一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，包括以下步骤：①设计铸造工艺；②去除杂质元素；③浇注，并用电极能埋弧加热；④轧辊温度500-600℃时热开箱退火，通过四组升温平台保温，待恒温后出炉粗开孔型，然后依次经过正火、回火、喷淬工序加工，最后精开孔型；⑤毛坯轧辊热处理结束后出炉，至常温时用铁锤在辊身上取3-5个点进行敲击，产生的次声波消除残余铸造应力。本发明制得的模具钢粗轧辊的基体组织、抗拉强度、抗冲击韧性、抗热裂纹性能、耐磨性能均优于锻钢轧辊，节能省料环保，实现国家产业政策中提倡的以铸代锻、节能环保、省料降本的要求，符合产品升级换代的产业政策。
【专利说明】一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺。
【背景技术】
[0002] 国内热轧大中型板带、大棒、大型型钢、轨梁等粗轧机架开坯使用的轧辊，大都是 锻钢材质。锻钢轧辊生产工艺复杂、生产周期长，用料多，成材率低，耗能大，生产成本高。因 此，对传统工艺进行升级改造，是摆在我们面前的关键任务和重要担当，也是主要研究和创 新的重点方向。
[0003] 大型粗轧机架使用的轧辊，乳制作业时面对轧机坯料大，规格高，温度高，热传导 时间长，压延力大等诸多因素，因此，对轧辊的综合性能有很高的要求。实现这些要求，需在 化学成分上优化配置，熔炼上精益求精，保证钢水的纯净度和高质量在热处理工艺上进行 创新，使其基体组织符合标准，达到综合性能的提高，满足粗轧机组的使用要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，实现国家产业政策中 提倡的以铸代锻、节能环保、省料降本的要求。
[0005] 实现本发明目的的技术方案是：一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，包括以下 步骤：
[0006] ①、根据轧机使用机架要求设计铸造工艺；
[0007] ②、采用感应炉初炼，当钢水温度达到1500_1550°C时出钢，然后至钢包精炼炉进 行二次精炼，去除杂质元素，待钢温达到1550-1580°C时出钢；
[0008] ③、钢温至液相温度+40_46°C时浇注，浇毕后在上冒口端面加入玻璃渣、萤石粉， 再用电极能埋弧加热，使上辊颈缓慢凝固，同时使辊颈部位的基体组织、金属结晶密度与辊 身一致，消除轧辊全部疏松区后，使全辊上下的结晶组织比锻钢辊更加优异；
[0009] ④、乳辊温度500-600°C时热开箱退火，通过四组升温平台保温，待恒温后出炉粗 开孔型，然后依次经过正火、回火、喷淬工序加工，最后精开孔型；
[0010] ⑤、毛坯轧辊热处理结束后出炉，至常温时用铁锤在辊身上取3-5个点进行敲击， 产生的次声波消除残余铸造应力，最终使轧辊的基体组织、抗拉强度、抗冲击韧性、抗热裂 纹性能、耐磨性能均优于锻钢轧辊。
[0011] 所述步骤①中需要设计的铸造工艺包括：配置化学成分、确定辊身硬度、辊颈抗拉 强度和净化钢水中氢、氧元素。
[0012] 所述配置化学成分、确定辊身硬度和辊颈抗拉强度具体为：
[0013] I、对于大型板带粗轧机架使用的模具钢粗轧辊：
[0014] 配置的化学成分为：C :0· 50-0. 60 %，Si :0· 20-0. 40 %，Μη :0· 55-0. 80 %，Cr : 0. 55-0. 80%, Ni ：1. 35-1. 80%, Mo ：0. 15-0. 40%, P ^ 0. 030%, S ^ 0. 030% ；
[0015] 确定辊身硬度为：辊面硬度40-50HSD，硬度的均匀彡3HSD，辊身硬度落差 ^ 3HSD ；
[0016] 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度> llOOMpa ;
[0017] II、对于大型型棒材粗轧机架使用的模具粗轧辊：
[0018] 配置的化学成分为：C :0· 40-0. 50 %，Si :0· 45-0. 70 %，Μη :0· 35-0. 60 %， Cr ：1. 55-2. 00 %, Ni ：0. 75-1. 25 %, Mo ：0. 85-1. 20 %, V ：0. 35-0. 50 %, P ^ 0. 030 %, S ^ 0. 030% ；
[0019] 确定辊身硬度为：辊面硬度45-55HSD，硬度均匀< 3HSD，辊身硬度落差< 3HSD ;
[0020] 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度彡llOOMpa。
[0021] 所述净化钢水中氢、氧元素具体为：熔炼时每吨钢水加入l_3Kg重稀土钢水变质 齐U，增加钢水中稀土成分〇. 01-0. 03%。
[0022] 所述步骤②中去除的杂质元素包括：P、S、H、0。
