CN102618779B

CN102618779B - 铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊

Info

Publication number: CN102618779B
Application number: CN201210044716.2A
Authority: CN
Inventors: 乔增国; 顾加峰; 匡阿根; 全小兵
Original assignee: Changzhou Baoling Heavy and Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Changzhou Baoling Heavy and Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102618779A

Abstract

铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，按照重量百分含量计，工作层由2.9～3.6％的C，1.0～2.0％的Si，0.5～1.0％的Mn，≤0.1％的P，≤0.03％的S，2.5～3.5％的Ni，0.5～1.0％的Cr，0.5～1.2％的Mo，0.03～0.15％的Ti，0.005～0.06％的RE，≤0.4％的Cu，0.05～0.1％的Nb+V，0.04～0.1％的Mg，其他不可避免的杂质，余量为Fe组成；按照重量百分含量计，内层由3.0～3.6％的C，1.6～2.8％的Si，0.3～0.9％的Mn，≤0.1％的P，≤0.03％的S，≤3.0％的Ni，≤0.3％的Cr，≤0.8％的Mo，微量的Re，余量为Fe组成。

Description

铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊

技术领域

本发明涉及一种用于钢管轧机中的定径机架、减径机架中的轧辊，特别的是涉及一种高硬度、硬度梯度小，厚大断面、无反白口的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊。

背景技术

随着现代无缝钢管工业的飞速发展和轧机轧制速度的不断提高，如何进一步提高轧机的利用率和生产效率，减少轧机停机次数，已成为重要课题，采用具有更高轧制寿命的材质作为轧辊材料，是达到这一目的的方法之一。轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键部件，通常要求轧辊工作层具有良好的耐磨性和红硬性，内层部应具有较高的强度和良好的韧性。为达到此目的，工业上普遍采用离心复合技术生产复合型轧辊。工作层材料为合金贝氏体球墨铸铁轧辊、高速钢轧辊、碳化钨轧辊等，其中合金贝氏体球墨铸铁轧辊具有较高的性价比，为钢管公司的首选材料。现有技术中生产的硬度高，硬度梯度小，且耐磨性能好的合金铸态贝氏体球铁轧辊，反白口铸造缺陷现象严重，成品率低，满足不了轧钢对轧制材料的进一步要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面硬度在70～80HSD范围内，硬度梯度小于1HSD/20mm，耐磨性能好，成品率高，且无反白口铸造缺陷的厚大断面铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，该铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊工作层宏观断口为麻口组织。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：2.9～3.6%

Si：1.0～2.0%

Mn：0.5～1.0%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：2.5～3.5%

Cr：0.5～1.0%

Mo：0.5～1.2%

Ti：0.03～0.15%

RE：0.005～0.06%

Cu：≤0.4%

Nb+V：0.05～0.1%

Mg：0.04～0.1%

其他不可避免的杂质

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.0～3.6%

Si：1.6～2.8%

Mn：0.3～0.9%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：≤3.0%

Cr：≤0.3%

Mo：≤0.8%

Mg：0.04～0.082%

RE：微量

Fe：余量。

所述的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层优选由如下组分组成：

C：3.2～3.6%

Si：1.0～1.5%

Mn：0.5～0.8%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：2.8～3.2%

Cr：0.5～0.8%

Mo：0.6～1.0%

Ti：0.03～0.05%

RE：0.015～0.05%

Cu：≤0.4%

Nb+V：0.05～0.1%

Mg：0.04～0.1%

其他杂质≤0.05%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层优选由如下组分组成：

C：3.0～3.6%

Si：1.6～2.8%

Mn：0.3～0.9%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：≤3.0%

Cr：≤0.3%

Mo：≤0.4%

Mg：0.04～0.082%

RE：微量

Fe：余量。

按照重量百分含量计，所述的工作层更优选由如下组分组成：

C：3.55%

Si：1.42%

Mn：0.76%

P：0.031%

S：0.006%

Ni：2.78%

Cr：0.74%

Mo：0.77%

Ti：0.046%

RE：0.009%

Cu：0.09%

Nb+V：0.07%

Mg：0.091%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层更优选由如下组分组成：

C：3.35%

Si：2.35%

Mn：0.37%

P：0.027%

S：0.007%

Ni：2.15%

Cr：0.11%

Mo：0.27%

Mg：0.068%

RE：0.015

Fe：余量。

针对本发明的目的，上述所提供的技术方案，主要从以下几方面考虑：

碳：碳是石墨化形成元素，含碳量高，则析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加，同时可以减少游离渗碳体并提高铁液的流动性；但含碳量过高，容易形成石墨漂浮，使铸件综合性能降低；故本技术方案中的碳含量控制在上述范围内。

