轧机导辊用高钒耐磨合金材料及轧机导辊热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新材料的制备及应用领域，具体涉及一种轧轧机导辊用高钒耐磨合金 材料及轧机导辊热处理方法。
【背景技术】
[0002] 导辊是棒、线材轧制设备上的主要消耗备件，在轧制过程中，用来输送型材和线材 使其顺利的进入轧机。导辊在工作时承受轧件不断撞击，且在高温（轧件温度约1000°c左 右）、高速下与轧件长时间磨擦，此外还要承受交变热负荷（为了降低导辊温度须对导辊施 加冷却水）的冲击，因此其使用寿命短、消耗量大、更换频繁，是目前制约钢材生产的瓶颈 之一。
[0003] 研宄发现，导辊最常见的失效原因是表面磨损导致的失效，其次是导辊因开裂或 粘钢而报废。在制造导辊时，为了增加导辊的耐磨性通常选择好的合金材料，提高导辊的硬 度，但导辊硬度过高又会导致导辊韧性降低，使用时易发生脆性断裂。国内外通常采用的导 辊材料有三种，第一种是具有奥氏体组织的耐热钢一一此类材料具有良好的高温稳定性及 韧性，但耐磨性差、磨损快，而且奥氏体与线材（组织为铁素体或奥氏体）本身的相互粘附 倾向性较大，易发生粘钢；第二种是具有马氏体组织的耐磨钢或耐磨铸铁一一这一类材料 在室温下具有良好的耐磨性，但随着使用温度的提高，马氏体发生回火，耐磨性会降低；第 三种是硬质合金一一硬质合金导辊通常具有良好的耐磨性和高温稳定性，但该导辊的冲击 韧性较差，易发生脆性断裂。
[0004] 针对现有材料的种种问题，近年来，国内外研宄学界着力于开发新材料或对现有 材料进行改性。清华大学发明研制了一种导辊用的镍基高温合金材料及其热处理工艺 (CN100482840C)，采用镍基高温合金材料制备的导辊，虽然具有良好的抗高温氧化性能、抗 热冲击性能和高温强度，其使用寿命相对于传统导辊材料有所提高，但是成本较高。我国专 利CN101597715B中提出了一种导辊用铁基高温合金材料，通过添加 Mn、Si、Mo、V和稀土元 素等，以较低成本获得了具有较优良性能的导辊用合金材料，但其成分较为复杂，且所制导 辊硬度提高有限（HRC 55-60)。国内外也有采用表面涂敷合金或复合材料的方法，但涂敷的 复合材料通常是WC-Co复合材料、WC-Ni复合材料、TiC-Ti复合材料等价格昂贵的复合材 料，且不可通过热处理明显改善熔覆层组织和性能，涂覆工艺采用单一喷涂工艺或激光熔 覆工艺、或真空熔结工艺一一采用单一喷涂工艺只能与钢基体形成机械结合；采用激光熔 覆，成本高，熔覆层浅；真空熔结熔覆工艺虽可形成冶金结合，但熔覆的多是价格昂贵的低 熔点Ni基合金，成本高，工艺复杂，性能提高有限。
[0005] 综上所述，研发性能优良、成本低且制备工艺简单的轧机导辊用高温耐磨合金材 料迫在眉睫。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种硬度高、耐磨性好、耐冲击性能优 良，成本低，性价比高的轧机导辊用高钒耐磨合金材料及轧机导辊热处理方法，以解决传统 导辊材料在服役时磨损严重、寿命短替换频繁、脆性大等问题。
[0007] 本发明为解决技术问题采用以下技术方案：
[0008] 轧机导辊用高钒耐磨合金材料，其特点是，该高钒耐磨合金材料的各组分按质量 百分比的构成为：C为2. 0-2. 8%，Cr为12-14%，V为6. 0-8. 0%，余量为Fe。
[0009] 进一步地，该高I凡耐磨合金材料还包含了 Si和Mn，Si和Mn所占的质量百分比分 别为：Si 为 0.6-0. 8%，Mn 为 0.8-1. 0%。
[0010] 进一步地，该高I凡耐磨合金材料还包含了 Mo，Mo所占的质量百分比为0. 8-1. 2%。
[0011] 再进一步地，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：c为2. 6%， 31为0.7%，]?11为0.8%，0为12.5%，]\1〇为1.0%，￥为8%，？为彡0.03%，5为彡0.03%。
[0012] 再进一步地，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C为2. 5%， Si 为 0· 6 %，Mn 为 L 0 %，Cr 为 13. 5 %，Mo 为 I. 0 %，V 为 6. 9 %，P 为彡 0· 03 %，S 为 彡 0· 03%〇
[0013] 再进一步地，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C为2. 5%， Si 为 0· 6%，Mn 为 I. 0%，Cr 为 14%，Mo 为 0· 93%，V 为 8%，P 为彡 0· 03%，S 为彡 0· 03%。
