用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法
【专利摘要】本发明公开了用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括熔炼、孕育及球化处理、浇注、热处理步骤，本发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，得到了特殊的石墨与金相组织。热连轧精轧后段高碳高速钢轧辊能够有效控制了轧辊下机后表面质量，同时提高了轧辊的耐磨性以及抗热裂性。
【专利说明】用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轧辊及制造方法，具体涉及用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法。
【背景技术】
[0002]I⑶P轧辊上世纪三十年代问世，主要用于带钢热连轧工作辊，由于含有较多的合金元素，一般不采用整体铸造方式生产。受装备限制，早期的I⑶P轧辊采用反射炉熔炼、全冲洗复合方式生产，直至卧式离心机的研制成功及投入使用，同时应用工频感应炉熔炼设备，离心复合ICDP轧辊质量有了质的提高。基于普通型ICDP轧辊基础上研发的改进型ICDP轧辊，通过添加特殊碳化物形成元素，增加组织中高显微硬度耐磨质点，使得轧辊耐磨性提高、辊型保持能力增强，综合使用效果提高10%以上。
[0003]随着钢铁工业的发展，对板材表面质量、尺寸精度、板面平整度要求越来越高。钢铁企业为进一步提高板材质量等级、持续降低生产成本，对精轧后段产品耐磨性、表面粗糙度保持能力并兼备良好的抗事故能力等方面提出更高需求，改进型ICDP轧辊受材质及工艺方法的限制难以进一步满足要求。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是提供一种用于热连轧精轧后段工作辊的高碳高速钢轧辊，使轧辊的耐磨性能和抗热裂性能提高。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:
用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，包括采用离心铸造方法制造而成的由辊身工作层和轧辊芯部构成的辊身及辊颈，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为:c 2.00 ?3.50%, Si 0.40 ?2.00%, Mn 0.50 ?1.20%, Cr 1.50 ?4.50%, Ni2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%，其余为 Fe 和不可避免杂质；辊身工作层的金相组织为贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物；其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分别为18-35%。
[0006]本发明进一步改进在于包括以下工艺过程:
a)冶炼:按照辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量，将生铁、废钢、合金放入感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1450°C?1550°C，出炉前加入硅铁孕育剂，添加量为
0.6 ?1.0% ；
轧辊芯部及辊颈的材料为球墨铸铁，冶炼时在电炉中以生铁为原料冶炼，冶炼温度为1450°C?1530°C，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为0.2%?
1.0%，球化剂为稀土镁合金，添加量为0.5%?1.5% ；
b)离心铸造:首先浇注辊身工作层，钢水的浇注温度为1300°C?1400°C，浇注时离心机转速为600?700转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为450?550转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到900°C?1100°C ；
c)合箱浇注芯部及辊颈:将浇注好辊身工作层的砂箱与用于浇注辊颈的砂箱进行合并,将处理好的铁水浇注到合并后的砂箱内，浇注温度为1300°C?1380°C ；
d)打箱清砂:待铸件在砂箱中缓冷120小时?170小时后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂；
e)热处理:热处理采用采用两段或三段式回火工艺，回火温度450°C?550°C，回火时间共计150小时?260小时。
[0007]由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于:
本发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，使轧辊中的C、S1、Mn、Cr、N1、Mo、V等合金元素能够发挥更好的协同作用，有效改善了工作辊的机械性能，并且具有良好的抗事故性和耐磨性，能够大幅提升轧机的工作效率。
[0008]本发明采用复合离心铸造的方式生产，在保证工作层高硬度高耐磨性的同时，保证了轧辊芯部的韧性，提高了轧辊的表面质量和使用寿命。
[0009]本发明中轧辊的工作层和芯部采用不同的材质和不同的冶炼工艺，然后通过离心铸造的方法将工作层和芯部复合到一起，既满足了轧辊工作层高硬度、高耐磨性的需求，又保证了芯部和辊颈处具有较好的韧性。本发明中轧辊工作层浇注时，离心机的转速控制在600?700转/分钟，可以使轧辊工作层在浇注过程中具有较高的致密度，当辊身工作层的钢水浇注完成后，将离心机的转速调整到450?550转/分钟，降低了离心机转速，可以使钢水冷的收缩过程顺利进行，有效减少比重偏析。
[0010]本发明中铸件在砂箱中的缓冷时间为120小时?170小时，保证了铸件的均匀冷却，避免了开裂。
[0011]本发明中轧辊的特殊热处理工艺进一步改善了轧辊石墨、组织及碳化物形态，工作层内石墨、碳化物分布更加均匀一致，保证了轧辊在使用后期仍有稳定的轧制表现。
[0012]本发明中的轧辊可直接替代传统ICDP轧辊上机使用，且不需要对轧机进行任何调整，实际轧制效果表明，高碳高速钢轧辊毫米轧制量可达到传统ICDP的2倍以上，轧辊下机后表面质量好，彻底解决了 ICDP轧辊常见的下机后表面粗化、色差、波纹等现象。
