一种抗磨型带钢用强展轧辊的制作方法

本发明涉及一种抗磨型带钢用强展轧辊，属于窄带钢生产设备领域。

背景技术：

现有的传统强展辊，从轧辊用材质上，通常采用含c3.0-3.5、si0.5-1.5、mn0.4-0.9、cr0.5-1.5、ni0.6-4.0、mo0.2-0.6、mg0-0.08的nicrmo合金球墨铸铁或无限冷硬铸铁外层材料，采用整体铸造或离心复合铸造而成，传统nicrmo合金轧辊抗拉强度通常≤350mpa。

传统铸铁材质用于粗轧含有深孔型的强展辊轧制中，无论球墨铸铁还是无限冷硬铸铁材料，其外层组织中均含有1-3％的石墨相组织；由于石墨受冷却速度的影响较大，往往外层石墨组织偏细、石墨量偏少，随着铸型冷却能力的降低，表层以下随深度变化石墨量增多、石墨尺寸变粗大。从性能上表层易出现打滑不易咬入，内层硬度降低耐磨性、抗热裂、抗毛化粗糙能力下降，导致其综合使用寿命大大降低。

传统铸铁材质用于粗轧含有深孔型的强展辊使用中主要存在的问题是：孔型表面热裂严重、孔型内掉肉频繁、轧辊重车修量大、在线时间短、辊型保持能力差，综合吨钢成本消耗高。

传统宽带钢两辊及四辊轧机用高铬铸钢、半高速钢、工具钢等高合金轧辊，其使用环境，通常为单机架可逆轧制，其轧制速度快(1.5-3m/s)，冷却效果好；该类轧机用轧辊直径较大1000-1200mm，咬入角相对较小(15-22°)，对轧材有较好的咬入性，且通常在该机架前配有两辊立轧使用，对钢坯有夹持强行给送料功能，因此高合金辊在宽带钢轧机上不存在打滑不易咬入问题。该类高合金轧辊含碳量通常在0.4-1.5％，基体组织控制为回火马氏体，硬度控制70-80hsd，因较快的轧制速度与良好的冷却环境，故也不存在热裂等问题。因此，传统高合金轧辊在连续轧制的窄带钢粗轧机架环境下，(咬入角20-23％、轧速低0.4-1.0m/s、轧辊辊径小550-580mm)①无法解决轧辊使用中打滑、②低速轧制热裂、③甚至低速轧制带来的轧辊急速升温出现的应力断辊一系列问题，故窄带钢生产特别是用于粗轧强展环境用轧辊一直沿用传统nicrmo球墨铸铁材质。

传统强展辊辊型，通常采用梯形中凸孔型或中凸复合圆弧孔型，其存在的主要问题是单道次展宽效率低(1.5-3％)，通常需要的展宽机架数量较多(5个道次)；辊型设计凭经验进行，不同轧制规格的定型工艺需要多次试验摸索，周期长、效率低；钢坯中心原始疏松不能在最佳温度区间消除，疏松的遗传因素不易在中、精轧架消除等。

技术实现要素：

鉴于上述现有传统nicrmo铸铁轧辊、传统四辊宽带钢高合金轧辊及辊型曲线设计等存在的诸多不足，结合发明人长期对轧辊制造材料及轧钢生产环境关系的研究，基于高合金材料耐磨性高、硬度落差小的优点，从理论上攻克高合金辊在窄带钢粗轧超低速轧制环境下热裂、辊径小无夹持立轧等环境下，打滑不易咬入、急速热冲击易出现的炸辊、断裂，以及传统强展辊辊型单道次展宽率低等难题。从咬入性、抗热裂组织稳定性出发，构思具有良好使用特性的基体组织，同时利用超高合金弥散、沉淀析出形成的高耐磨支点，以及高合金高温下形成致密的氧化膜等特性，实现轧辊良好咬入、抗热裂以及兼顾高的抗磨性能。从而使一种适于热轧窄带钢粗轧机架的高抗磨新型强展辊得以实现。

本发明首先提供了一种抗磨型带钢用强展轧辊，外层(工作层)材料采用高铬钼钒系合金材料，所述高铬钼钒系合金材料按质量分数计含有c2.0-3.0、si0.4-1.0、mn0.6-1.0、cr8-32、ni0.8-1.8、mo0.8-2.0、v0.2-1.2；其辊型为y＝a×[sin(x×b-c)+d]正玄曲线，a、b、c、d为常数，x为孔型轴向长度变量，其x的最大取值范围可根据具体轧制产品宽度规格从190-350间调整；y孔型高度为随孔型长度轴变量x变化的正玄函数。

