CN106244908B

CN106244908B - 一种热连轧精轧轧辊及其制造方法

Info

Publication number: CN106244908B
Application number: CN201610729512.0A
Authority: CN
Inventors: 刘娣; 彭书平; 杜旭景
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-03-23
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: CN106244908A

Abstract

本发明公开了一种热连轧精轧轧辊及其制造方法，属于轧辊的制造技术领域，包括由球墨铸铁铸造的辊芯以及高合金钢铸造的辊身工作层，所述辊身的化学成分及各个成分质量的百分比为：C：2.2～2.4%，Si：0.30～1.00%，Mn：0.60～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：0.7～1.3%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。本发明具有良好的抗热裂性、抗疲劳性及耐磨性。

Description

一种热连轧精轧轧辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊及其制造方法，尤其是一种热连轧精轧轧辊及其制造方法。

背景技术

轧辊市场竞争日益激烈，在采购成本不变动的情况下提高轧辊性能成为钢厂采购轧辊的最为主要的因素，能否最大化的实现轧辊销售并能长久的占领市场，对轧辊制造商的生产成本控制能力提出了更高的、近乎苛刻的要求，降成本成为占领市场的主要手段；同时，随着钢铁行业的发展、轧钢水平的不断提高，高强度、高质量板材的需求大幅提高，而这些要求的实现需要与之相匹配的高性能轧辊的支撑，尤其对于某些影响国家战略实施的重要钢种的轧制对于高性能轧辊的需求更为突出。

微合金化是一种提高钢材性能的有效方法，微合金化通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用，添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。

热连轧精轧轧辊是一种在一定应力条件下长期工作的高温合金轧辊，其对于高温状态下的强度、抗腐蚀性、抗氧化性有非常高的要求，并且，其工作环境要求其具有良好的抗疲劳性、抗热裂性及耐磨性等综合性能。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种能够充分满足热连轧工作环境需求的，在高温状态下具有良好的力学性能及抗氧化性和抗腐蚀性的热连轧精轧轧辊及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种热连轧精轧轧辊，包括由球墨铸铁铸造的辊芯以及高合金钢铸造的辊身工作层，所述辊身的化学成分及各个成分质量的百分比为：C：2.2～2.4%，Si：0.30～1.00%，Mn：0.60～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：0.7～1.3%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述辊身工作层的化学成分及各个成分质量的百分比为：C：2.2～2.4%，Si：0.30～0.40%，Mn：1.20～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：1.10～1.30%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免杂质。

一种热连轧精轧轧辊的制造方法，包括以下步骤：

a）冶炼：辊身工作层以优质废钢配以适当的合金为原料，将各种材料进行精确配比后在感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1500℃～1600℃；出炉前用脱氧剂对钢水进行脱氧，反应温度为1500℃～1560℃；

辊芯材料为球墨铸铁，以生铁为原料在高炉中冶炼，冶炼温度为1460℃～1500℃，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂；

b）离心铸造：首先浇铸辊身工作层，钢水的浇铸温度为1350℃～1400℃，浇铸时离心机转速为700～900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，直到辊身工作层的外层温度冷却到1350℃～1400℃；