[0023] 所述步骤③中的电极加热过程为：前3-3. 5小时，电流1600-1800A，3-3. 5小时后 改电流为1480-1520A，加热1-2小时，然后用木棒插入冒口测量液面深度，若此时液面深 度小于320MM，则停止加热，若液面深不小于320丽，则需继续通电加热直至液面深度小于 320MM。
[0024] 所述步骤④中的四组升温平台的温度分别为440-460°C、650-680°C、800-880°C、 950-980 °C。
[0025] 所述步骤⑤得到的轧辊的金相组织为回火索氏体+铁素体。
[0026] 采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：（1)本发明制得的模具钢粗 轧辊的基体组织、抗拉强度、抗冲击韧性、抗热裂纹性能、耐磨性能均优于锻钢轧棍，节能省 料环保，实现国家产业政策中提倡的以铸代锻、节能环保、省料降本的要求，符合产品升级 换代的产业政策。
[0027] (2)本发明与锻钢辊的生产工艺相比，可节约材料20-25%、吨辊省电1200度，缩 短生产周期60天。
[0028] (3)本发明制得的模具钢粗轧辊的使用数据显示，与锻钢辊相比其使用寿命可延 长 60-80%。
[0029] (4)本发明根据大型板带粗轧机架使用的模具钢粗轧辊与大型型棒材粗轧机架使 用的模具粗轧辊的不同使用要求，优化配置了化学成分，适用范围广。
【具体实施方式】
[0030] (实施例1)
[0031] 本实施例的大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，包括以下步骤：
[0032] ①、根据轧机使用机架要求设计铸造工艺，包括：配置化学成分；确定辊身硬度； 辊颈抗拉强度；以及熔炼时每吨钢水加入l_3Kg重稀土钢水变质剂，增加钢水中稀土成分 0. 01-0. 03%，净化钢水中氢、氧元素；
[0033] I、对于大型板带粗轧机架使用的模具钢粗轧辊：
[0034] 配置的化学成分为：C :0· 50-0. 60 %，Si :0· 20-0. 40 %，Μη :0· 55-0. 80 %，Cr : 0. 55-0. 80%, Ni ：1. 35-1. 80%, Mo ：0. 15-0. 40%, P ^ 0. 030%, S ^ 0. 030% ；
[0035] 确定辊身硬度为：辊面硬度40-50HSD，硬度的均匀彡3HSD，辊身硬度落差 ^ 3HSD ；
[0036] 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度彡llOOMpa ;
[0037] II、对于大型型棒材粗轧机架使用的模具粗轧辊：
[0038] 配置的化学成分为：C :0· 40-0. 50 %，Si :0· 45-0. 70 %，Μη :0· 35-0. 60 %， Cr ：1. 55-2. 00 %, Ni ：0. 75-1. 25 %, Mo ：0. 85-1. 20 %, V ：0. 35-0. 50 %, P ^ 0. 030 %, S ^ 0. 030% ；
[0039] 确定辊身硬度为：辊面硬度45-55HSD，硬度均匀< 3HSD，辊身硬度落差< 3HSD ;
[0040] 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度> llOOMpa。
[0041] ②、采用感应炉初炼，当钢水温度达到1500-1550°C时出钢，然后至钢包精炼炉进 行二次精炼，去除P、S、H、0等杂质元素，待钢温达到1550-1580°C时出钢。
[0042] ③、钢温至液相温度+40_46°C时浇注，浇毕后在上冒口端面加入玻璃渣、萤石粉， 再用电极能埋弧加热，使上辊颈缓慢凝固，同时使辊颈部位的基体组织、金属结晶密度与辊 身一致，消除轧辊全部疏松区后，使全辊上下的结晶组织比锻钢辊更加优异；电极加热过程 为：前3-3. 5小时，电流1600-1800A，3-3. 5小时后改电流为1480-1520A，加热1-2小时，然 后用木棒插入冒口测量液面深度，若此时液面深度小于320MM，则停止加热，若液面深不小 于320MM，则需继续通电加热直至液面深度小于320MM。
[0043] ④、乳辊温度500-600°C时热开箱退火，通过四组升温平台保温，四组升温平台的 温度分别为440-460°C、650-680°C、800-880°C、950-98(rC ;待恒温后出炉粗开孔型，然后依 次经过正火、回火、喷淬工序加工，最后精开孔型。
[0044] ⑤、毛坯轧辊热处理结束后出炉，至常温时用铁锤在辊身上取3-5个点进行敲击， 产生的次声波消除残余铸造应力，最终使轧辊的基体组织、抗拉强度、抗冲击韧性、抗热裂 纹性能、耐磨性能均优于锻钢轧辊；乳辊的金相组织为回火索氏体+铁素体。
