CN109825773B - 厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法 - Google Patents

Abstract

厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，属于辊环制造技术领域。采用电炉熔炼钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.63‑1.72％C,0.27‑0.35％Si,0.25‑0.34％Mn,<0.030％S,<0.025％P,12.52‑12.79％Cr,1.51‑1.69％Mo,6.71‑6.94％W,2.37‑2.49％V,5.32‑5.48％Co,1.03‑1.24％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质，然后分别加入多元合金添加剂颗粒和包芯线，并在卧式离心机上铸造成型，热处理后，辊环组织致密，无疏松，具有优异的耐磨性。

Description

厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法

技术领域

本发明公开了高速钢耐磨辊环及其制备方法，特别涉及厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，属于辊环制造技术领域。

背景技术

辊环是钢管轧机、大型棒材轧机和大型型钢轧机上轧制无缝钢管、大型棒材和H型钢时的重要消耗备件，长期以来，我国的厚壁辊环普遍采用半钢、球铁和中碳合金钢等材质制造，存在硬度低、淬透性差和辊环使用寿命短等不足。部分轧机使用硬质合金辊环，存在辊环脆性大，使用中易开裂，以及辊环制造成本高等不足。

为了进一步提高厚壁辊环性能，中国发明专利CN 109182720公开了一种大型球铁辊环的热处理方法，包括对正火和回火工艺的改进，辊环化学成分为：C：3.2-3.5％；Si：1.7-1.9％；Mn：0.7-0.8％；P：0-0.08％；S：0-0.015％；Cr：0.8-0.9％；Ni：1.5-2.0％；Mo：0.3-0.5％；其余为Fe；通过对正火和回火工艺的改进，以及配套辊环化学组份的调整，从而有效解决了热处理升温过程中大型辊环开裂的问题，为大型辊环的制造工艺提供了有效的热处理方法，降低生产风险和成本。中国发明专利CN 108823392还公开了一种宽直径H型钢辊环热处理工艺，对于宽直径H型辊环(Φ1600)的制造，取得了技术突破，提供了相关制造工艺参数，且制备的宽直径H型辊环的硬度、芯部碳化物和力学性能更佳；先进行球化处理，且球化处理之后即转冷工切环，由于毛坯的利用率本来就只有50-60％，通过冷工切环之后，去除了大量余料以及保护层，减少了工件的厚度，从而有利于接下来的高温扩散处理环节；高温扩散环节的时间，原来需要12小时才能完成；冷工切环后，不再有大量余料耗能，从而有效降低了高温扩散的能耗，传热效果更好，均温时间短，总共只需要5-8小时即可完成高温扩散的环节，时间缩短了大半，且扩散更加充分，基体组织的质量也更好。中国发明专利CN 108677083还公开了一种热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法。合金辊环，由外层和内层两层离心复合结构组成，所述辊环外层为高锰钼铸铁材质，内层为石墨钢材质。合金辊环的生产方法，采用离心复合铸造工艺，工艺方案还包括：离心冷型涂料的喷涂、金属液熔炼及变质处理、离心浇注、地坑保温、热处理。该发明工作层采用高锰钼铸铁材质，充分利用锰的高硬度、强度的强碳化物元素的特性及钼的高韧性、耐磨性，使其具有其高强度、高耐磨性、抗冷热疲劳性能，较普通珠光体和贝氏体辊环，其生产成本减少10～15％，而其使用寿命可提高2～3倍，可以替代传统珠光体和贝氏体辊环。中国发明专利CN 106011444还公开了一种H型钢辊环热处理工艺，步骤为：H型钢辊环成型后，热开箱，转热处理；球化处理；转冷工切环处理；高温扩散处理；正火处理；回火处理。该发明调整了热处理工序的前后顺序，即将高温扩散的步骤放到冷工切环的步骤之后，但是调整之后，通过冷工切环去除了大量余料以及保护层，减少了工件的厚度，然后只需要4-7小时即可完成高温扩散的环节，时间缩短了大半，且扩散更加充分，基体组织的质量也更好；高温扩散环节的时间缩短之后，玻璃渣经过高温后变成溶液流在热处理炉的台车面上的现象得到有效控制，设备故障减少，延长了设备寿命，降低了运行成本。

