CN106676408B - 一种高碳石墨钢轧辊及其制备方法 - Google Patents

一种高碳石墨钢轧辊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型高碳石墨钢轧辊的制备方法。本发明先通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温100‑150℃出钢，加入0.20‑0.40％BaCa球化处理，孕育时再加入0.40‑0.60％的CaSi合金；经5‑8分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌0.5‑1分钟后浇注；钢坯冷开箱后进行特殊热处理，轧辊再经检测获得合格成品。本发明与普通型钢轧辊相比，其特点是产品培植分布均匀，硬度高，韧性好的特殊细晶粒碳化物和经轧件在热摩擦挤压时易破碎具有润滑性能的球状石墨，从而达到提高轧件产量和表面质量，延长轧辊使用寿命。

Description

一种高碳石墨钢轧辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型高碳石墨钢轧辊及其制备方法。
背景技术
合金铸钢或半钢材质在大中型钢轧制经型钢轧机、连轧机等设备加工制作中，存在耐磨性差、在线磨损严重等缺点，半钢材质虽然比合金铸钢材质的耐磨性有所提升，但抗热裂性差，使用中容易龟裂，尤其对于带深孔的轧辊，轧制钢材过程中冷却水很难冷却到的深孔内部，致使轧辊的热裂纹倾向尤其严重。因此，需研发一种型钢轧辊来解决上述问题。
发明内容
本发明的针对上述弊端，首先，提供一种新型高碳石墨钢轧辊的技术方案。
一种新型高碳石墨钢轧辊的制备方法，其特征在于：该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.00-2.35％；Si：1.30-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.60-0.80％；Ni：2.50-3.50％；Mo：0.50-1.00％；P≤0.030％；S≤0.025％；V：0.20-0.50％；Nb：0.20-0.50％；Ba+Ca≥0.40％；Re≥0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型高碳石墨钢轧辊浇注时，浇注温度+液相温度+60-80℃，其浇注采用开放式浇注方式，使钢液产生旋转，将夹杂物汇聚在中心并随着钢液上升带到冒口部位。
所述新型高碳石墨钢轧辊辊面硬度为65-75HSD，辊面至孔型槽底硬度落差为≤2.5HSD。
所述新型高碳石墨钢轧辊基体金相组织为：球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
其次，提供一种新型高碳石墨钢轧辊的制备方法的技术方案。
一种新型高碳石墨钢轧辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、确定化学成分：该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.00-2.35％；Si：1.30-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.60-0.80％；Ni：2.50-3.50％；Mo：0.50-1.00％；P≤0.030％；S≤0.025％；V：0.20-0.50％；Nb：0.20-0.50％；Ba+Ca≥0.40％；Re≥0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质。
步骤二、浇注：通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温100-150℃出钢，同时加入0.20-0.40％BaCa球化处理，孕育时再加入0.40-0.60％的CaSi合金；经5-8分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌0.5-1分钟后浇注；
步骤三、热处理：钢坯冷开箱后进行特殊热处理，轧辊再经检测获得合格成品。
所述步骤二为浇注时在钢水包落钢口旁装配一套高温陶瓷丝网筛，内装有微细粒状BaCa球化剂和CaSi孕育剂，随着落钢口的启动产生的振动力源，筛内的球化剂和孕育剂在振动力源的作用下自动流入钢水中，边浇注边流入，起到边球化边孕育的作用。
所述步骤三为首先采用扩散退火工艺，使原始基体组织完全奥氏体化，消除铸造应力，然后再进行2次以上的正火+回火及水雾喷淬。
最后，提供一种轧辊的组件的技术方案。
一种轧辊的组件，包括两根基体金相组织为球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体的新型高碳石墨钢轧辊，其中一根作为主轴，另一根作为副轴，两者相互啮合；主轴包括位于中部的辊身和位于辊身两端的辊颈；副轴包括位于中部的辊身和位于辊身两端的辊颈。
所述轧辊的组件的主轴辊身包括环绕辊身的6个不规则凸起，6个不规则凸起各有一个不同的弧度，副轴辊身包括环绕辊身的5个与主轴环绕辊身的6个不规则凸起相啮合的凹槽。
所述轧辊的组件的主轴辊颈位于所述辊身两端，辊颈与辊身相连处有个35％弧度角；所述轧辊的组件的副轴辊颈位于所述辊身两端，辊颈与辊身相连处有个35％弧度角。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的特点：
(1)本发明产品浇注过程减轻了操作人员的劳动强度，同时提高了球化级别和球状石墨的圆整度及分布的均匀性，使球状石墨在经轧件热摩擦挤压时，易破碎且具有润滑性能，培植了分布均匀、硬度高、韧性好的特殊细晶粒碳化物，从而达到提高轧件产量和表面质量，延长轧辊使用寿命。
(2)本发明产品中含有较高的多种合金元素(如：V、Nb、Mo等)，通过合理控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相应比例，使基体组织中具有一定数量的石墨，且仍具有较高的硬度的细粒状的碳化物，进一步提高产品的硬度和耐磨性。
