CN101623751A - 一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其特征在于轧辊首先采用金属型浇注,轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢,辊芯是球墨铸铁。轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温1~3小时后,然后以15~25℃/小时的升温速度加热至520~580℃,保温后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1~2小时后,然后以28~40℃/小时的升温速度加热至480~510℃,保温后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温。采用本发明热处理含硼低合金高速钢轧辊,不仅能耗低、热处理周期短,而且具有良好的使用效果。
Description
技术领域
本发明属于轧辊制造技术领域,具体涉及一种轧辊的制备方法,特别涉及一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法。
背景技术
轧辊是轧钢生产中的主要消耗部件,提高轧辊耐磨性的研究,一直受到国内外的关注。采用高速钢取代高铬铸铁、镍铬铸铁、铬钼铸铁和镍铬钼铸铁等材质制造轧辊,是提高轧辊耐磨性的主要途径。日本专利公报JP6330235公开了一种离心铸造高速钢轧辊材料的化学组成如下:C:1.4-2.6%,Si:0.2-1.5%,Mn<1.5%,Cr:3-8%,(2Mo+W):6-14%,V:4-8%,Ti:0.3-2.5%,余量Fe。美国专利US6095957公开了一种高速钢轧辊材料,其化学成分(重量%)是:C:2.4~2.9,Cr:12.0~18.0,Mo:3.0~9.0,V:3.0~7.0,Nb:0.5~4.0,Si<1.0,Mn<1.0,W<1.0。中国发明专利CN1807671也公开了一种连续复合高速钢轧辊工艺配方,外层辊身的工艺配方(重量%)是:1.5-3.5C,2.0-7.0Cr,2.0-7.0Mo,4.0-10.0V,4.0-10.0W,0-10.0Co,Ni<2.0,其余为Fe。上述轧辊材料具有优异的耐磨性,但含有较多的合金元素,因此生产成本高。
研究发现,在高速钢轧辊中,加入适量硼元素,可以部分取代高速钢轧辊中钨、钼、钒等昂贵合金元素,降低高速钢轧辊生产成本。本发明的目的是对含硼低合金高速钢轧辊的热处理工艺进行改进,由常规的淬火加回火改为两次回火处理,本发明取消轧辊的高温淬火,一是可以节约能源,二是可以消除轧辊高温加热时表面的氧化和脱碳,三是可消除轧辊高温加热时辊芯强度的下降。为了取消含硼低合金高速钢轧辊的高温淬火,轧辊铸态组织中不应出现珠光体,铸态基体组织应以奥氏体和马氏体为主。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其具体步骤包括:
轧辊首先采用金属型浇注,轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢,辊芯是球墨铸铁,金属铸型是灰铸铁,铸型表面需要喷刷石墨粉涂料,涂料厚度控制在1.2~1.8mm;喷刷涂料时,铸型温度控制在140~200℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在90~130℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50~70℃;轧辊浇注完毕4~10小时后开箱空冷,然后去掉浇冒口;
轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温1~3小时后,然后以15~25℃/小时的升温速度加热至520~580℃,进行第一次热处理保温,然后空冷;再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1~2小时后,然后以28~40℃/小时的升温速度加热至480~510℃,进行第二次热处理保温,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,最后精加工至规定尺寸和精度。
其中金属铸型的壁厚按下式确定
δ=a·D (1)
式中:δ-铸型壁厚,mm;D-轧辊辊身直径,mm;a-铸型系数,a=0.25~0.45,轧辊辊身直径大于600mm时,a=0.45,轧辊辊身直径小于400mm时,a=0.25,400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.25<a<0.45。
第一次热处理保温时间按下式确定:
t1=200+k1·D (2)
式中:t1-第一次热处理保温时间,min;D-轧辊辊身直径,mm;k1-保温系数,min/mm,其中k1=0.3~0.5,当轧辊辊身直径大于600mm时,k1=0.5,;轧辊辊身直径小于400mm时,k1=0.3;400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.3<k1<0.5。
第二次热处理保温时间按下式确定:
t2=250+k2·D (3)
式中:t2-第二次热处理保温时间,min;D-轧辊辊身直径,mm;k2-保温系数,min/mm,其中k2=0.4~0.6,当轧辊辊身直径大于600mm时,k2=0.6;轧辊辊身直径小于400mm时,k2=0.4;400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.4<k2<0.6。