中国发明专利CN 108265217还公开了一种制备Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷热轧机复合材料辊环的方法，将Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；将粉体装入金属模具中模压成型，制成辊环形状；先将辊环形状的坯体放入固相烧结后进行机械加工，得到需要的辊环尺寸；将机械加工后的热轧辊环预制体进行高温烧结，得到Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷热轧辊环。该发明过程工艺易操作，制备的金属陶瓷成分简单，不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少，成本低廉。与石墨铸铁配合可以制备成复合轧辊，具有良好的耐磨性，使用寿命长，重量轻，适合工业应用。中国发明专利CN 107931333还公开了一种硬质合金辊环，包括辊环主体(1)、第一辊环环体(2)、第二辊环环体(3)、凹槽(4)、轴孔(5)，其特征在于：所述辊环主体(1)上连接有第一辊环环体(2)、第二辊环环体(3)，所述第一辊环环体(2)上开设有凹槽(4)，所述辊环主体(1)中心开设轴孔(5)，所述辊环主体(1)与第一辊环环体(2)、第二辊环环体(3)采用硬质合金材料一体制成。该发明辊环主体与第一辊环环体、第二辊环环体采用硬质合金材料一体制成，可有效增加辊环质量，增强辊环强度，且增加了辊环的使用寿命。中国发明专利CN 107900107还公开了一种不粘钢辊环，包括辊环主体(1)、第一辊环轴体(2)、第二辊环轴体(3)、凹槽(4)、轴孔(5)，其特征在于：所述辊环主体(1)左右两侧分别连接有第一辊环轴体(2)与第二辊环轴体(3)，所述辊环主体(1)上开设有凹槽(4)，所述辊环主体(1)中心开设轴孔(5)，所述辊环主体(1)与第一辊环轴体(2)、第二辊环轴体(3)采用旋压工艺加工方法一体制成。该发明的辊环主体与第一辊环轴体、第二辊环轴体采用旋压工艺加工方法一体制成，可有效增加辊环质量，从而使辊环具有不粘钢的优点。中国发明专利CN 106011605还公开了一种硬质合金辊环，包括辊环座和硬质合金环，所述辊环座由以下重量份的原料制成：铁粉60份～70份，硅粉15份～26份，碳粉20份～30份，铜粉6份～10份，铬粉11份～17份，镍粉9份～18份，钼粉3份～7份，除渣剂6份～15份，球化剂2份～6份；所述硬质合金环由以下重量份的原料制成：碳化钨粉50份～65份，钴粉30份～42份，镍粉17份～28份，碳化钛粉25份～38份，铬粉11份～20份。所述辊环座与硬质合金环通过焊接连接。与现有技术相比，该发明的辊环座和硬质合金环粘结强度高。中国发明专利CN 106345815还公开了一种硬质合金复合辊环、复合辊环组及复合辊环制作方法，硬质合金复合辊环包括：两个钢内套和硬质合金外套；钢内套包括底座部和凸起部，底座部和凸起部一体成型，底座部和凸起部分别呈中空圆柱状，底座部和凸起部同轴且内径相等，底座部的外径大于凸起部的外径；硬质合金外套呈中空圆柱状，硬质合金外套的内径大于凸起部的外径，硬质合金外套的轴向宽度小于两个钢内套中两个凸起部的轴向宽度之和，硬质合金外套的外径与底座部的外径相等；硬质合金外套与两个钢内套之间的缝隙中填充有结合层，钢内套的端面设置有与缝隙相连通的灌料孔；通过对钢内套以及硬质合金外套的设计，显著增强了钢内套与硬质合金外套之间的结合强度。