[0013]本发明中的轧辊在延长换辊周期、减少在机磨损、降低磨削量、提高板材等级等方面有突出贡献。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1和图2是本发明的辊身工作层的金相组织图。
【具体实施方式】
[0015]用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，该工作辊包括辊身和辊颈，辊身的工作层采用离心铸造方法制造而成，辊身的工作层浇注完成后，合箱浇注芯部及辊颈。在铸造该工作辊的过程中，辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量按照下列组分配制原料:c 2.00 ?3.50%, Si 0.40 ?2.00%, Mn 0.50 ?1.20%, Cr 1.50 ?4.50%,Ni 2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%,其余为 Fe 和不可避免杂质。经铸造、热处理后辊身工作层的金相组织为贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物；其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占
0.5-2.0%，碳化物的含量分别为18-35%。
[0016]具体制造时的铸造及热处理过程如下(没有特殊说明时，所有物质的添加量均为重量百分比)。
[0017]实施例1
a)冶炼:以生铁、废钢配以适当的合金为原料，按照设定的辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量中间值配备原料，即C 2.75%, Si 1.7%,Mn 0.85%, Cr 3.0%, Ni 3.50%,Mo+V+ff+Nb 6.0%，S彡0.05%, P彡0.10%准备原料。冶炼时将生铁、废钢、合金放入感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1470°C,出炉前加入娃铁孕育剂,添加量为钢液重量的1.0% ；
轧辊芯部及辊颈的材料为球墨铸铁，冶炼时在电炉中以生铁为原料冶炼，冶炼温度为1520°C，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为钢液重量的0.6%，球化剂为稀土镁合金，添加量为0.5% ；
b)离心铸造:首先浇注辊身工作层，钢水的浇注温度为1400°C，浇注时离心机转速为700转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为520转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到980°C ；
c)合箱浇注芯部及辊颈:将浇注好辊身工作层的砂箱与用于浇注辊颈的砂箱进行合并,将处理好的铁水浇注到合并后的砂箱内，浇注温度为1380°C ；
d)打箱清砂:待铸件在砂箱中缓冷152小时后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂；
e)热处理:热处理采用采用两段式回火工艺，回火温度480°C(回火温度可以在450°C?500°C之间波动)，回火时间共计180小时。
[0018]轧辊经上述配料、铸造、热处理后，经化学成分分析得知轧辊工作层中的化学成分符合上述设定要求。经金相组织分析(金相组织照片如图1和图2所示)得知:工作层钢材的基体以贝氏体为主，贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物。其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占0.97%，碳化物的含量分别为33.31%。
[0019]碳化物以M3C型共晶碳化物(莱氏体型)为主，中间分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，较改进型高镍铬更加细小，在200倍照片下几乎不可见。由于MC、M2C, M6C型碳化物显微硬度极高，作为耐磨质点，能够有效降低轧辊在机磨损量，显著降低辊耗。
[0020]实施例2
a)冶炼:以生铁、废钢配以适当的合金为原料，按照设定的辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量中间值配备原料，即C 2.15%, Si 0.5%，Mn 1.2%, Cr 4.5%, Ni 2.00%,Mo+V+ff+Nb 2.00%，S彡0.05%, P ( 0.10%准备原料。冶炼时将生铁、废钢、合金放入感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1450°C,出炉前加入娃铁孕育剂,添加量为钢液重量的0.8% ；
轧辊芯部及辊颈的材料为球墨铸铁，冶炼时在电炉中以生铁为原料冶炼，冶炼温度为1500°C，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为钢液重量的0.5%，球化剂为稀土镁合金，添加量为1.0% ；
b)离心铸造:首先浇注辊身工作层，钢水的浇注温度为1350°C，浇注时离心机转速为650转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为500转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到1000°c ；
c)合箱浇注芯部及辊颈:将浇注好辊身工作层的砂箱与用于浇注辊颈的砂箱进行合并,将处理好的铁水浇注到合并后的砂箱内，浇注温度为1350°C ；
d)打箱清砂:待铸件在砂箱中缓冷140小时后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂；
e)热处理:热处理采用采用三段式回火工艺，回火温度500°C，回火时间共计200小时。
[0021]轧辊经上述配料、铸造、热处理后，经化学成分分析得知轧辊工作层中的化学成分符合上述设定要求。经金相组织分析(金相组织照片如图1和图2所示)得知:工作层钢材的基体以贝氏体为主，贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物。其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占1.06%，碳化物的含量分别为33.41%。