通过合金元素的科学的匹配设计，满足粗轧使用环境下辊面能形成坚硬的fe-cr复合氧化膜，以及足够比例的cr-mo-v合金碳化物耐磨相，实现材料本身高抗磨特性。采用y＝a×[sin(x×b-c)+d]正玄曲线辊型的高抗磨强展辊，解决了传统高合金轧辊的不易咬钢、打滑问题，同时解决了传统nicrmo球铁轧辊在线时间短、不耐磨问题，展宽效率得到提升(单道次展宽率提高3-5倍)，在线时间延长1-2倍，综合使用寿命是传统轧辊的3倍以上，在该机架综合吨钢轧辊消耗成本下降30％以上。

本发明还提供一种制备所述抗磨型带钢用强展轧辊的方法，包括以下步骤：

(1)毛坯铸造：冶炼外层高铬钼钒系合金金属液、离心浇注外层、浇注中间层、心部，得到轧辊毛坯；

(2)热处理：冷却粗加工后，进行热处理，使cr、mo、v合金充分溶入奥氏体中形成过饱和奥氏体后，空冷使过饱和奥氏体内cr、mo、v合金元素以二次合金碳化物形式脱溶析出后，回火，消除热处理组织转变应力及热应力；冷却至室温后检测轧辊硬度指标及残余奥氏体指标，控制轧辊辊面硬度范围58-63hsd，残余奥氏体≤3％；

(3)精加工。

所述步骤(1)中经冶炼的外层高铬钼钒系合金金属液的出炉温度为1520-1580℃。

所述步骤(1)中外层高铬钼钒系合金金属液冶炼后出炉时进行变质处理：出炉过程随金属流，冲入金属液重量的0.2-0.5％的粒径0.3-2mm的钒合金变质剂颗粒，充分搅拌。

所述步骤(1)中外层高铬钼钒系合金金属液的起包浇注温度为1400-1450℃。

所述步骤(1)中外层内表面金属液温度为1120-1180℃时，浇注中间层。所述中间层金属液化学成分按质量分数组成(％)：c0.8-1.5、si0.4-0.8、mn0.4-0.8、p≤0.03、s≤0.02、cr0-0.2、ni0.1-0.8、mo0-0.2；中间层浇注温度t中＝1500-1580℃。

所述步骤(1)中浇注中间层后，中间层金属液内表面温度t1＝1100-1160℃时，浇入心部高强度合金球墨铸铁芯轴部位金属液；高强度合金球墨铸铁芯轴部位金属液化学成分按质量分数组成(％)：c2.8-3.5、si2.4-2.8、mn0.4-1.0、p≤0.05、s≤0.02、cr0-0.2、ni0.8-1.5、mo0-0.2；心部金属液浇注温度t2＝1380-1430℃。

所述步骤(2)中的热处理工艺可以是从室温以≤15℃/h升温速度加热至650℃，保温3-6小时均温后，以30-50℃/h升温速度快速升温至950-1000℃奥氏体化，保温5-8小时均温使cr、mo、v合金充分溶入奥氏体中形成过饱和奥氏体后，开启热处理炉门空冷至780-830℃，保温5-8小时使过饱和奥氏体内cr、mo、v合金元素以二次合金碳化物形式脱溶析出后，吹风快速冷却(淬火)至420-480℃，回炉进行530-560℃回火，保温15-25小时，消除热处理组织转变应力及热应力。

本发明提供的制备方法保证了外层高的综合使用性能，同时避免了外层高的合金向心部扩散带来的辊颈性能恶化及带来的断辊等问题发生；特殊的高温热处理技术(高的奥氏体化温度使大量的cr、mo、v等过饱和合金元素溶入高温奥氏体之中+后续高温脱溶(奥氏体不稳定化)热处理，使大量cr、mo、v合金碳化物从过饱和的奥氏体基体中析出+后续脱溶后的非饱和奥氏体淬火+回火，得到含有大量弥散cr、mo、v合金碳化物的、具有室温良好稳定性、强韧性与一体的极细珠光体组织(回火屈氏体)；辊身工作层硬度范围58-65hsd、工作层硬度无落差；高强韧性球墨铸铁辊轴抗拉强度≥550mpa。