硅：硅是促进石墨化元素，能减少共晶渗碳体产生，使轧辊辊面硬度下降。硅对贝氏体转变也有重要影响，硅减少碳在奥氏体中的溶解度，并提高共析转变温度，从而降低奥氏体的稳定性，缩短贝氏体转变的孕育期。但部分硅以孕育剂的形式加入，可以增加石墨核心，细化共晶团，有利于提高轧辊强韧性。同时硅量在达到上述要求的情况下要尽量地减小用量，避免硬度落差过大；故本技术方案中的硅含量控制在上述范围内。

锰：在合金球铁中，由于硫和氧已经在镁或铈处理时被去除，或者结合成稳定的化合物，锰的主要作用就是形成碳化物和珠光体，提高强度和硬度；在厚大铸件中锰是偏析倾向特别显著的元素，锰量过多，易在共晶团边界形成碳化物，降低铸件的力学性能；故本技术方案中的锰含量控制在上述范围内。

镍：镍能使C曲线和CCT曲线右移，抑制珠光体的转变，延缓过冷奥氏体转变时间，减少贝氏体转变对时间敏感性，同时镍能抑制转变对碳化物是析出有利于形成奥贝组织，能细化晶粒，促使组织细化、均匀化，在增加轧辊耐磨性的同时，提高强韧性，由于镍价格较高；故本技术方案中的镍含量控制在上述范围内。

铬：铬是强烈的碳化物形成元素之一。碳化物的数量随着铬含量的增加而增加，同时轧辊的硬度上升，硬层深度加深，辊身的耐磨性也相应提高；但过高的含铬量易形成组织偏析，增加脆性降低组织的强韧性；故本技术方案中的铬含量控制在上述范围内。

钼：钼对合金球铁轧辊的基体组织有很重要的影响。钼可以提高过冷奥氏体的稳定性，使CCT曲线中珠光体区显著右移，并能提高轧辊的高温强度和耐热性能；故本技术方案中的钼含量控制在上述范围内。

铌+钒：铌、钒的优良作用来源于两个方面：一是铌、钒可使金属晶粒细化、组织均匀；二是铌、钒可形成精细稳定的硬相质点，这些质点均匀分布于合金的基体中，起弥散强化抵抗变形的作用。铌、钒在铸铁结晶初期形成的NbC、VC,可作为石墨球的结晶核心,铌、钒在球铁中有孕育作用,使石墨球细小圆整、分布均匀、减少自由渗碳体。加入铌、钒后的合金球铁，组织致密，硬度落差小,从而达到耐磨的目的，同时提高了高温使用性能。另外，铌、钒为强稳定珠光体元素，不宜偏高；故本技术方案中的铌、钒含量控制在上述范围内。

硫、磷：硫、磷均为有害元素，对球化、轧辊质量都有一定的影响，应限制其含量；故本技术方案中的硫、磷含量控制在上述范围内。

镁：镁是球化元素，其残留量过高易形成二次氧化夹杂等铸造缺陷，过低不能保证球化效果；故本技术方案中的镁含量控制在上述范围内。

钛：反应能力强的Ti在微量时，有脱氧去气，消除O、H、N的反石墨化作用，形成TiN-TiC的钛碳氮化物，可细化石墨、强化基体并提高耐磨性；未作为初生碳化物形核质点的弥散分布的先析出的TiC颗粒阻碍初生碳化物的自由生长从而细化初生碳化物，避免白口区的出现。钛元素为控制高硬度低硬度降铸态贝氏体球铁出现反白口区的关键元素，为避免干扰球化效果，常与稀***同使用，经过试验，我们确定控制区间为0.03～0.15%，轧辊表面具有较高的硬度，同时工作层具有较好的硬度降并且不影响轧辊的加工性能；故本技术方案中的钛含量控制在上述范围内。

铜：铜对球墨无不良影响，主要为加铜的话，里面有杂质元素干扰球化，但铜元素有影响韧性的不良后果，配料时不加入铜，铜为残留元素；故本技术方案中的铜含量控制在上述范围内。

稀土元素：稀土元素可以消除微量干扰元素的有害作用，细化石墨，提高球墨铸铁抗衰退性能；故本技术方案中的稀土含量控制在上述范围内。

本发明的有益效果在于：

1、采用本发明提供的技术方案，铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊不但保证了表面的高硬度，还保证了硬度梯度小于1HSD/20mm，耐磨性能好，成品率达到100%。

2、采用本发明提供的技术方案，消除了现有技术中生产高硬度厚大断面贝氏体球铁存在的大面积反白口铸造缺陷现象，成品率达到100%。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。

实施例1

钢号A₁：铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：3.55%

Si：1.42%

Mn：0.76%

P：0.031%

S：0.006%

Ni：2.78%

Cr：0.74%

Mo：0.77%

Ti：0.046%

RE：0.009%

Cu：0.09%

Nb+V：0.07%

Mg：0.091%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.35%

Si：2.35%

Mn：0.37%

P：0.027%

S：0.007%

Ni：2.15%

Cr：0.11%

Mo：0.27%

Mg：0.068%

RE：0.015

Fe：余量。

钢号A₂：与钢号A₁同批次，未采用本发明提供的技术方案的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊；