c）合箱浇铸辊芯：将浇铸好辊身工作层的砂箱与用于浇铸辊芯的砂箱进行合并；将处理好的铁水浇铸到合并后的砂箱内，浇铸温度为1450℃～1500℃；

d）打箱清砂：待浇铸好的轧辊在砂箱中缓冷120小时～150小时后，打开砂箱取出轧辊，清理轧辊表面附着的型砂；

e）预备热处理：将铸件进行去应力退火，退火温度400℃～600℃，保温时间120小时～200小时，保温结束后随炉冷却；

f）机加工：对轧辊进行机加工，得到预期的尺寸及精度；

g）表面淬火：采用差温淬火方法对轧辊表面进行热处理，淬火温度800℃～1100℃，淬火保温时间2小时～8小时，采用喷雾或者吹风冷却方式进行冷却；然后进行回火，回火温度450℃～550℃，回火时间共计150小时～280小时。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述辊身工作层的冶炼材料中包括CrN。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述脱氧剂为Al，所述脱氧剂占钢液的质量百分比为0.5%～1%，脱氧时反应温度为1500℃～1560℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述辊身工作层的冶炼材料中包括V，所述V在脱氧剂加入之后再加入冶炼炉内进行冶炼。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述孕育剂为硅铁，所述孕育剂占钢液质量的百分比为0.4%～0.8%，所述球化剂为稀土镁合金，所述球化剂占钢液质量的百分比为1%～1.3%。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明通过在轧辊的辊身工作层的冶炼材料中添加CrN化合物，以及V元素，实现了对于高温合金钢的微合金化处理，从而获得良好的强韧性。在辊身工作层中加入V可以使钢的晶粒得到有效细化，尤其是针对高温工作状态的合金，V元素可以有效提高其抗热裂性以及高温状态下的耐磨性。加入CrN化合物的好处在于：一方面为V元素提供N进行化合，另一方面为合金钢提供一定量的Cr元素，使Cr元素的含量达到指定量，而Cr元素可以提高轧辊的耐腐蚀性和耐热性。

进一步的，轧辊中的C、Mn、Cr、Mo、V等合金元素能够在此基础上发挥更好的协同作用，有效改善了轧机工作辊的机械性能，提高了轧辊的耐磨性以及毫米轧制量，并且具有良好的抗热裂性，能够提升轧机的工作效率。

本发明采用复合离心铸造的方式生产，在保证表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。本发明中轧辊的辊身工作层和辊芯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辊身工作层和辊芯复合到一起，既满足了轧辊表层高硬度、高耐磨性的需求，又保证了辊芯的韧性。

本发明中轧辊工作层浇铸时，离心机的转速控制在700～900转/分钟，可以使辊身工作层在浇铸过程中具有较高的致密度，当辊身工作层的钢水浇铸完成后，将离心机的转速调整到450～550转/分钟，可以使钢水收缩过程顺利进行，有效减少比重偏析。本发明中轧辊在砂箱中的缓冷时间为120小时～150小时，保证了铸件的均匀冷却，避免了开裂。本发明中轧辊的回火时间为150～280小时，为碳化物的析出提供了充足的时间，碳化物在辊身工作层起到弥散强化的作用，进一步提高了辊身工作层的硬度和耐磨性，提高了轧辊寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例一：

一种热连轧精轧轧辊，包括由球墨铸铁铸造的辊芯以及高合金钢铸造的辊身工作层，辊身的化学成分的设计配比为：C：2.2～2.4%，Si：0.30～0.40%，Mn：0.60～0.80%，Cr：13.00～15.00%，Ni：0.20～0.40%，Mo：0.50～0.60%，V：0.70～0.80%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免杂质；上述配比均按照质量进行配比。由于本实施例中的使用CrN作为Cr元素的主要来源，N元素会在钢液内和Si、Al、V等元素进行化合，过多的N会在钢液冷却的过程中析出，因此本实施例中N元素的最终含量应当根据检测结果而定，其大致范围应当控制在1000ppm至2000ppm以内，也就是占钢液的质量控制在0.1～0.2%以内。

在冶炼过程中，辊身工作层以优质废钢配以包括CrN在内的合金为原料，将除了含有V的材料进行精确配比后在感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1500℃～1600℃；出炉前用占钢水质量百分比为0.5%～1%的Al作为脱氧剂对钢水进行脱氧，反应温度为1500℃～1560℃；辊芯材料为球墨铸铁，以生铁为原料在高炉中冶炼，冶炼温度为1460℃～1500℃，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂；孕育剂为硅铁，占钢液质量的百分比为0.4%～0.8%，球化剂为稀土镁合金，占钢液质量的百分比为1%～1.3%。在冶炼阶段要注意， V要在钢水脱氧之后再加入刚水中。

铸造时，首先浇铸辊身工作层，钢水的浇铸温度为1350℃～1400℃，浇铸时离心机转速设定为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450转/分钟，直到辊身工作层的外层温度冷却到1350℃～1400℃。然后将浇铸好辊身工作层的砂箱与用于浇铸辊芯的砂箱进行合并，将处理好的铁水浇铸到合并后的砂箱内，浇铸温度为1450℃～1500℃；待浇铸好的轧辊在砂箱中缓冷120小时后，打开砂箱取出轧辊，清理轧辊表面附着的型砂。