本发明提供的抗磨型带钢用强展辊，其外层组织为具有高强韧性、良好咬入性、抗热裂组织稳定性的极细珠光体(回火屈氏体)基体组织上镶嵌着大量cr、mo、v合金二次碳化物+总量为20-25％高硬抗磨cr7c3型碳化物的混合组织，辊身宏观硬度在58-65hsd、辊颈抗拉强度≥550mpa。高抗磨外层的耐磨性能体现在，连续在线时间为传统nicrmo轧辊的2-3倍；同时兼顾有良好的抗热裂性能，轧辊重车修复量比传统nicrmo轧辊减少40％；且有良好的咬入特性解决了传统高合金辊打滑问题；无剥落、断辊事故；综合使用寿命为传统nicrmo轧辊的3倍以上。应用本发明提供的抗磨型带钢用强展辊用于轧制窄带钢，对原始坯料有高的强迫展宽比，单道次展宽率7-8％；对轧材中心压实、消除坯料中心疏松效率高，粗轧消除率98.5％，提高成品板探伤合格率。本发明抗磨型带钢用强展辊，尤其适用于轧辊直径ф450～600mm、辊身长度l500～650mm的窄带钢两辊粗轧用冶金铸造轧辊。

综上所述，本发明一种抗磨型带钢用强展辊有区别于传统轧辊鲜明的特征，使其成为了一款具有极具创造性的新型轧辊。本发明提供的抗磨型带钢用强展辊具有适合现有窄带钢生产工况条件、具有良好咬入性(抗打滑)、抗热裂性(低的热裂敏感性)、抗疲劳性(抗掉肉、抗粗糙毛化)、高抗磨性、消除硬度落差等的优点；同时兼顾高的强迫展宽效率、消除铸坯中心疏松遗传对板材的不利影响；延迟在线时间、提高轧钢在线作业效率，提高板材内在质量、降低运行成本。该轧辊可广泛用于窄带钢轧制领域，用于连铸坯坯料规格少、轧材规格多、需要通过轧制强迫展宽调整钢带宽度的领域；用于窄带钢两辊粗轧连续轧制机组，特别是涉及要求轧材内在质量高的

附图说明

图1、一种抗磨型带钢用强展辊结构示意图。

图2、一种抗磨型带钢用强展辊辊型正玄曲线示意图。

图3、抗磨型带钢强展辊对坯料展宽与中心压实示意图。

图4、一种抗磨型带钢强展辊500x基体弥散碳化物组织示意图。

图5、一种抗磨型带钢强展辊下机后辊面实物照片。

图6、一种抗磨型带钢用强展辊浇注示意图，高crmov合金外层浇注、中间层浇注、合箱浇注、开箱。

图7、一种抗磨型带钢用强展辊热处理工艺示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高抗磨带钢用强展辊其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。

通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体得了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

实施例1：一种高抗磨强展辊制造方法(一)

参见图6所示的浇注示意图，铸造过程如下：

1)外层crmov抗磨合金化学成分按质量分数组成(％)：c2.0-3.0、si0.4-1.0、mn0.6-1.0、cr8-32、ni0.8-1.8、mo0.8-2.0、v0.2-1.2要求，进行炉料准备；

2)采用中频炉进行冶炼，调整化学成分按实施工艺要求中限；

3)控制外层高crmov合金金属液出炉温度t出＝1520-1580℃；

4)外层高crmov合金金属液出炉变质处理：出炉过程随金属流，冲入金属液重量的0.2-0.5％钒合金(含钒质量分数为50～80％)变质剂0.3-2mm颗粒，充分搅拌；

5)起包浇注：控制外层高crmov合金金属液浇注温度t浇＝1400-1450℃，将外层高crmov合金金属液浇入高速旋转中的离心铸型中，金属液内表面散入防氧化玻璃保护渣；

6)检测内表面金属液温度t外＝1120-1180℃时，在外层内表面浇入20-40mm中间过渡层金属液；

7)中间层金属液浇注：

中间层金属液化学成分按质量分数组成(％)：c0.8-1.5、si0.4-0.8、mn0.4-0.8、p≤0.03、s≤0.02、cr0-0.2、ni0.1-0.8、mo0-0.2；中间层浇注温度t中＝1500-1580℃；

8)检测中间层金属液内表面温度t1＝1100-1160℃时，将下箱(底座箱)、带外层及中间层的离心铸型、上箱(冒口箱)进行合组箱，浇入心部高强度合金球墨铸铁芯轴部位金属液；