[0014] 本发明还提供了一种轧机导辊热处理方法：
[0015] 一种轧机导辊热处理方法，其特点是，乳机导辊是由上述高温耐磨合金材料制成 的，其热处理方法包括如下步骤：
[0016] 步骤1，软化退火 对乳机导棍在930°C -950°C进彳丁软化退火，退火后保温2_4 小时，然后随炉冷却至室温；
[0017] 步骤2,淬火处理一一对经过步骤1处理的轧机导辊经过700°C的预热，保温1小 时，再加热至980°C -1020°C，保温4-5小时，然后空冷至室温；
[0018] 步骤3,回火处理--将经过步骤2处理的轧机导辊加热至400°C_550°C，保温2-3 小时，然后随炉冷却至室温。
[0019] 进一步地，步骤1软化退火中由室温加热至930 °C -950 °C的升温速度为 120-160°C / 小时。
[0020] 进一步地，步骤2淬火处理过程中由室温加热至980°C -1020°C的升温速度为 180-2KTC / 小时。
[0021] 进一步地，步骤3回火处理过程中由室温加热至400°C -550°C的升温速度为 50°C -80°C / 小时。
[0022] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0023] 本发明的高温耐磨合金材料相比传统导辊材料大大提高了 V元素的比例，V元素 与C元素可以形成大量的短杆状和团球状的VC，VC作为硬质相平均分布在合金集体中，大 大提高了本发明合金材料的耐磨性能；同时，V还有强烈的细化晶粒的作用，既提高了合金 强度，又能同时提高韧性；V固溶于基体中还能明显提高钢的淬透性，具有一定沉淀硬化的 作用。
[0024] 本发明轧机导辊热处理方法中的退火处理可以改善切削加工性，消除残余应力， 细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；淬火处理可以使合金元素充分溶解，从而大幅提高合 金材料的硬度、耐磨性和红硬性；回火处理可以减小或消除淬火件中的内应力以提高其延 性或韧性，还可以使基体析出二次碳化物，达到二次硬化的效果。
[0025] 本发明轧机导辊具有很好的耐磨性和抗热冲击性能，高温下抗氧化能力强，其使 用寿命与传统导辊相比提高了 6倍。因此，采用本发明轧机导辊显著降低了导辊的更换频 率，大大提高了生产效率，具有明显的经济效益。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保 护的范围。
[0027] 本发明中的轧机导辊用高温耐磨合金材料，其各组分按质量百分比的构成为：C 为 2. 0-2. 8 %，Cr 为 12-14 %，V 为 6. 0-8. 0 %，Si 为 0· 6-0. 8 %，Mn 为 0· 8-1. 0 %，Mo 为 0· 8-1. 2%，余量为 Fe。
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例提供了采用本发明的高温耐磨合金材料制备轧机导辊的工艺流程，其中 包括本发明提供的轧机导辊热处理方法。
[0030] 利用本发明的高温耐磨合金材料制备轧机导辊时，首先通过熔炼获得液态的高温 耐磨合金材料，而后将液态的耐磨合金材料铸造成轧机导辊，然后对铸造得到的轧机导辊 进行热处理及精加工，具体包括以下几个步骤：
[0031] 步骤1、合金原料准备及铸造用模具制备
[0032] 合金原料准备过程如下：
[0033] 将废钢、铁肩、钼铁、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁等原材料按上文中所述化学成分的质 量百分比进行配料。其中，炉料的平均含碳量按规格成分的下限配入，且原材料表面应无油 污、无粘砂杂物、无可剥落的氧化皮；然后，向感应熔炼炉中加料。废钢、铁肩、生铁、钼铁、铬 铁、钒铁等原材料在装料时加入，锰铁、硅铁在熔炼过程中加入。加料时，在坩埚底部和靠近 坩埚壁处的高温区先加大块料，将小块料放在中间和上部低温区，并在大块料的缝隙密实 地填满小块料。先装95%的炉料，待炉料溶尽取样后，再加剩余5%的炉料。合金的加入顺 序依次为：络铁、钥铁、娃铁、猛铁，最后是I凡铁。
[0034] 铸造用模具制备如下：
[0035] 首先，用低温蜡基模料制成导辊模型，用硅溶胶一水玻璃复合型壳制壳工艺制得 导辊模型型壳。在硅溶胶一水玻璃复合模型壳制备过程中，在导辊模型上先进行2-3层硅 溶胶制壳，然后进行3-4层水玻璃制壳，自然干燥后进行蒸汽脱蜡，得到导辊模型壳。
[0036] 步骤2、合金熔炼及铸造
[0037] 开始通电时，先采用60%左右的功率，待电流冲击停止后将功率逐步加大至最大 值。下部炉料熔化后注意捣料，防