[0045] 本实施例的大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺制得的模具钢粗轧辊的基体组织、抗 拉强度、抗冲击韧性、抗热裂纹性能、耐磨性能均优于锻钢轧辊，节能省料环保，实现国家产 业政策中提倡的以铸代锻、节能环保、省料降本的要求，符合产品升级换代的产业政策。与 锻钢辊的生产工艺相比，可节约材料20-25%、吨辊省电1200度，缩短生产周期60天。使用 数据显示，与锻钢辊相比其使用寿命可延长60-80%。
[0046] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：包括以下步骤： ① 、根据轧机使用机架要求设计铸造工艺； ② 、采用感应炉初炼，当钢水温度达到1500-1550°c时出钢，然后至钢包精炼炉进行二 次精炼，去除杂质元素，待钢温达到1550-1580°C时出钢； ③ 、钢温至液相温度+40-46°C时浇注，浇毕后在上冒口端面加入玻璃渣、萤石粉，再用 电极能埋弧加热，使上辊颈缓慢凝固，同时使辊颈部位的基体组织、金属结晶密度与辊身一 致，消除轧辊全部疏松区后，使全辊上下的结晶组织比锻钢辊更加优异； ④ 、乳辊温度500-600°C时热开箱退火，通过四组升温平台保温，待恒温后出炉粗开孔 型，然后依次经过正火、回火、喷淬工序加工，最后精开孔型； ⑤ 、毛坯轧辊热处理结束后出炉，至常温时用铁锤在辊身上取3-5个点进行敲击，产生 的次声波消除残余铸造应力，最终使轧辊的基体组织、抗拉强度、抗冲击韧性、抗热裂纹性 能、耐磨性能均优于锻钢轧辊。
2. 根据权利要求1所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述步 骤①中需要设计的铸造工艺包括：配置化学成分、确定辊身硬度、辊颈抗拉强度和净化钢水 中氢、氧元素。
3. 根据权利要求2所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述配 置化学成分、确定辊身硬度和辊颈抗拉强度具体为： I、 对于大型板带粗轧机架使用的模具钢粗轧辊： 配置的化学成分为：C :0· 50-0. 60 %，Si :0· 20-0. 40 %，Μη :0· 55-0. 80 %，Cr : 0. 55-0. 80%, Ni ：1. 35-1. 80%, Mo ：0. 15-0. 40%, P ^ 0. 030%, S ^ 0. 030% ； 确定辊身硬度为：辊面硬度40-50HSD，硬度的均匀< 3HSD，辊身硬度落差< 3HSD ; 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度> llOOMpa ; II、 对于大型型棒材粗轧机架使用的模具粗轧辊： 配置的化学成分为：C :0· 40-0. 50 %，Si :0· 45-0. 70 %，Μη :0· 35-0. 60 %，Cr : 1.55-2.00 %, Ni ：0. 75-1. 25 %, Mo ：0. 85-1. 20 %, V ：0. 35-0. 50 %,P^ 0. 030 %, S ^ 0. 030% ； 确定辊身硬度为：辊面硬度45-55HSD，硬度均匀< 3HSD，辊身硬度落差< 3HSD ; 辊颈抗拉强度为：辊颈抗拉强度> llOOMpa。
4. 根据权利要求2所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述净 化钢水中氢、氧元素具体为：熔炼时每吨钢水加入l-3Kg重稀土钢水变质剂，增加钢水中稀 土成分 0· 01-0. 03%。
5. 根据权利要求1所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述步 骤②中去除的杂质元素包括：P、S、H、0。
6. 根据权利要求1所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所 述步骤③中的电极加热过程为：前3-3. 5小时，电流1600-1800A，3-3. 5小时后改电流 为1480-1520A，加热1-2小时，然后用木棒插入冒口测量液面深度，若此时液面深度小于 320MM，则停止加热，若液面深不小于320MM，则需继续通电加热直至液面深度小于320MM。
7. 根据权利要求1所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述步 骤④中的四组升温平台的温度分别为440-460°C、650-680°C、800-880°C、950-980°C。
8.根据权利要求1所述的一种大型模具钢粗轧辊铸造生产工艺，其特征在于：所述步 骤⑤得到的轧辊的金相组织为回火索氏体+铁素体。
【文档编号】C22C38/44GK104152806SQ201410410164
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】许健, 蒋志芳, 周国祥 申请人:常州凯达重工科技有限公司