中国发明专利CN 107841683还公开了一种高速重轨头部用立辊环及其制备工艺，工艺包括以下步骤：步骤一、确定化学成分；C：2.55-2.95％；Si：0.50-1.0％；Mn：0.35-0.65％；Cr：3.5-3.85％；Ni：≥0.35％；Mo：1.6-1.95％；V：9.0-9.5％；Co：≥0.3％；P≤0.030％；S≤0.025％；Al：0≤0.03％；Re≥0.15％；余量为Fe和不可避免的杂质；步骤二、离心浇注：通过电弧炉进行熔炼，保证钢液的化学成分符合要求；在出钢前用铝块及玻璃渣进行脱氧及防氧化；步骤三、热处理：毛坯在450-550°进行热开箱，立即进入热处理炉进行退火处理，粗加工后再进行热处理，再经检测获得合格的高钒高速钢成品。该发明的立辊环为高钒高速钢，提高了轧辊的耐磨性、抗热裂纹性能。中国发明专利CN 107574362还公开了一种耐磨合金复合辊环及其制造方法、制造装置，该发明的耐磨合金，由以下质量百分比的元素组成：C：2.2-3.5％、V：5-15％、Cr：3-6％、Mo：1.5-3.5％、Ni：0.5-0.8％、Si：0.5-1.0％、Mn：0.5-1.0％、B：0.005-0.01％、稀土元素：0.1-0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明的耐磨合金，其铬、钼元素含量稍高，具有较好的耐热、耐氧化、承受热疲劳的作用。采用该发明的耐磨合金作为耐磨合金层得到的复合辊环，耐磨性好，性价比高，成本约为高铬铸铁的2倍左右，耐磨性是高铬铸铁的2-5倍。中国发明专利CN 106282747还公开了一种整体铸造的万能水平高铬铸铁辊环，由两种混合成分组成，其中一种包括质量百分比的成分C1.70～2.10；Si0.40～1.00；Mn0.70～1.20；Ni0.20～1.30；Cr10.00～20.00；Mo0.50～1.50；S≤0.03；P≤0.03，余量为Fe及不可避免的杂质；另一种混合成分包括质量百分比的成分C0.70～1.20，Si1.30～1.90，Mn0.50～0.80，Ni≤0.50，Cr≤0.50，Mo≤0.15，S≤0.03，P≤0.03，余量为Fe及不可避免的杂质。同时，该发明还公开了上述高铬铸铁辊环的制备方法。该发明生产的高铬铸铁辊环硬度高和耐磨性好，同时具有很长的使用寿命。中国发明专利CN 106676409还公开了一种高铬钢辊环及其制造方法，包括外层和芯部，外层与芯部的比例为1:2，外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：0.80～1.40％，Si：0.40～1.00％，Mn：0.60～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr：8.00％～14.0％，Mo：1.00～3.00％，Ni+V：0.50～1.50％，其余为Fe和不可避免的杂质；该发明以解决复合铸造辊环在使用过程中耐磨性不够、轧材表面质量差、外层与芯部界面结合差、结合强度低等技术问题，为热带轧机的大、小立辊的辊环生产提供一种经济可行的制造方法。中国发明专利CN 106636876还公开了一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法。该发明辊环采用离心三层复合铸造工艺，通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金，液相温度至+120-150℃出钢，加BaCa0.30-0.60％球化处理，球化后加0.50-0.60％CaSi孕育剂孕育，然后镇静3-8分钟浇注，经冷开箱特殊热处理，得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。该发明与普通辊环相比，产品通过加入特殊碳化物元素，经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育，培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨，从而提高辊环的综合性能，延长辊环的使用寿命。中国发明专利CN106884124还公开了一种离心浇注耐磨辊环及制备方法，工作层成分及重量百分含量为C1.50～2.30，Si0.20～1.00，Mn0.20～1.00,Ni0.20～1.20,Cr2.00～5.00，Mo0.20～1.00,P≤0.03％，S≤0.03％，V0.20～0.6％，余量为Fe及不可避免的杂质；芯部成分及重量百分含量为C1.00～1.80％，Si1.20～1.80％，Mn0.60～1.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：a)冶炼：分别熔炼内、外层铁水，出电炉前向外层铁水中加入复合材料并搅拌，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理；b)离心浇注：将外层铁水浇入至铸型内；外层铁水凝固后，将内层铁水浇注到铸型内，在离心状态下凝固得辊环毛坯；c)热处理；d)最终处理。通过该发明的制备方法得到的辊环耐磨性能提升了1.5倍左右。