本发明含硼低合金高速钢轧辊的主要成分(质量分数,%)如下:0.3-1.0C,1.0-2.5B,5.0-7.0Cr,V<1.5,Mo<1.5,Nb<1.0,Co<1.0,W<1.0,Si<1.5,Mn<1.5,余量Fe和不可避免的微量杂质,其中,3.0<V+Mo+Nb+Co+W<5.0。
为了获得铸态组织中无珠光体的含硼低合金高速钢轧辊,加快轧辊的凝固冷却是极其必要的,实现凝固快冷的主要措施是控制铸型厚度、浇注温度、铸型温度、涂料及涂料厚度等。本发明结合含硼低合金高速钢的凝固过程,提出铸型采用导热性好的灰铸铁,为了提高铸型的蓄热能力,对其铸型厚度需进行严格控制,铸型厚度过薄,蓄热少,轧辊冷却慢,凝固组织中易出现珠光体,铸型厚度过厚,尽管蓄热能力强,有利于加快轧辊的冷却,但铸型过大,操作不便,特别是采用离心铸造生产时,还需消耗过多的动力,按式(1)确定铸型厚度,可确保含硼低合金高速钢轧辊凝固组织中不出现珠光体。
铸型表面需喷刷石墨粉涂料,主要是为了保护铸型,防止轧辊与铸型粘连,延长铸型寿命,石墨粉涂料廉价,且导热性能好。将涂料厚度控制在1.2~1.8mm,喷刷涂料时,铸型温度控制在140~200℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在90~130℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50~70℃,对获得铸态无珠光体的低合金高速钢轧辊是极其重要的。
由于轧辊的铸态基体组织是以马氏体、奥氏体为主,另外还含有少量贝氏体,铸态硬度高,超过60HRC,轧辊去掉浇冒口后,可以不经高温淬火而直接回火。直接回火时,轧辊入炉炉温应低于200℃,炉温过高,轧辊应力大,易开裂。铸态含硼低合金高速钢轧辊以15~25℃/小时的升温速度加热至520~580℃,保温时间(t1)按式(2)确定,然后空冷,可确保轧辊中残留的奥氏体分解,有利于进一步提高轧辊硬度,改善轧辊耐磨性。
残留奥氏体分解会引起体积膨胀,使轧辊内应力增大,因此,需将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1~2小时后,然后以28~40℃/小时的升温速度加热至480~510℃,保温时间(t2)按式(3)确定,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,可降低轧辊内应力,确保轧辊使用中不会开裂和剥落。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1)本发明省去了高温淬火工艺,轧辊热处理能耗低、周期短,辊面不会出现氧化和脱碳,辊芯强度与铸态相当、不会下降;
2)本发明工艺获得的轧辊具有很好的使用效果,使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的4~5倍,且轧辊使用安全,使用中无断辊现象出现。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详述:
实施例1:
本发明用于生产轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢,主要成分(质量分数,%)如下:0.38C,2.46B,5.11Cr,0.27V,1.28Mo,0.51Nb,0.27Co,0.81W,1.17Si,0.80Mn,余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注,金属铸型是灰铸铁,铸型壁厚90mm。
铸型表面喷刷石墨粉涂料,涂料厚度控制在1.2mm。喷刷涂料时,铸型温度控制在200℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在120℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上70℃。轧辊浇注完毕4小时后开箱空冷,然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温1小时后,然后以25℃/小时的升温速度加热至540℃,保温308min,然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1小时后,然后以40℃/小时的升温速度加热至500℃,保温394min,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,最后将轧辊外径精加工至辊表面光洁度精加工至0.50μm。
实施例2:
本发明用于生产轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢,主要成分(质量分数,%)如下:0.95C,1.04B,6.90Cr,0.85V,1.44Mo,0.31Nb,0.52Co,0.63W,0.88Si,1.30Mn,余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注,金属铸型是灰铸铁,铸型壁厚292.5mm。
