CN102766745A - 一种轧辊用高速钢的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轧辊用高速钢的热处理方法，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.2-3.6，W：1.2-1.6，Mo：5.0-7.0，V：2.0-3.0，Cr：8.0-10.0，Al：0.1-0.4，Ni：2.2-2.6，Co：6.5-7.5，Nb：0.2-0.4，Ti：0.2-0.4，Ce：0.4-0.6，Zr：0.05-0.20，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢浇注成坯并粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1260℃-1280℃，保温3h-5h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至620℃-650℃，保温5h-7h，炉冷，然后再加热至610℃-630℃，保温5h-7h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。

Description

一种轧辊用高速钢的热处理方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种高速钢的热处理方法。
背景技术
轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧辊消耗约为轧钢生产成本的5％～15％。如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。近年来，由于对轧制钢材的特殊需求，对轧材的尺寸、表面精度、轧材的性能均提出了更高的要求。另外，随着轧制技术的发展，轧辊的工作环境也越来越苛刻，以热连轧为例，轧辊长期处于高温、高负荷、高速度的恶劣条件下，对轧辊的性能要求更高。如何提高轧辊性能以适应轧机的需要，是轧辊研制者面临的新课题。
在普通高速钢中增加碳含量和钒含量，可以增加高硬度MC型碳化物的数量，改善高速钢的耐磨性。目前以高碳高钒高速钢代替高铬铸铁、无限冷硬铸铁和铸造半钢制造轧辊是主要的发展方向之一。中国发明专利CN1631565公开了一种高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用韧性较好的低合金钢或中碳钢材料制作，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为：C：1.8～3.5％、V：7～12％、Cr：4～5％、Mo：2～4％、Ni：0.5～1.5％，余量为铁。其生产工艺为：辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热顺序凝固结晶方法复合熔铸为一体。该发明轧辊的钒含量太高，易出现低硬度的M3C型碳化物，降低高速钢的耐磨性(宫坂善和，片岡義弘，汤田浩二.高炭素高速度钢の炭化物形成に及ぼすバナジウム添加の影响，铸造工学，1997，69(3)：201～206)。中国发明专利CN1807671公开了一种连续复合高速钢轧辊工艺配方，辊芯采用高韧性的合金锻钢材料，外层辊身采用的高速钢成分是(重量％)：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，余量为Fe。采用该配方可以开发W、V含量高、偏析轻、耐磨性好的复合高速钢轧辊，可以满足热连轧技术的需求。该材质高速钢轧辊只能采用连续复合工艺成形，装备复杂且生产效率低，采用离心铸造方法成形时，元素偏析严重，降低轧辊耐磨性。中国发明专利CN1803325公开了一种高速钢复合轧辊及其制备方法，其特征在于该复合轧辊的外层材料为高速钢，轧辊芯部材料为石墨钢，轧辊外层高速钢材料的化学成分(重量％)为：1.2～2.5C，0.3～1.5Si，0.4～1.0Mn，3.0～8.0Cr，2.0～7.0Mo，2.0～7.0V，1.0～5.0W，0.01～0.5RE，P<0.05，S<0.05，余量为Fe。轧辊芯部石墨钢材料的化学成分(重量％)为：1.2～2.0C，1.5～2.5Si，0.3～1.0Mn，0.5～1.5Ni，Cr<0.2，Mo<0.2，P<0.05，S<0.05，0.01～0.2RE，0.05～0.5Ca，余量为Fe，复合轧辊外层高速钢材料与芯部石墨钢材料为冶金结合。其制造方法是采用离心铸造工艺将两种金属材料浇铸成型后，再对复合轧辊进行粗加工和淬火热处理，采用该方法制造轧辊，具有轧辊芯部强度高，抗事故能力强和提高轧辊在线使用寿命以及生产成品率显著提高等特点。但该轧辊辊身组织粗大，部分碳化物呈连续网状分布，轧辊抗热疲劳性能差，轧辊使用中易出现龟裂和剥落，影响轧辊的正常使用。中国发明专利CN1339342公开了一种高速钢轧辊辊套的制造方法，其要点是先制造高速钢电极毛管，然后放在具有激冷结晶器的辊套电渣重熔设备中进行电渣重熔，制成毛坯，再进行热处理及机加工。其优点是：轧辊辊套晶粒细小，组织均匀，夹杂物少，没有缩孔、疏松、元素偏析等缺陷，可使耐磨性、强韧性等性能提高，延长使用寿命，可克服目前离心铸造法和CPC法等制造轧辊或辊套的不足之处，进一步提高耐磨性和强韧性，可用于制造钢管轧机、高速线材预精轧机、窄带精轧机及小型轧机等辊套及轧辊。