上述钢号A₁与钢号A₂进行反白口现象进行对比：

钢号A₁：表面硬度及硬度落差小于1HSD/20mm，符合要求，同时没有肉眼可见的大面积的反白口环状区域，轧制寿命提高10%以上。

照片1为钢号A₁的成品照：

照片1

照片2为钢号A₂的成品照：

照片2

由照片1、照片2对比可以看出，照片1中采用本技术方案的钢号A₁未见反白口铸造缺陷现象，照片2中A₂反白口铸造缺陷现象明显。

实施例2

钢号B₁：铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：3.42%

Si：1.4%

Mn：0.74%

P：0.033%

S：0.006%

Ni：2.8%

Cr：0.74%

Mo：0.79%

Ti：0.042%

RE：0.0139%

Cu：0.12%

Nb+V：0.06%

Mg：0.07%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.1%

Si：2.65%

Mn：0.35%

P：0.027%

S：0.007%

Ni：1.86%

Cr：0.19%

Mo：0.18%

Mg：0.082%

RE：0.015%

Fe：余量。

钢号B₂：与钢号B₁同批次，未采用本发明提供的技术方案的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊；

上述钢号B₁与钢号B₂进行硬度及硬度梯度进行对比：

实施例3

某客户要求生产一种规格为φ711.2/φ279.45×431.8的定径铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，客户要求该轧辊其表面硬度为在70～76HSD范围内，工作层厚度要求≥140mm，且在140mm处硬度≥62HSD，硬度梯度小于1HSD/20mm，工作层组织为贝氏体。

采用本技术方案的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：3.52%

Si：1.36%

Mn：0.72%

P：0.042%

S：0.007%

Ni：2.69%

Cr：0.69%

Mo：0.77%

Ti：0.04%

RE：0.016%

Cu：0.2%

Nb+V：0.08%

Mg：0.087%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.24%

Si：2.59%

Mn：0.32%

P：0.031%

S：0.005%

Ni：1.43%

Cr：0.16%

Mo：0.14%

Mg：0.061%

RE：0.012%

Fe：余量。

采用上述技术方案的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，符合客户的要求。

实施例4

钢号C₁：采用如下技术方案，一批三炉铸造轧辊30只；

钢号C₂：以常规材料铸造轧辊30只；

上述钢号C₁与钢号C₂进行硬度合格率、反白口合格率及废损率进行对比：

钢号C₁：硬度合格率为100%；无反白口报废，反白口合格率100%，反白口废损率0。

钢号C₂：其中反白口严重致报废的有16只，反白口废损率达到53.33%。

硬度完全符合要求的为15只（包括反白口报废的），硬度合格率为50%。

Claims

1.铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，其特征在于：包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：2.9～3.6%

Si：1.0～2.0%

Mn：0.5～1.0%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：2.5～3.5%

Cr：0.5～1.0%

Mo：0.5～1.2%

Ti：0.03～0.15%

RE：0.005～0.06%

Cu：≤0.4%

Nb+V：0.05～0.1%

Mg：0.04～0.1%

其他不可避免的杂质

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.0～3.6%

Si：1.6～2.8%

Mn：0.3～0.9%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：≤3.0%

Cr：≤0.3%

Mo：≤0.8%

Mg：≥0.04～0.082%

RE：微量

Fe：余量。

2.根据权利要求1所述的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，其特征在于：包括工作层和内层两部分组成；

按照重量百分含量计，所述的工作层由如下组分组成：

C：3.2～3.6%

Si：1.0～1.5%

Mn：0.5～0.8%

P：≤0.1%

S：≤0.03%

Ni：2.8～3.2%

Cr：0.5～0.8%

Mo：0.6～1.0%

Ti：0.03～0.05%

RE：0.015～0.05%

Cu：≤0.4%

Nb+V：0.05～0.1%

Mg：0.04～0.1%

其他不可避免的杂质

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层由如下组分组成：

C：3.0～3.6%

Si：1.6～2.8%

Mn：0.3～0.9%

P：≤0.10%

S：≤0.03%

Ni：≤3.0%

Cr：≤0.3%

Mo：≤0.4%

Mg：≥0.04～0.082%

RE：微量

Fe：余量。

3.根据权利要求1所述的铸态贝氏体球墨铸铁复合轧辊，其特征在于：包括工作层和内层两部分组成；

C：3.55%

Si：1.42%

Mn：0.76%

P：0.031%

S：0.006%

Ni：2.78%

Cr：0.74%

Mo：0.77%

Ti：0.046%

RE：0.009%

Cu：0.09%

Nb+V：0.07%

Mg：0.091%

Fe：余量；

按照重量百分含量计，所述的内层更优选由如下组分组成：

C：3.35%

Si：2.35%

Mn：0.37%

P：0.027%

S：0.007%

Ni：2.15%

Cr：0.11%

Mo：0.27%

Mg：0.068%

RE：0.015

Fe：余量。