铸型表面需要喷刷石墨粉涂料,涂料厚度控制在1.8mm。喷刷涂料时,铸型温度控制在140℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在90℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50℃。轧辊浇注完毕10小时后开箱空冷,然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温3小时后,然后以15℃/小时的升温速度加热至520℃,保温525min,然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温2小时后,然后以28℃/小时的升温速度加热至480℃,保温640min,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,最后将轧辊外径精加工至辊表面光洁度精加工至0.47μm。
实施例3:
本发明用于生产轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢,主要成分(质量分数,%)如下:0.66C,1.81B,5.68Cr,1.35V,1.10Mo,0.68Nb,0.34Co,0.60W,1.24Si,1.06Mn,余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注,金属铸型是灰铸铁,铸型壁厚180mm。
铸型表面喷刷石墨粉涂料,涂料厚度控制在1.5mm。喷刷涂料时,铸型温度控制在170℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在130℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上60℃。轧辊浇注完毕6小时后开箱空冷,然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温2小时后,然后以20℃/小时的升温速度加热至580℃,保温410min,然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1小时后,然后以35℃/小时的升温速度加热至510℃,保温500min,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,最后将轧辊外径精加工至辊表面光洁度精加工至0.48μm。
上述含硼低合金高速钢轧辊硬度达到61~63HRC,辊面硬度均匀性好,用于热轧带钢和棒材轧机上,使用安全,无断辊和剥落现象出现,使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的4~5倍,而生产成本仅比高镍铬铸铁轧辊提高20~25%。
Claims (4)
1、一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
轧辊首先采用金属型浇注,轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢,辊芯是球墨铸铁,金属铸型是灰铸铁,铸型表面需要喷刷石墨粉涂料,涂料厚度控制在1.2~1.8mm;喷刷涂料时,铸型温度控制在140~200℃,浇注含硼低合金高速钢轧辊时,铸型温度控制在90~130℃,轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50~70℃;轧辊浇注完毕4~10小时后开箱空冷,然后去掉浇冒□;
轧辊经粗加工后,置于温度低于200℃的加热炉中,保温1~3小时后,然后以15~25℃/小时的升温速度加热至520~580℃,进行第一次热处理保温,然后空冷;再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中,保温1~2小时后,然后以28~40℃/小时的升温速度加热至480~510℃,进行第二次热处理保温,然后炉冷至温度低于180℃后,空冷至室温,最后精加工至规定尺寸和精度。
2、根据权利要求1所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其特征在于所述的金属铸型的壁厚按下式确定
δ=a·D (1)
式中:δ-铸型壁厚,mm;D-轧辊辊身直径,mm;a-铸型系数,a=0.25~0.45,轧辊辊身直径大于600mm时,a=0.45,轧辊辊身直径小于400mm时,a=0.25,400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.25<a<0.45。
3、根据权利要求1或2所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其特征在于所述的第一次热处理保温时间按下式确定:
t1=200+k1·D (2)
式中:t1-第一次热处理保温时间,min;D-轧辊辊身直径,mm;k1-保温系数,min/mm,其中k1=0.3~0.5,当轧辊辊身直径大于600mm时,k1=0.5,;轧辊辊身直径小于400mm时,k1=0.3;400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.3<k1<0.5。
4、根据权利要求1或2所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法,其特征在于所述的第二次热处理保温时间按下式确定:
t2=250+k2·D (3)
式中:t2-第二次热处理保温时间,min;D-轧辊辊身直径,mm;k2-保温系数,min/mm,其中k2=0.4~0.6,当轧辊辊身直径大于600mm时,k2=0.6;轧辊辊身直径小于400mm时,k2=0.4;400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时,0.4<k2<0.6。
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