但是，采用上述材料和工艺方法制备厚壁辊环，普遍存在辊环内部易产生疏松和辊环使用过程中易发生脆裂等不足。

发明内容

本发明目的是通过改变辊环成形方法，提高辊环致密度，防止辊环内部出现疏松缺陷，确保厚壁辊环使用过程中不发生脆裂，在此基础上，提高辊环硬度和耐磨性，确保厚度辊环使用安全且耐磨性能优良。

本发明可以通过以下工艺步骤来实现：

①先在中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.63-1.72％C,0.27-0.35％Si,0.25-0.34％Mn,<0.030％S,<0.025％P,12.52-12.79％Cr,1.51-1.69％Mo,6.71-6.94％W,2.37-2.49％V,5.32-5.48％Co,1.03-1.24％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1647-1661℃，保温5-6分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.8-0.9％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为25-28％Si,20-21％Ni,12-13％Ba,22-24％Al,17-18％Ca,<1.0％C；保温4-5分钟后，将钢水出炉到钢包，然后用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.04-6.39％Ce,2.11-2.29％La,33.20-33.57％Si,1.39-1.58％Mg,8.52-8.70％K,2.44-2.61％N,8.35-8.62％V,7.40-7.83％Zn,<0.02％S,<0.03％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.2-1.4％；

②钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1200-1250转/分钟；铸型材质是35CrMoV锻钢，壁厚120-150mm，铸型长度1.5-4.5m；铸型预热温度190-210℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.3-3.5mm；第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的45-50％，第一次钢水的浇注温度为1562-1583℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，并用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1247-1288℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的32-35％；第二次钢水的浇注温度为1537-1558℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％，第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷；第二次钢水浇注完成3.0-3.5分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的18-20％，第三次钢水的浇注温度为1506-1533℃；三次浇入钢水总的质量分数之和为100％；浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚120mm-280mm，然后将辊环毛坯随炉加热至980-995℃，保温6-8小时后，炉冷至720-750℃，保温3-4小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，对辊环进行粗加工；

③粗加工后的辊环随炉加热至1120-1135℃，保温90-120分钟，出炉风冷至450-540℃，随后重新入炉加热至530-545℃，保温12-15小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环。

本发明一种厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，采用中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，工艺简便，操作简单。并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.63-1.72％C,0.27-0.35％Si,0.25-0.34％Mn,<0.030％S,<0.025％P,12.52-12.79％Cr,1.51-1.69％Mo,6.71-6.94％W,2.37-2.49％V,5.32-5.48％Co,1.03-1.24％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质。其中加入1.63-1.72％C，是为了与1.51-1.69％Mo,1.03-1.24％Nb,6.71-6.94％W和2.37-2.49％V，生成高硬度的合金碳化物，有利于提高辊环耐磨性。另外还加入12.52-12.79％Cr，部分铬进入基体，有利于提高辊环的高温抗氧化性能，固溶于基体中的铬元素，在高温回火时，易析出细小且弥散分布的Cr₂₃C₆碳化物，使基体发生弥散强化，有利于提高辊环耐磨性。加入5.32-5.48％Co，钴是非碳化物形成元素，主要固溶于基体，提高基体高温硬度，从而提高高速钢的高温耐磨性，钴加入量过多，使辊环脆性增大，将其含量控制在5.32-5.48％。加入0.27-0.35％Si,0.25-0.34％Mn，仅用于脱氧。硫、磷使有害元素，损害高速钢辊环的强韧性，将S含量控制在<0.030％，P含量控制在<0.025％。