该方法存在工艺复杂、能耗高和效率低等不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种轧辊用高速钢的热处理方法，该高速钢硬度、强度和韧性高，红硬性和耐磨性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种轧辊用高速钢的热处理方法，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.2-3.6，W：1.2-1.6，Mo：5.0-7.0，V：2.0-3.0，Cr：8.0-10.0，Al：0.1-0.4，Ni：2.2-2.6，Co：6.5-7.5，Nb：0.2-0.4，Ti：0.2-0.4，Ce：0.4-0.6，Zr：0.05-0.20，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢的制备工艺步骤为：①将普通废钢、生铁、钨铁、钼铁、钒铁、铬铁、铌铁、钛铁、镍板和金属钴按上述成分要求混合放入电炉中加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃-1630℃，加入占钢水重量0.3％-0.8％的Al脱氧和合金化，而后出炉；将变质剂、铈基稀土镁合金破碎至粒度小于15mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；③采用灰铁或球铁铸型，预热至230-240℃后在内表面涂刷耐火涂料，厚度为0.8-1.2mm，铸型烘干后安装于离心机上，预热至270-300℃等待浇注；调整钢水温度为1510-1550℃，启动离心机，使其转速为800rpm-1000rpm；将钢水浇注到铸型中，钢水浇注完毕20min-30min后，关闭离心机，从铸型中取出铸坯直接入炉退火处理，退火处理工艺为：铸坯随温度不低于200℃的热处理炉加热至700℃-750℃保温1h-2h，然后继续加热至1030℃-1050℃保温4h-8h，炉冷即可，然后将铸坯进行粗加工；
所述的热处理方法为，粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1260℃-1280℃，保温3h-5h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至620℃-650℃，保温5h-7h，炉冷，然后再加热至610℃-630℃，保温5h-7h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
①本发明首先优化了高速钢的成分设计，其中C是形成耐磨相碳化物的基本元素，C含量低导致碳化物数量少，因此提高碳含量至3.2-3.6%，高于3.6%将导致脆性增加。W在高速钢中主要以Fe4W2C形式存在，淬火加热时，一部分Fe4W2C溶入奥氏体，淬火后存在于马氏体中。W含量增加，可以提高高速钢红硬性及减少热过敏性，但W含量太高会增加碳化物的不均匀性，增大钢的脆性，因此将W含量控制在1.2-1.6％。Mo对高速钢的影响与W相近，它同样是促进二次硬化的主要元素。V在高速钢中除了净化钢液，减少夹杂物和气体含量外，主要形成高硬度的MC型碳化物，高温奥氏体化时MC溶解很困难，高速钢中增加V含量，可明显提高耐磨性，但含V含量过高，由于沿晶界易出现龟裂，因此V含量控制在2.0-3.0％。Cr在高速钢中部分存在于M6C型碳化物中，也能够形成M23C6型碳化物，还有40％左右存在于基体中。Cr含量过高，多余的Cr参与回火时沉淀析出的碳化物的形成，这种含Cr碳化物在较低温度时容易析出，降低了钢的热稳定性，因此将Cr含量控制在8.0-10.0％。Ni是一种非碳化物形成元素，它固溶于基体能够提高基体的强度和热疲劳抗力，对改善高速钢轧辊的抗龟裂和剥落能力是有利的。Co：Co能提高高速钢的红硬性，对提高高速钢轧辊高温耐磨性是非常有利的，但Co降低高速钢韧性，综合考虑将Co含量控制在6.5-7.5％。Nb：高速钢中含有较多的W、Mo、Cr、V等合金元素，而这些元素及其形成的碳化物的密度差别很大，在离心力作用下，易产生偏析，降低了轧辊的耐磨性。加入Nb可形成密度较大的MC型复合碳化物，降低碳化物和熔体密度差，减轻偏析，提高轧辊耐磨性。这样的设计使得从成分上保证了高速钢的性能。
②用本发明制造轧辊只需要电炉、离心铸造机、热处理炉等普通设备，生产工艺简单
③本发明优化了热处理工艺，使得热处理后，金相组织以高硬度的马氏体为主，还含有15％以上的高硬度共晶碳化物，轧辊硬度高，大于65HRC，耐磨性好。
本发明制造的轧辊，组织细小、均匀，强度和韧性高，抗热疲劳性能好，本发明轧辊使用中不会出现龟裂和剥落，也不会发生碎辊。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。这些实施例仅是本发明的较佳的实施例，但本发明并不限于这些实施例。
具体实施方式
实施例一
一种轧辊用高速钢的热处理方法，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.2，W：1.6，Mo：5.0，V：3.0，Cr：8.0，Al：0.4，Ni：2.2，Co：7.5，Nb：0.2，Ti：0.4，Ce：0.4，Zr：0.20，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢的制备工艺步骤为：①将普通废钢、生铁、钨铁、钼铁、钒铁、铬铁、铌铁、钛铁、镍板和金属钴按上述成分要求混合放入电炉中加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃-1630℃，加入占钢水重量0.3％的Al脱氧和合金化，而后出炉；将变质剂、铈基稀土镁合金破碎至粒度小于15mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；③采用灰铁或球铁铸型，预热至230℃后在内表面涂刷耐火涂料，厚度为1.2mm，铸型烘干后安装于离心机上，预热至270℃等待浇注；调整钢水温度为1550℃，启动离心机，使其转速为800rpm；将钢水浇注到铸型中，钢水浇注完毕30min后，关闭离心机，从铸型中取出铸坯直接入炉退火处理，退火处理工艺为：铸坯随温度不低于200℃的热处理炉加热至700℃保温2h，然后继续加热至1030℃保温8h，炉冷即可，然后将铸坯进行粗加工；
所述的热处理方法为，粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1260℃，保温5h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至620℃，保温7h，炉冷，然后再加热至610℃，保温7h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。