(3)本发明产品通过合理的孕育处理和特殊热处理，使产品组织有细小的球状石墨，球状石墨的均匀分布，阻止热疲劳裂纹的发生和扩展，提高产品的抗裂性，同时还提高了产品的工作效率，尤其对于轧制时冷却水很难深入到深孔部位的轧辊，解决热裂纹和磨损严重问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明新型高碳石墨钢轧辊的结构示意图。
附图中的标号为：
主轴1、主轴辊身1-1、主轴辊颈1-2、主轴轴承挡辊颈1-3、副轴2、副轴辊身2-1、副轴辊颈2-2、副轴轴承挡辊颈2-3。
具体实施方式
【实施例1】本实施例的新型高碳石墨钢轧辊的结构如图1所示；
该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.00％；Si：1.60％；Mn：1.00％；Cr：0.60％；Ni：3.50％；Mo：1.00％；P：0.030％；S：0.025％；V：0.35％；Nb：0.50％；Ba+Ca：0.40％；Re：0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型高碳石墨钢轧辊浇注时，浇注温度+液相温度+60-80℃，其浇注采用开放式浇注方式，使钢液产生旋转，将夹杂物汇聚在中心并随着钢液上升带到冒口部位。
所述新型高碳石墨钢轧辊辊面硬度为设计值为65-75HSD，实物产品实测为74.5HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2.5HSD，实物产品实测为1.7HSD。
所述新型高碳石墨钢轧辊基体金相组织为：球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
一种新型高碳石墨钢轧辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、确定化学成分：该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、P、S、V、Nb、Ba+Ca、Re；余量为Fe和不可避免的杂质。
步骤二、浇注：通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温100-℃出钢，同时加入0.35％BaCa球化处理，孕育时再加入0.40％的CaSi合金；经5分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌0.5分钟后浇注；
步骤三、热处理：钢坯冷开箱后进行特殊热处理，轧辊再经检测获得合格成品。
所述步骤二为浇注时在钢水包落钢口旁装配一套高温陶瓷丝网筛，内装有微细粒状BaCa球化剂和CaSi孕育剂，随着落钢口的启动产生的振动力源，筛内的球化剂和孕育剂在振动力源的作用下自动流入钢水中，边浇注边流入，起到边球化边孕育的作用。
所述步骤三为首先采用扩散退火工艺，使原始基体组织完全奥氏体化，消除铸造应力，然后再进行2次以上的正火+回火及水雾喷淬。
【实施例2】该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.15％；Si：1.36％；Mn：0.57％；Cr：0.68％；Ni：2.55％；Mo：0.59％；P：0.035％；S：≤0.005％；V：0.40％；Nb：0.40％；Ba+Ca：0.60％；Re：0.25％；余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型高碳石墨钢轧辊辊面硬度为设计值为65-75HSD，实物产品实测为71.6HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2.5HSD，实物产品实测为2.3HSD。
步骤二、浇注：通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温125℃出钢，同时加入0.30％BaCa球化处理，孕育时再加入0.50％的CaSi合金；经7分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌0.7分钟后浇注；
【实施例3】该新型高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.35％；Si：1.45％；Mn：0.65％；Cr：0.75％；Ni：2.98％；Mo：0.67％；P：0.025％；S：0.035％；V：0.30％；Nb：0.40％；Ba+Ca：0.50％；Re：0.35％；余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型高碳石墨钢轧辊辊面硬度为设计值为65-75HSD，实物产品实测为70.5HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2.5HSD，实物产品实测为1.8HSD。
步骤二、浇注：通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温150℃出钢，同时加入0.40％BaCa球化处理，孕育时再加入0.60％的CaSi合金；经8分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌1分钟后浇注；
采用本发明制备的新型高碳石墨钢轧辊其特点在于，在浇注过程减轻了操作人员的劳动强度，同时提高了球化级别和球状石墨的圆整度及分布的均匀性，使球状石墨在经轧件热摩擦挤压时，易破碎且具有润滑性能，培植了分布均匀、硬度高、韧性好的特殊细晶粒碳化物，从而达到提高轧件产量和表面质量，延长轧辊使用寿命；产品中含有较高的多种合金元素(如：V、Nb、Mo等)，通过合理控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相应比例，使基体组织中具有一定数量的石墨，且仍具有较高的硬度的细粒状的碳化物，进一步提高产品的硬度和耐磨性；通过合理的孕育处理和特殊热处理，使产品组织有细小的球状石墨，球状石墨的均匀分布，阻止热疲劳裂纹的发生和扩展，提高产品的抗裂性，同时还提高了产品的工作效率，尤其对于轧制时冷却水很难深入到深孔部位的轧辊，解决热裂纹和磨损严重问题。