在热处理阶段，将铸件进行去应力退火，退火温度400℃～600℃，保温时间120小时，保温结束后随炉冷却；然后对退火完成的轧辊进行机加工，得到预期的尺寸及精度；最后采用差温淬火方法对轧辊进行表面热处理，淬火温度800℃～1100℃，淬火保温时间2小时，采用喷雾或者吹风冷却方式进行冷却；然后进行回火，回火温度450℃～550℃，回火时间共计150小时。

炉前取样对钢水的化学成分进行质量分析，其结果为：C：2.3%，Si：0.33%，Mn：0.71%，Cr：13.30%，Ni：0.28%，Mo：0.53%，V：0.72%，N:0.12%，S：0.02%，P:0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经检测，轧辊辊身金相组织晶粒度明显细化，基体中V（C）N颗粒物分布明显，轧辊在高温工作状态下的耐磨性较常规生产高铬钢材质提高17%，实际使用在轧机上的磨损量降低16.8%。

实施例二：

实施例二和实施例一的不同之处在于：冶炼阶段辊身工作层各个元素的质量配比为：C：2.2～2.4%，Si：0.80～1.00%，Mn：1.30～1.50%，Cr：16.00～18.00%，Ni：0.80～1.00%，Mo：0.70～0.80%，V：1.1～1.3%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免的杂质。其余冶炼阶段的工艺设计均相同。

在铸造阶段的离心机转速以及缓冷时间也与实施例一有所不同，浇铸辊身工作层时离心机转速设定为900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550转/分钟，直到辊身工作层的外层温度冷却到1350℃～1400℃。然后将浇铸好辊身工作层的砂箱与用于浇铸辊芯的砂箱进行合并，将处理好的铁水浇铸到合并后的砂箱内，浇铸温度为1450℃～1500℃；待浇铸好的轧辊在砂箱中缓冷150小时后，打开砂箱取出轧辊，清理轧辊表面附着的型砂。

热处理阶段的保温时间也与实施例一有所不同。在热处理阶段，将铸件进行去应力退火，退火温度400℃～600℃，保温时间200小时，保温结束后随炉冷却；然后对退火完成的轧辊进行机加工，得到预期的尺寸及精度；最后采用差温淬火方法对轧辊进行表面热处理，淬火温度800℃～1100℃，淬火保温时间8小时，采用喷雾或者吹风冷却方式进行冷却；然后进行回火，回火温度450℃～550℃，回火时间共计280小时。

炉前取样对钢水的化学成分进行质量分析，其结果为：C：2.28%，Si：0.45%，Mn：0.99%，Cr：16.90%，Ni：0.50%，Mo：0.78%，V：1.05%，N:0.13%，S:0.04%，P:0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经检测，轧辊辊身金相组织晶粒度明显细化，基体中V（C）N颗粒物分布相对实施例一更加明显，轧辊在高温工作状态下的耐磨性较常规生产高铬钢材质提高19.5%，实际使用在轧机上的磨损量降低19.49%。

Claims

1.一种热连轧精轧轧辊，包括由球墨铸铁铸造的辊芯以及高合金钢铸造的辊身工作层，其特征在于：所述辊身工作层的化学成分及各个成分质量的百分比为：C：2.2～2.4%，Si：0.30～0.40%，Mn：1.20～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：1.10～1.30%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为Fe和不可避免杂质；

热连轧精轧轧辊的制造方法包括以下步骤：

f）机加工：对轧辊进行机加工，得到预期的尺寸及精度；

g）表面淬火：采用差温淬火方法对轧辊表面进行热处理，淬火温度800℃～1100℃，淬火保温时间2小时～8小时，采用喷雾或者吹风冷却方式进行冷却；然后进行回火，回火温度450℃～550℃，回火时间共计150小时～280小时；

所述辊身工作层的冶炼材料中包括CrN；

所述辊身工作层的冶炼材料中包括V，所述V在脱氧剂加入之后再加入冶炼炉内进行冶炼。

2.根据权利要求1所述的一种热连轧精轧轧辊，其特征在于：所述脱氧剂为Al，所述脱氧剂占钢液的质量百分比为0.5%～1%，脱氧时反应温度为1500℃～1560℃。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种热连轧精轧轧辊，其特征在于：所述孕育剂为硅铁，所述孕育剂占钢液质量的百分比为0.4%～0.8%，所述球化剂为稀土镁合金，所述球化剂占钢液质量的百分比为1%～1.3%。