9)高强度合金球墨铸铁芯轴部位金属液填芯浇注，高强度合金球墨铸铁芯轴部位金属液化学成分按质量分数组成(％)：c2.8-3.5、si2.4-2.8、mn0.4-1.0、p≤0.05、s≤0.02、cr0-0.2、ni0.8-1.5、mo0-0.2；心部金属液浇注温度t2＝1380-1430℃；

10)离心铸造轧辊毛坯开箱，铸造轧辊经铸型内自然冷却至温度≤100℃，开箱；高抗磨强展辊毛坯铸造完成。

实施例2：一种高抗磨强展辊制造方法(二)

11)高抗磨强展辊铸造轧辊毛坯经清整处理，去除飞边、毛刺、清除铸造粘砂等；

12)轧辊毛坯自然冷却至室温后，铸态轧辊留热处理加工余量，进行毛坯粗加工，同时粗开孔型；

13)高抗磨强展辊的热处理工艺，粗加工轧辊将轧辊上下辊颈用陶瓷纤维保护；从室温以≤15℃/h升温速度加热至650℃，保温3-6小时均温后，以30-50℃/h升温速度快速升温至950-1000℃奥氏体化，保温5-8小时均温使cr、mo、v合金充分溶入奥氏体中形成过饱和奥氏体后，开启热处理炉门空冷至780-830℃，保温5-8小时使过饱和奥氏体内cr、mo、v合金元素以二次合金碳化物形式脱溶析出后，吹风快速冷却(淬火)至420-480℃，回炉进行530-560℃回火，保温15-25小时，消除热处理组织转变应力及热应力，调整基体组织，实现具有热稳定性、强韧性与一体的极细珠光体组织(回火屈氏体)，热处理工艺曲线如图7所示；

14)冷却至室温后检测轧辊硬度指标及残余奥氏体指标，控制轧辊辊面硬度范围

58-63hsd，残余奥氏体≤3％，根据检测结果，如硬度≥65hsd或残余奥氏体≥5％，补充二次回火热处理，回火温度视指标情况在520-550温度范围内调整；

15)经上述特殊热处理工艺处理后的轧辊辊颈抗拉强度≥550mpa；

16)经上述特殊热处理工艺处理后的轧辊外层组织为稳定性的极细珠光体(回火屈氏体)基体组织上镶嵌着大量cr、mo、v合金二次碳化物+总量为20-25％高硬抗磨cr7c3型碳化物的混合组织，金相组织如图4所示。

实施例3：一种高抗磨强展辊制造方法(三)

17)经特殊热处理进行组织、硬度、应力调整，符合工艺指标控制要求后，轧辊进行精加工工序，其中轧辊孔型曲线符合y＝a×[sin(x×b-c)+d]正玄曲线，a、b、c、d为常数，x为孔型轴向长度变量，其x的最大取值范围可根据具体轧制产品宽度规格从190-350间调整；y为孔型随长度x变化的正玄函数。

以展后板宽b＝300mm为例，轧辊孔型中部凸起高度14.27mm，x＝0-300mm，a＝7.15、b＝0.02、c＝45.5、d＝1。即y＝7.15×[sin(x×0.02-45.5)+1]，其正玄曲线如图2所示，所得高抗磨强展辊的结构如图1所示。

实施例4：一种高抗磨正玄辊型强展辊试轧试验

18)经对采用本发明一种抗磨型带钢用强展辊，在窄带钢两辊粗轧机1-3架试轧，轧制板宽300mm时，对原始坯料的单道次强迫展宽量19-22mm(单道次展宽率7-8％)；

19)经对粗轧1-4架板坯试轧解剖检验，轧材中心压实后、坯料中心疏松的遗传消除率达98.5％，经后续中轧、精轧轧制后的成品板探伤合格率达100％。

20)经试本发明一种抗磨型带钢用强展辊，轧连续在线时间由传统nicrmo轧辊的6天，延长到了16天，为传统轧辊的2.67倍；辊面无裂纹、掉肉现象，轧辊重车修复量由传统nicrmo轧辊的8-10mm，降到了5-6mm，车修量减少40％；经试轧解决了传统高合金辊打滑问题；无剥落、断辊事故发生；综合使用寿命位传统nicrmo轧辊的3倍以上，综合吨钢轧辊消耗成本下降30％以上。抗磨型带钢用强展辊下机照片如图5所示。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。