奥氏体形成元素的含 量，又由于Mn是强烈推迟珠光体转变的合金元素，有利于提高钢的淬透性并提高强度，故 Μη/Be的重量百分比> 2。但由于Mn含量过高有使钢晶粒粗化的倾向，因此将Mn含量控制 在 0. 80 1. 5%o细晶强化作用是通过添加微合金化元素ττ实现的，因为ττ是碳化物形成元素， 在炼钢过程中又是强有力的脱氧和脱氮元素，其能细化钢的奥氏体晶粒，还能和S化合成 硫化错，防止钢的热脆性，此外ττ还有降低钢的应变时效现象、提高钢的低温韧性等优点。 但过多的ττ不易充分溶入到奥氏体中，会使组织中出现&C，这样ττ不仅不能增加钢的淬 透性，反而会因为其固定了部分的碳，致使钢的淬透性降低，因此本发明控制^ 的含量在 0. 10 0. 20%范围内。除上述三种化学元素外，该高硬度钢种中还有下列主要成分C元素是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，其固溶强化作用显著，是保证轧辊 钢达到所需硬度而必不可少的元素，但C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多，降低韧 性。Si元素也具有固溶强化作用，并且具有较好的脱氧作用，但Si含量过高则会降低 钢的韧性。Cr元素的重要作用是提高轧辊钢的淬透性和耐磨性能，但过高的Cr含量会导致 共晶碳化物，从而降低钢的切削性和抗事故能力。因此本发明将Cr含量控制在4.0 6.0% 范围内。Ni是改善淬透性的重要元素，但若其含量过大，则既增加成本，又可能引起残留奥 氏体的增加，从而易引起轧辊工作面细小凹坑的产生。Mo元素有助于改善耐磨性和抗回火性，但Mo含量过高易形成硬质碳化物Mo2C而 影响加工性能。添加V元素会在钢中形成高硬度的碳化物VC，从而提高钢的耐磨性。根据本发明的上述目的，提出一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢，其化学元素 质量百分比组成为c 0. 80 1. 0%,Si 0. 50 1. 0%,Μη 0. 80 1. 5%,Cr 4. 0 6. 0%， Ni 0. 1 0. 4%，P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Mo 0. 20 0. 60%, V 0. 10 0. 50%, Zr 0. 10 0. 20%，Be 0. 10 0. 40%，余量为!^e和其他不可避免的杂质。本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果本发明通过创新性地添加Be元素，与狗形成置换式固溶体，进而通过固溶强化作 用强化基体，同时形成金属间化合物Be2Fe,产生显著的沉淀强化作用。此外本发明还创新 性地添加了 ττ元素，通过细晶强化作用强化基体，从而获得了高硬度冷轧辊用钢，其硬度 高达HS97 99。试验证明本发明既提高了冷轧辊用钢的淬硬性，又提高了冷轧辊用钢的耐 磨性。本发明与传统的冷轧辊用钢MC5相比，在贵金属元素M用量减少的同时，在钢的淬 硬性方面却得到了明显的优化，非常适合轧制高合金、难变形的材料。
具体实施例方式实施例1-6
将冶炼原料采用真空感应炉和电渣炉熔炼成IOOKg的电渣锭，然后锻造成Φ 80mm 圆钢，经退火后采用920 950°C保温1 池，然后油冷至室温。钢种的化学成分质量百分 比组成见表1。实施例1-6和比较例成品的淬火硬度见表2。表1.本发明实施例1-6高硬度钢的化学元素组分及其硬度
权利要求
1.种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢，其特征在于，其化学元素质量百分比组成为C0.80 1. 0% ；Si0.50 1. 0% ；Mn0.80 1. 5% ；Cr4.0 -^ 6. 0% ；Ni0.1 -^ 0. 4% ；P(0.020% ；S^ 0.015% ；Mo0.20 0. 6% ；V0.10 0. 5% ；Zr0.10 0. 20% ；Be0.10 0. 40% ；余量为!^e和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的用于锻造成形冷轧辊量百分比组成为C0.80 --1. 0% ；Si0.50 --1. 0% ；Mn0.80 --1. 5% ；Cr4.0 6. 0% ；Ni0.1 0. 4% ；P0.01 --0. 015% ；S0.005 0. 009%Mo0.20 --0. 6% ；V0.10 --0. 5% ；Zr0.10 --0. 20% ；Be0.10 --0. 40% ；余量为Fe禾口其他不可
全文摘要
本发明公开了一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢，其化学元素质量百分比组成为C 0.80～1.0％，Si 0.50～1.0％，Mn 0.80～1.5％，Cr 4.0～6.0％，Ni 0.1～0.4％，P≤0.020％，S≤0.015％，Mo 0.20～0.60％，V 0.10～0.50％，Zr 0.10～0.20％，Be 0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明通过创新性地添加Be元素和Zr元素，通过这两种元素的固溶强化作用和细晶强化作用，获得了高硬度冷轧辊用钢，其硬度高达HS97～99。该钢种非常适合轧制高合金、难变形的材料。
文档编号C22C38/50GK102041454SQ20091019748
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者张洪奎, 杨弋涛, 武迎麦, 罗威, 胡俊辉, 邵光杰 申请人:宝山钢铁股份有限公司