然后将钢水升温至1647-1661℃，保温5-6分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.8-0.9％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为25-28％Si,20-21％Ni,12-13％Ba,22-24％Al,17-18％Ca,<1.0％C。加入多元合金添加剂颗粒，主要是利用其中的25-28％Si、12-13％Ba、22-24％Al和17-18％Ca，用于脱氧并改善夹杂物的形态和分布，有利于提高高速钢辊环强韧性。利用其中的20-21％Ni用于强化高速钢基体，且20-21％的Ni存在于多元合金添加剂颗粒中，可以提高多元合金添加剂颗粒的密度，防止钢水进入钢包后，多元合金添加剂颗粒上浮至钢水表面，使多元合金添加剂颗粒失去作用。

多元合金添加剂颗粒加入钢水后，保温4-5分钟，然后将钢水出炉到钢包，并用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.04-6.39％Ce,2.11-2.29％La,33.20-33.57％Si,1.39-1.58％Mg,8.52-8.70％K,2.44-2.61％N,8.35-8.62％V,7.40-7.83％Zn,<0.02％S,<0.03％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.2-1.4％，加入包芯线的主要目的是改善高速钢中碳化物形态和分布，并明显细化晶粒，促进高速钢辊环强韧性的大幅度提高，防止辊环使用中开裂和剥落。钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内。铸型转速选择1200-1250转/分钟，有利于促进辊环的致密化。铸型材质是35CrMoV锻钢，有利于提高铸型强韧性，使其在随后浇注高速钢钢水后可以实现喷水冷却。铸型壁厚120-150mm，铸型长度1.5-4.5m；铸型预热温度190-210℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.3-3.5mm。

第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的45-50％，第一次钢水的浇注温度为1562-1583℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，可以加速钢水凝固，有利于厚壁辊环的致密化，还有细化晶粒和减轻元素偏析的有利作用。第一次钢水全部浇注完成后用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1247-1288℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的32-35％；第二次钢水的浇注温度为1537-1558℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％。随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，主要是为了加快第二次浇入钢水的凝固冷却，促进辊环致密化。第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷，防止辊环开裂；第二次钢水浇注完成3.0-3.5分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的18-20％，第三次钢水的浇注温度为1506-1533℃。三次浇入钢水总的质量分数之和为100％。

浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚120mm-280mm，然后将辊环毛坯随炉加热至980-995℃，保温6-8小时后，炉冷至720-750℃，保温3-4小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，主要是为了消除辊环内应力，并对辊环实现软化，使其硬度降至35HRC以下，有利于随后的辊环粗加工。粗加工后的辊环随炉加热至1120-1135℃，保温90-120分钟，出炉风冷至450-540℃，主要是利用高温奥氏体化，消除退火组织中低硬度的珠光体，实现淬火后获得高硬度的马氏体和贝氏体组织。辊环淬火后重新入炉加热至530-545℃，保温12-15小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，主要是为了稳定组织，消除内应力，确保辊环使用安全、稳定。最后将辊环精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明辊环壁厚大，达到120mm-280mm，辊环组织致密，辊环内部无缩孔和疏松等铸造缺陷；

2)本发明辊环具有优异的综合力学性能，其中硬度大于85HSD，抗弯强度大于2600MPa，冲击韧性大于20J/cm²；

3)本发明辊环具有优异的使用性能，在大型棒材轧机上，用于轧制低合金高强度钢棒，使用安全、可靠，使用寿命比高铬铸铁辊环提高3倍以上，达到硬质合金辊环的水平，制造成本比硬质合金辊环降低60％以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明辊环的低倍显微组织照片，100×。

图2是本发明辊环的高倍显微组织照片，500×。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

一种厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，采用电炉熔炼钢水，具体制备工艺步骤如下：

①先在1500公斤中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.63％C,0.35％Si,0.25％Mn,0.027％S,0.021％P,12.79％Cr,1.51％Mo,6.94％W,2.37％V,5.48％Co,1.03％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1661℃，保温5分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.9％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为27.2％Si,20％Ni,13％Ba,22％Al,17％Ca,0.80％C；保温5分钟后，将钢水出炉到钢包，然后用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.39％Ce,2.11％La,33.57％Si,1.39％Mg,8.70％K,2.44％N,8.62％V,7.83％Zn,0.014％S,0.020％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.2％；

②钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1200转/分钟；铸型材质是35CrMoV锻钢，壁厚120mm，铸型长度3m；铸型预热温度193℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.3mm；第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的50％，第一次钢水的浇注温度为1562℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，并用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1247℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的32％；第二次钢水的浇注温度为1558℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％，第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷；第二次钢水浇注完成3.0分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的18％，第三次钢水的浇注温度为1533℃；三次浇入钢水总的质量分数之和为100％；浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚120mm，然后将辊环毛坯随炉加热至980℃，保温8小时后，炉冷至750℃，保温3小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，对辊环进行粗加工；

③粗加工后的辊环随炉加热至1120℃，保温120分钟，出炉风冷至523-540℃，随后重新入炉加热至545℃，保温12小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环，其力学性能见表1。其显微组织见图1和图2。

实施例2：

一种厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，采用电炉熔炼钢水，具体制备工艺步骤如下：

①先在5000公斤中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.72％C,0.27％Si,0.33％Mn,0.024％S,0.020％P,12.52％Cr,1.69％Mo,6.71％W,2.49％V,5.32％Co,1.24％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1647℃，保温5分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.8％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为25％Si,21％Ni,12％Ba,23.43％Al,18％Ca,0.57％C；保温4分钟后，将钢水出炉到钢包，然后用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.04％Ce,2.29％La,33.20％Si,1.58％Mg,8.52％K,2.61％N,8.35％V,7.40％Zn,0.009％S,0.018％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.4％；

②钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1250转/分钟；铸型材质是35CrMoV锻钢，壁厚150mm，铸型长度3.5m；铸型预热温度210℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.5mm；第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的45％，第一次钢水的浇注温度为1583℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，并用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1288℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的35％；第二次钢水的浇注温度为1537℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％，第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷；第二次钢水浇注完成3.5分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的20％，第三次钢水的浇注温度为1506℃；三次浇入钢水总的质量分数之和为100％；浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚280mm，然后将辊环毛坯随炉加热至995℃，保温6小时后，炉冷至720℃，保温4小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，对辊环进行粗加工；

③粗加工后的辊环随炉加热至1135℃，保温90分钟，出炉风冷至450-470℃，随后重新入炉加热至530℃，保温15小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环，其力学性能见表1。

实施例3：

一种厚壁高速钢耐磨辊环及其制备方法，采用电炉熔炼钢水，具体制备工艺步骤如下：

①先在3000公斤中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.68％C,0.29％Si,0.31％Mn,0.025％S,0.024％P,12.70％Cr,1.57％Mo,6.79％W,2.44％V,5.38％Co,1.09％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1656℃，保温6分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.85％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为25.5％Si,20.38％Ni,12.04％Ba,23.95％Al,17.52％Ca,0.61％C；保温4.5分钟后，将钢水出炉到钢包，然后用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.25％Ce,2.18％La,33.41％Si,1.43％Mg,8.61％K,2.47％N,8.48％V,7.65％Zn,0.007％S,0.023％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.3％；

②钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1230转/分钟；铸型材质是35CrMoV锻钢，壁厚140mm，铸型长度1.8m；铸型预热温度195℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.4mm；第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的48％，第一次钢水的浇注温度为1575℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，并用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1263℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的33％；第二次钢水的浇注温度为1551℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％，第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷；第二次钢水浇注完成3.5分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的19％，第三次钢水的浇注温度为1519℃；三次浇入钢水总的质量分数之和为100％；浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚220mm，然后将辊环毛坯随炉加热至990℃，保温7小时后，炉冷至740℃，保温4小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，对辊环进行粗加工；

③粗加工后的辊环随炉加热至1130℃，保温100分钟，出炉风冷至485-500℃，随后重新入炉加热至540℃，保温14小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环，其力学性能见表1。