Claims (5)

1.一种高碳石墨钢轧辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、确定化学成分：该高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.00-2.35％；Si：1.30-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.60-0.80％；Ni：2.50-3.50％；Mo：0.50-1.00％；P≤0.030％；S≤0.025％；V：0.20-0.50％；Nb：0.20-0.50％；Ba+Ca≥0.40％；Re≥0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤二、浇注：通过电弧炉进行熔炼，在出钢前用碳粉和硅铁粉进行增碳，保证钢液的化学成分符合要求；然后在液相温度的基础上，加温100-150℃出钢，同时加入0.20-0.40％BaCa球化处理，孕育时再加入0.40-0.60％的CaSi合金；经5-8分钟镇静，然后用电磁搅拌机搅拌0.5-1分钟后浇注；
步骤三、热处理：钢坯冷开箱后进行特殊热处理，轧辊再经检测获得合格成品；
所述步骤二为浇注时在钢水包落钢口旁装配一套高温陶瓷丝网筛，内装有微细粒状BaCa球化剂和CaSi孕育剂，随着落钢口的启动产生的振动力源，筛内的球化剂和孕育剂在振动力源的作用下自动流入钢水中，边浇注边流入，起到边球化边孕育的作用。
2.根据权利要求1所述的一种高碳石墨钢轧辊的制备方法，其特征在于：所述步骤三为首先采用扩散退火工艺，使原始基体组织完全奥氏体化，消除铸造应力，然后再进行2次以上的正火+回火及水雾喷淬。
3.一种轧辊的组件，其特征在于：包括两根高碳石墨钢轧辊，高碳石墨钢轧辊的浇注时化学成分为：C：2.00-2.35％；Si：1.30-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.60-0.80％；Ni：2.50-3.50％；Mo：0.50-1.00％；P≤0.030％；S≤0.025％；V：0.20-0.50％；Nb：0.20-0.50％；Ba+Ca≥0.40％；Re≥0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质；高碳石墨钢轧辊浇注时，浇注温度+液相温度+60-80℃，其浇注采用开放式浇注方式，使钢液产生旋转，将夹杂物汇聚在中心并随着钢液上升带到冒口部位所述高碳石墨钢轧辊辊面硬度为65-75HSD，辊面至孔型槽底硬度落差为≤2.5HSD所述高碳石墨钢轧辊基体金相组织为：球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体；其中一根作为主轴(1)，另一根作为副轴(2)，两者相互啮合；主轴包括位于中部的辊身(1-1)和位于辊身(1-1)两端的辊颈(1-2)；副轴包括位于中部的辊身(2-1)和位于辊身(2-1)两端的辊颈(2-2)。
4.根据权利要求3所述的一种轧辊的组件，其特征在于：所述轧辊的组件的主轴(1)辊身(1-1)包括环绕辊身(1-1)的6个不规则凸起，6个不规则凸起各有一个不同的弧度，副轴(2)辊身(2-1)包括环绕辊身(2-1)的5个与主轴(1)环绕辊身(1-1)的6个不规则凸起相啮合的凹槽。
5.根据权利要求4所述的一种轧辊的组件，其特征在于：所述轧辊的组件的主轴(1)辊颈(1-2)位于所述辊身(1-1)两端，辊颈(1-2)与辊身(1-1)相连处有个35％弧度角；所述轧辊的组件的副轴(2)辊颈(2-2)位于所述辊身(2-1)两端，辊颈(2-2)与辊身(2-1)相连处有个35％弧度角。
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