专利名称：高等级高强中厚板轧制用工作辊及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种轧辊及其制造方法，具体涉及一种适用于轧钢行业的中厚板轧机 用的镍铬钼无限冷硬铸铁的新材质、高等级、高强度中厚板轧制用的工作辊及其制造方法。
背景技术：
中厚板是国民经济的重要钢材品种，广泛用于舰船、管线、军工等特种领域，市场 需求量大，尤其是X70以上的管线钢、屈服强度500MPa以上的高强度船板以及航空母舰、潜 艇等用的高强度、高韧性、良好抗层状撕裂性的特厚钢板。目前由于国内生产能力和技术水 平相对落后，此种仍需大量进口。轧制中厚板用的工作辊一般采用镍铬钼无限冷硬铸铁材质，俗称高镍铬材质。如 中国专利文献ZL94111491.0就公开了上述的一种铸铁复合轧辊，辊身工作层材料为镍 铬钼合金铸铁，辊芯材料为镍铬钼低合金铸铁或灰铸铁。辊身工作层的成份C 3. 00 3. 50%, Si 0. 60 1. 20%, Mn 0. 30 0. 80%, Ni 3. 00 4. 50%, Cr 0. 60 1. 50%, Mo 0. 60 1. 20% ；其辊芯的成分为C 3. 00 3. 50%，Si :1. 50 3. 00%，Mn 0. 30 0. 80%, Cr ^ 0. 50%, Ni ^ 1. 00%, Mo ^ 0. 50% 0随着轧制技术的进步，尤其是轧制高等 级、高强度、高韧性板材的需求，传统的高镍铬材质，在使用过程中表现出耐磨性差，工作层 会在使用过程中被磨损而减薄，造成在线磨损严重，辊型保持能力差，难以保证板材尺寸精 度和板形要求；同时由于中厚板轧辊工作层厚度大，工作层内硬度降落和耐磨性变化很大， 使用到中后期轧辊的磨损程度急剧加大，轧辊表面会出现剥落、掉块，影响所轧制的钢板板 面质量。中厚板轧制用工作辊使用在单、双机架中、宽厚板轧机上，工作时采用往返轧制。 往返式轧制对轧辊的机械冲击大，辊面热裂纹较多、较深。在轧制高强板时，轧制变形抗力 大，轧制力可达10000吨甚至更高，且中厚板轧辊辊颈属特大断面球铁，辊颈的抗拉强度是 制造的一个难点。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服上述已有技术的不足，提供一种耐磨性能好、 硬度降落小的高等级、高强中厚板轧制用工作辊。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是高等级高强中厚板轧制用工作辊，包括工作层材料为合金铸铁的辊身和材料为 铸铁的辊芯，工作层的各合金成分及重量百分含量为C 3. 00-3. 50%, Si 0. 40-1. 20%, Mn 0. 50-1. 20 %, P ^ 0. 10 % ;S ^ 0. 05 %, Cr 1. 30-2. 50 %, Ni 3. 20-4. 50 %, Mo 0. 20-1. 00%, W 0. 20-2. 00%, V 1. 00-1. 50%，其余为Fe和不可避免的杂质；辊芯的化 学成分及重量百分数为 C 2. 80-3. 50%, Si 2. 00-2. 50%, Mn 0. 50-1. 00%, P^O. 10%, S^O. 05%, Cr 0. 20-0. 50%, Ni 0. 20-0. 60%, Mo ^ 0. 20%, Mg 彡 0. 30%，其余为 Fe 和 不可避免的杂质。上述高等级高强中厚板轧制用工作辊的制造方法，主要包括
离心铸造，使用的卧式离心铸造工艺将上述工作层和辊芯的二种不同性能的金属 材料结合在一起，首先将工作层、辊芯材料的铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，当二种成份的 铁水均满足要求时分别将铁水升温，在温度达到离心浇注温度时，首先将工作层铁水放入 浇包内并进行变质处理，变质处理后将铁水浇注到高速旋转的离心机铸型内，轧辊的工作 层高合金铁水在离心力的作用下结晶凝固，当工作层铁水完全凝固后迅速停机，将已经凝 固的工作层连同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合在一起，同时将作为辊芯 的铁水浇入浇包内进行复合球化处理并调整到适宜浇注的温度，然后采用顶注法将辊芯铁 水浇注到工作层的空腔中，从而实现二种不同成份、性能铁水良好的冶金结合；加工及探伤，轧辊脱模后进行辊身加工并进行结合层探伤检测；热处理，将探伤检测合格的产品装进低温台车式电阻炉内进行二段回火处理，二 段回火温度分别为400-550°C，二段回火时间分别为25 30h。此回火温度范围可以根据 辊面的硬度要求的高低而进行适当的调整。由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是