[0022]碳化物以M3C型共晶碳化物(莱氏体型)为主，中间分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，较改进型高镍铬更加细小，在200倍照片下几乎不可见。由于MC、M2C, M6C型碳化物显微硬度极高，作为耐磨质点，能够有效降低轧辊在机磨损量，显著降低辊耗。
[0023]实施例3
a)冶炼:以生铁、废钢配以适当的合金为原料，按照设定的辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量中间值配备原料，即C3.50%，Si 2.00%,Mn 0.50%, Cr 1.50%, Ni 5.0%，Mo+V+ff+Nb 10.0%, S ^ 0.05%, P ( 0.10%准备原料。冶炼时将生铁、废钢、合金放入感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1550°C,出炉前加入娃铁孕育剂,添加量为钢液重量的0.6% ；
轧辊芯部及辊颈的材料为球墨铸铁，冶炼时在电炉中以生铁为原料冶炼，冶炼温度为1450°C，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为钢液重量的1.0%，球化剂为稀土镁合金，添加量为1.5% ；
b)离心铸造:首先浇注辊身工作层，钢水的浇注温度为1300°C，浇注时离心机转速为600转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为420转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到900°C ；
c)合箱浇注芯部及辊颈:将浇注好辊身工作层的砂箱与用于浇注辊颈的砂箱进行合并,将处理好的铁水浇注到合并后的砂箱内，浇注温度为1300°C ；
d)打箱清砂:待铸件在砂箱中缓冷120小时后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂；
e)热处理:热处理采用采用三段式回火工艺，回火温度520°C(回火温度可以在500°C?550°C之间波动)，回火时间共计230小时。
[0024]轧辊经上述配料、铸造、热处理后，经化学成分分析得知轧辊工作层中的化学成分符合上述设定要求。经金相组织分析(金相组织照片如图1和图2所示)得知:工作层钢材的基体以贝氏体为主，贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物。其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占1.97%，碳化物的含量分别为24.53%。
[0025]碳化物以M3C型共晶碳化物(莱氏体型)为主，中间分布了一定量的MC、M2C、M6C型碳化物，较改进型高镍铬更加细小，在200倍照片下几乎不可见。由于MC、M2C, M6C型碳化物显微硬度极高，作为耐磨质点，能够有效降低轧辊在机磨损量，显著降低辊耗。
[0026]本发明仅列举了上述三个实施例，本领域的技术人员可以根据本发明的描述，将化学成分及各添加物的含量、温度、时间等参数拓展成本发明所描述的任一数值范围，均能达到本发明的目的。
【权利要求】
1.用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，包括采用离心铸造方法制造而成的由辊身工作层和轧辊芯部构成的辊身及辊颈，其特征在于:所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为:c 2.0O?3.50%, Si 0.40?2.00%, Mn 0.50?1.20%, Cr1.50 ?4.50%, Ni 2.00 ?5.00%, Mo+V+ff+Nb 2.00 ?10.00%, S 彡 0.05%, P 彡 0.10%，其余为Fe和不可避免杂质；辊身工作层的金相组织为贝氏体基体上分布着团状石墨或者团虫状石墨、贝氏体、马氏体、残余奥氏体、碳化物；其中团状石墨或者团虫状石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分别为18-35%。
2.根据权利要求1所述的用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，其特征在于包括以下工艺过程: a)冶炼:按照辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量，将生铁、废钢、合金放入感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1450°C?1550°C，出炉前加入硅铁孕育剂，添加量为.0.6 ?1.0% ； 轧辊芯部及辊颈的材料为球墨铸铁，冶炼时在电炉中以生铁为原料冶炼，冶炼温度为.1450°C?1530°C，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为0.2%?.1.0%球化剂为稀土镁合金，添加量为0.5%?1.5% ； b)离心铸造:首先浇注辊身工作层，钢水的浇注温度为1300°C?1400°C，浇注时离心机转速为600?700转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为450?.550转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到900°C?1100°C ； c)合箱浇注芯部及辊颈:将浇注好辊身工作层的砂箱与用于浇注辊颈的砂箱进行合并,将处理好的铁水浇注到合并后的砂箱内，浇注温度为1300°C?1380°C ； d)打箱清砂:待铸件在砂箱中缓冷120小时?170小时后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂； e)热处理:热处理采用采用两段或三段式回火工艺，回火温度450°C?550°C，回火时间共计150小时?260小时。
【文档编号】B22D19/16GK104353798SQ201410546174
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】刘娣, 杨昱东, 朱志磊, 王延青, 高梦洁 申请人:中钢集团邢台机械轧辊有限公司