实施例二
一种轧辊用高速钢的热处理方法，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.6，W：1.2，Mo：7.0，V：2.0，Cr：10.0，Al：0.1，Ni：2.6，Co：6.5，Nb：0.4，Ti：0.2，Ce：0.6，Zr：0.05，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢的制备工艺步骤为：①将普通废钢、生铁、钨铁、钼铁、钒铁、铬铁、铌铁、钛铁、镍板和金属钴按上述成分要求混合放入电炉中加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃-1630℃，加入占钢水重量0.8％的Al脱氧和合金化，而后出炉；将变质剂、铈基稀土镁合金破碎至粒度小于15mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；③采用灰铁或球铁铸型，预热至240℃后在内表面涂刷耐火涂料，厚度为0.8mm，铸型烘干后安装于离心机上，预热至300℃等待浇注；调整钢水温度为1510℃，启动离心机，使其转速为1000rpm；将钢水浇注到铸型中，钢水浇注完毕20mi n后，关闭离心机，从铸型中取出铸坯直接入炉退火处理，退火处理工艺为：铸坯随温度不低于200℃的热处理炉加热至750℃保温1h，然后继续加热至1050℃保温4h，炉冷即可，然后将铸坯进行粗加工；
所述的热处理方法为，粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1280℃，保温3h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至650℃，保温5h，炉冷，然后再加热至630℃，保温5h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。
实施例三
一种轧辊用高速钢的热处理方法，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.4，W：1.4，Mo：6.0，V：2.5，Cr：9.00，Al：0.25，Ni：2.4，Co：7.0，Nb：0.3，Ti：0.3，Ce：0.5，Zr：0.12，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢的制备工艺步骤为：①将普通废钢、生铁、钨铁、钼铁、钒铁、铬铁、铌铁、钛铁、镍板和金属钴按上述成分要求混合放入电炉中加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃-1630℃，加入占钢水重量0.6％的Al脱氧和合金化，而后出炉；将变质剂、铈基稀土镁合金破碎至粒度小于15mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；③采用灰铁或球铁铸型，预热至235℃后在内表面涂刷耐火涂料，厚度为1.0mm，铸型烘干后安装于离心机上，预热至285℃等待浇注；调整钢水温度为1530℃，启动离心机，使其转速为900rpm；将钢水浇注到铸型中，钢水浇注完毕25min后，关闭离心机，从铸型中取出铸坯直接入炉退火处理，退火处理工艺为：铸坯随温度不低于200℃的热处理炉加热至725℃保温1.5h，然后继续加热至1040℃保温6h，炉冷即可，然后将铸坯进行粗加工；
所述的热处理方法为，粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1270℃，保温4h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至635℃，保温6h，炉冷，然后再加热至620℃，保温6h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种轧辊用高速钢的热处理方法，其特征在于，所述高速钢的化学组成以重量百分数计由下列组份组成：C：3.2-3.6，W：1.2-1.6，Mo：5.0-7.0，V：2.0-3.0，Cr：8.0-10.0，Al：0.1-0.4，N i：2.2-2.6，Co：6.5-7.5，Nb：0.2-0.4，T i：0.2-0.4，Ce：0.4-0.6，Zr：0.05-0.20，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余为Fe，该高速钢的制备工艺步骤为：①将普通废钢、生铁、钨铁、钼铁、钒铁、铬铁、铌铁、钛铁、镍板和金属钴按上述成分要求混合放入电炉中加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃-1630℃，加入占钢水重量0.3％-0.8％的Al脱氧和合金化，而后出炉；将变质剂、铈基稀土镁合金破碎至粒度小于15mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；③采用灰铁或球铁铸型，预热至230-240℃后在内表面涂刷耐火涂料，厚度为0.8-1.2mm，铸型烘干后安装于离心机上，预热至270-300℃等待浇注；调整钢水温度为1510-1550℃，启动离心机，使其转速为800rpm-1000rpm；将钢水浇注到铸型中，钢水浇注完毕20min-30min后，关闭离心机，从铸型中取出铸坯直接入炉退火处理，退火处理工艺为：铸坯随温度不低于200℃的热处理炉加热至700℃-750℃保温1h-2h，然后继续加热至1030℃-1050℃保温4h-8h，炉冷即可，然后将铸坯进行粗加工；
所述的热处理方法为，粗加工后进行淬火处理，淬火处理工艺是随炉加热至1260℃-1280℃，保温3h-5h，然后油淬，淬火后进行回火处理，回火处理工艺是随炉加热至620℃-650℃，保温5h-7h，炉冷，然后再加热至610℃-630℃，保温5h-7h，空冷，回火处理后进行精加工，得到尺寸精度和表面光洁度符合要求的轧辊。
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