本发明高等级高强中厚板轧制用工作辊的使用，能够较好的满足轧制高等级管线 钢、航空母舰、潜艇等用的高强度、高韧性板材的需求。轧辊的耐磨性、辊型保持能力得到了 大幅的改善，产品耐磨性能提高20%以上，有效减少了吨钢轧辊消耗，降低了采购成本。本发明与传统的中厚板轧制用工作辊工作层材质相比，本发明的轧辊工作层的材 质中添加了少量的V、w等强碳化物形成元素，冶金过程中形成vc、w2c等细小的颗粒状碳化 物并均勻、弥散的分布在基体上。经过适当的铸造和热处理工序，轧辊工作层的组织中碳化 物的形态发生了明显变化，由原来的大块的共晶或莱氏体碳化物变为块状碳化物和颗粒碳 化物。通过强碳化物形成元素v、w的添加，轧辊工作层的显微组织、碳化物形态发生明显改 善，碳化物含量、分布控制均勻一致。高等级高强中厚板轧制用工作辊单次在机时间长，一 般连续工作24小时以上，因此在高等级高强中厚板轧制用工作辊工作层中加入少量的W、 V，辊身工作层组织中碳化物含量也比较少，这样可以保证辊身工作层组织中存在足够的石 墨量缓解工作时热裂纹的扩展。且通过调整铸造和热处理工艺使辊芯的性能发生了很大的 变化，辊颈的抗拉强度明显提高。传统的中厚板轧机用工作辊的辊颈抗拉强度一般控制在 320-450MPa之间，而本发明的高等级高强中厚板轧制用工作辊的辊颈抗拉强度可以普遍控 制在450Mpa以上，甚至最高达到550MPa。本发明中高等级高强中厚板轧制用工作辊的高耐磨性能的实现，主要是通过合金 成分合理匹配，在传统高镍铬产品基础上，添加V、W等特殊碳化物形成元素，使组织中出现 VC、V2C、舭、1)6(等耐磨质点，这些细小的颗粒状碳化物均勻、弥散的分布在基体上，以提高 基体的耐磨性。改进的铸造、热处理工艺能够改善轧辊凝固条件，控制良好的石墨形态，并 能细化晶粒，提高基体显微硬度，进一步提高耐磨性。鉴于组织的改善，在硬度控制上面，原 产品一般辊身硬度一般控制在70-76HS，而本发明产品的辊身硬度能够达到75-82HS之间， 辊身硬度明显提高。本发明的通过调整铸造工艺，细化石墨和碳化物，使石墨和碳化物含量稳定且分 布均勻；再通过调整热处理工艺，使工作辊工作层的硬度落差小于3HS，在整个轧辊服役期 表现出稳定一致的耐磨损性能，辊形保持能力强。本发明的高等级高强中厚板轧制用工作辊的辊颈强度高，主要是通过调整铸造、热处理工艺，控制辊芯和辊颈组织中的石墨和碳化物含量及基体组织类型。传统的高镍铬 产品辊颈虽然石墨球化良好，但石墨尺寸较粗大并且辊颈组织中碳化物含量较多，仅有少 量铁素体；新产品中石墨形态更加细小，球化等级更高，辊颈组织中存在牛眼铁素体，辊颈 强度达到450MPa以上，同时具有一定的韧塑性，增强高强板轧制时抗冲击和抗过载能力。
图1、图2为本发明的高等级高强中厚板轧制用工作辊工作层的金相组织照片。其 中图1是放大50倍的石墨照片，采用光学显微镜在未腐蚀状态下拍摄；图2是放大500倍 的工作层组织照片，采用光学显微镜在腐蚀状态下拍摄，图2中白色的为碳化物，黑色的为 贝氏体基体。图3、图4为本发明的高等级高强中厚板轧制用工作辊辊颈部分的金相组织照片。 其中图3是放大50倍的石墨照片，采用光学显微镜在未腐蚀状态下拍摄；图4是放大100 倍的辊颈组织照片，采用光学显微镜在腐蚀状态下拍摄，图4中条状白色物为碳化物，圆环 状白色物为铁素体，黑色的为贝氏体基体。图5为工作层的石墨50倍放大照片，其中小黑点为块状石墨；图6为放大组织的500倍工作层组织照片，其中黑色部分为贝氏体组织、白色部分 为碳化物；图7为辊颈的石墨的50倍放大照片，其中小黑点为球状石墨；图8为辊颈100倍放大照片，黑色部分为珠光体、白色圆圈部分(中间为黑色)为 铁素体、长条状白色部分为碳化物。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明实施例1 一种轧制高等级高强中厚板的工作辊，其工作层的各合金成分及重量百分含量 为C3. 10%;Si0. 90%,Mn0. 85%,P^0. 03%,S^0. 03%,Crl. 75%,Ni4. 35%,MoO. 40%, WO. 30%, VI. 20%，其余为Fe和不可避免的杂质；辊芯的铸铁各合金成分及重量百分含量 为C 3. 30% ；Si 2. 45% ；Mn 0. 60% ；P 彡 0. 05% ；S ^ 0. 01% ；Cr 0. 23% ；Ni 0. 58% ； Mo 彡 0. 12% ；Re 彡 0. 28%。该工作辊的制造方法为铸造工艺。