表1厚壁高速钢耐磨辊环力学性能

力学性能	硬度/HSD	抗弯强度/MPa	冲击韧性,J/cm<sup>2</sup>
				实施例1	86.6	2745	20.7
实施例2	87.3	2680	21.4
				实施例3	86.2	2720	20.9

本发明辊环壁厚大，达到120mm-280mm，辊环组织致密，辊环内部无缩孔和疏松等铸造缺陷。辊环具有优异的综合力学性能，其中硬度大于85HSD，抗弯强度大于2600MPa，冲击韧性大于20J/cm²，在大型棒材轧机上，用于轧制低合金高强度钢棒，使用安全、可靠，使用寿命比高铬铸铁辊环提高3倍以上，达到硬质合金辊环的水平，制造成本比硬质合金辊环降低60％以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种厚壁高速钢耐磨辊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①先在中频感应电炉内熔炼高速钢钢水，并将高速钢钢水的化学组成及其质量分数控制在1.63-1.72％C,0.27-0.35％Si,0.25-0.34％Mn,<0.030％S,<0.025％P,12.52-12.79％Cr,1.51-1.69％Mo,6.71-6.94％W,2.37-2.49％V,5.32-5.48％Co,1.03-1.24％Nb,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1647-1661℃，保温5-6分钟后，加入占炉内钢水质量分数0.8-0.9％的多元合金添加剂颗粒，多元合金添加剂颗粒的尺寸为8-10mm，多元合金添加剂颗粒的化学组成及其质量分数为25-28％Si,20-21％Ni,12-13％Ba,22-24％Al,17-18％Ca,<1.0％C；保温4-5分钟后，将钢水出炉到钢包，然后用喂丝机往钢包内喂入包芯线，包芯线的化学组成及其质量分数是6.04-6.39％Ce,2.11-2.29％La,33.20-33.57％Si,1.39-1.58％Mg,8.52-8.70％K,2.44-2.61％N,8.35-8.62％V,7.40-7.83％Zn,<0.02％S,<0.03％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质，包芯线直径

包芯线加入量占钢包内钢水质量分数的1.2-1.4％；

②钢水经扒渣、静置后，将钢水分三次浇入卧式离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1200-1250转/分钟；铸型预热温度190-210℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于160℃；涂料厚度3.3-3.5mm；第一次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的45-50％，第一次钢水的浇注温度为1562-1583℃；第一次钢水浇注完成后，立即喷水冷却铸型，并用非接触式测温仪测量辊环内表面温度，当温度为1247-1288℃时，立即浇入第二次钢水，第二次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的32-35％；第二次钢水的浇注温度为1537-1558℃，第二次钢水浇注过程中，随钢水流加入颗粒尺寸1.2-2.0mm的铸铁颗粒，铸铁颗粒加入量占第二次进入铸型内钢水质量分数的2.5％，第二次钢水浇注完成后，铸型停止水冷；第二次钢水浇注完成3.0-3.5分钟后，立即浇入第三次钢水，第三次钢水浇入量占欲进入铸型内钢水总质量分数的18-20％，第三次钢水的浇注温度为1506-1533℃；三次浇入钢水总的质量分数之和为100％；浇入铸型中的钢水全部凝固后，将辊环毛坯取出，辊环毛坯壁厚120mm-280mm，然后将辊环毛坯随炉加热至980-995℃，保温6-8小时后，炉冷至720-750℃，保温3-4小时，继续炉冷至温度低于500℃，出炉空冷至室温，对辊环进行粗加工；

③粗加工后的辊环随炉加热至1120-1135℃，保温90-120分钟，出炉风冷至450-540℃，随后重新入炉加热至530-545℃，保温12-15小时后，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得厚壁高速钢耐磨辊环。

2.按照权利要求1所述的一种厚壁高速钢耐磨辊环的制备方法，其特征在于，步骤②铸型材质是35CrMoV锻钢，壁厚120-150mm，铸型长度1.5-4.5m。

3.按照权利要求1所述的一种厚壁高速钢耐磨辊环的制备方法，其特征在于，涂料为锆英粉涂料。

4.按照权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的一种厚壁高速钢耐磨辊环。

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