首先在15吨中频炉内熔炼工作层的高合金铁水，用30吨中频炉熔炼 辊芯铸铁水。当工作层铁水以及辊芯铁水成份达到上述要求时，将工作层铁水的温度和辊 芯铁水的温度均调整到适合离心浇注的温度。首先将工作层铁水出炉并在浇注包内进行变 质处理；启动离心机，将工作层铁水浇入到高速旋转的铸型内。当工作层铁水完全结晶凝固 后离心机减速并停机，然后将工作层连同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合 在一起；同时出辊芯铁水并在浇注包内进行复合球化处理，然后将温度适宜的辊芯铁水浇 注到已经组装在一起的铸型、底箱、冒口箱内。轧辊脱模后用机械加工方法对轧辊进行剥皮 加工，然后对工作层和辊芯的结合层进行探伤检测，检测合格的轧辊装进厢式电阻炉内进 行热处理。
本发明产品由于工作层合金含量高，不再进行淬火处理，只是进行二段回火处理。
第一段回火 430-440°C X25h，第二段回火，470-480°C X28h。经上述处理后，轧辊的工作层硬度为78-81HSD，硬度均勻性彡4HSD，金相组织如
图5和图6所示；轧辊的辊颈的抗拉强度为535MPa，金相组织如图7、图8所示。实施例2 实施例4实施例2 4的各实施例中的高等级高强中厚板轧制用工作辊的铸造方法与实施
例1相同，各实施例的成分含量及热处理方法、性能等如下表所示。
实施例2实施例3实施例权利要求
高等级高强中厚板轧制用工作辊，包括工作层材料为合金铸铁的辊身和材料为铸铁的辊芯，其特征在于工作层的各合金成分及重量百分含量为C3.00 3.50％，Si0.40 1.20％，Mn0.50 1.20％，P≤0.10％；S≤0.05％，Cr1.30 2.50％，Ni3.20 4.50％，Mo0.20 1.00％，W0.20 2.00％，V1.00 1.50％，其余为Fe和不可避免的杂质；辊芯的化学成分及重量百分数为C2.80 3.50％，Si2.00 2.50％，Mn0.50 1.00％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr0.20 0.50％，Ni0.20 0.60％，Mo≤0.20％，Re≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高等级高强中厚板轧制用工作辊的制造方法，其特征在于 其制造方法主要包括离心铸造，首先将工作层、辊芯材料的铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，熔炼温度 1450-1550°C，当二种成份的铁水均满足要求时分别将铁水升温，在温度达到离心浇注温度 (1260-1320)时，首先将工作层铁水放入浇注包内并进行变质处理，变质处理后将铁水浇注 到高速旋转的离心机铸型内，当工作层铁水完全凝固后迅速停机，将已经凝固的工作层连 同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合在一起，同时将作为辊芯的铁水浇入浇 注包内进行复合球化处理并调整到适宜浇注的温度，然后采用顶注法将辊芯铁水浇注到工 作层的空腔中；加工及探伤，轧辊脱模后进行辊身加工并进行结合层探伤检测；热处理，将探伤检测合格的产品装进低温台车式电阻炉内进行二段回火处理，二段回 火温度分别为400-550°C，二段回火时间分别为25 30h。
全文摘要
本发明公开了一种高等级高强中厚板轧制用工作辊及其制造方法，它应用于轧钢行业的中厚板轧机。工作层的各合金成分及重量百分含量为C3.00-3.50％，Si0.40-1.20％，Mn0.50-1.20％，P≤0.10％；S≤0.05％，Cr1.30-2.50％，Ni3.20-4.50％，Mo0.20-1.00％，W0.20-2.00％，V1.00-1.50％；辊芯的化学成分及重量百分数为C2.80-3.50％，Si2.00-2.50％，Mn0.50-1.00％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr0.20-0.50％，Ni0.20-0.60％，Mo≤0.20％，Re≤0.30％。本发明采用离心复合铸造的工艺方法并经过400-550℃×25～30h二段回火生产制得的工作辊，是一种具有耐磨性能好、硬度降落小的高等级、高强中厚板轧制用工作辊。
文档编号B22D13/02GK101954378SQ20101029078
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者刘娣, 孙格平, 张冲, 马大江 申请人:中钢集团邢台机械轧辊有限公司