CN113667889A

CN113667889A - 一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊及其生产方法

Info

Publication number: CN113667889A
Application number: CN202110806953.7A
Authority: CN
Inventors: 王超; 王伟; 程克林; 陈国涛; 赵子刚; 赵克欣; 姜海洋; 李建超
Original assignee: Chengde Chengde Vanadium Titanium Cold Rolled Sheet Co ltd; HBIS Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Chengde Chengde Vanadium Titanium Cold Rolled Sheet Co ltd; HBIS Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-11-19

Abstract

本发明公开一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊及其生产方法，所述沉没辊基体的成分重量百分比为：0.15％≤C≤0.20％、0.3％≤Si≤0.5％、0.3％≤Mn≤0.5％、10.0％≤Cr≤12.0％、6.5％≤Ni≤8.0％、4.0％≤W≤5.0％、1.0％≤Ti≤2.0％、P＜0.025％、S＜0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过严格控制各化学组分的含量以及制备过程的工艺参数，成功制备了高强度、高硬度和耐腐蚀性俱佳的沉没辊，且材料中合金元素种类和含量低，显著降低了沉没辊的生产成本，具有较高的推广应用价值。

Description

一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊及其生产方法。

背景技术

目前世界上防腐蚀钢铁制品大多都要进行热镀锌或热镀铝。热镀锌或热镀铝已经成为钢铁防腐蚀方面应用最基本、最广泛的方法，被广泛应用于生产钢板、钢带、钢丝、钢管、钢网及五金零件。沉没辊是热镀锌生产线上的重要设备之一，其中，热基板镀锌生产线的带钢厚度较大，带钢张力是普通冷轧热镀锌生产线的2-3倍。因此，对于热基板镀锌生产线使用的沉没辊需要具有较高的强度、硬度以及耐腐蚀性能，以防止在使用过程中带钢出现变形、严重磨损、腐蚀等问题。

但是，传统的冷轧热镀锌生产线用沉没辊通常选择耐锌液腐蚀性能优异的316L钢作为辊体材料，这种材料存在强度低、耐磨性不足等问题，无法满足热基板镀锌生产线张力大的工况需求。为了进一步增加沉没辊的强度及耐腐蚀性，有些企业选择增加Nb、V等贵重合金元素，生产成本较高。因此，研发一种低成本的具有高强度、高硬度和耐腐蚀性的热基板镀锌沉没辊具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有的热基板镀锌沉没辊的强度、硬度和耐腐蚀性还有待进一步提高的问题，本发明提供一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其基体的成分重量百分比为：0.15％≤C≤0.20％、0.3％≤Si≤0.5％、0.3％≤Mn≤0.5％、10.0％≤Cr≤12.0％、6.5％≤Ni≤8.0％、4.0％≤W≤5.0％、1.0％≤Ti≤2.0％、P＜0.025％、S＜0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明提供的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，通过添加Cr元素与C形成碳化铬强化相，强化硬化沉没辊，提高其耐磨性，同时还能提高沉没辊的室温和高温力学性能以及耐腐蚀性；加入Ni元素，提高沉没辊的强度和硬度；加入Ti、W，与C形成碳化物，一方面防止由于碳化铬的析出而导致晶间腐蚀问题的出现，另一方面，Ti可以弥散析出Fe₂T金属间化合物，从而显著提高沉没辊的高温强度。本发明中合金元素种类少、且含量低，显著降低了沉没辊的生产成本，且上述各成分以特定比例相互配合，制备的沉没辊的抗拉强度≥720MPa，屈服强度≥550MPa，硬度高于HB300，经过腐蚀试验，抗腐蚀能力明显高于316L钢。

优选的，所述沉没辊基体的金相组织为马氏体。

本发明还提供了上述高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，包括如下步骤：

将各原料进行熔炼，得熔炼液；然后将所述熔炼液进行脱氧，当钢水达到出钢温度后，出钢；

通过离心浇铸法将钢水在惰性气氛保护下，浇铸成型得到铸锭；

将所述铸锭进行退火、冷却，焊接，得所述沉没辊。

本发明提供的沉没辊的制备方法，工艺简单，可操作性强，便于实现工业化生产。

优选的，上述高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法具体包括如下步骤：

步骤a，将铬铁在中频炉中熔化，然后依次加入镍铁合金、碳粉和碳钢进行熔炼，熔炼结束后进行初次造渣，然后升温至1600℃-1650℃，加入钨铁合金和钛粉继续熔炼，得熔炼液；

步骤b，将所述熔炼液再次进行造渣，造渣结束后加入硅钙合金进行脱氧，然后升温至1630℃-1680℃，得浇铸液；

步骤c，在惰性气氛下，通过离心浇铸法，将所述浇铸液浇铸于铸模中，脱模，得铸锭；

步骤d，将所述铸锭进行退火，冷却，焊接，得所述沉没辊。

优选的，步骤a中，熔炼温度为1480-1500℃。

优选的，步骤b中，所述硅钙合金的加入量为熔炼液质量的0.3％-0.5％。

优选的硅钙合金的加入量有利于将熔炼液进行充分脱氧，改善夹杂物的形态和分布，从而有利于提高沉没辊的力学性能。

可选的，步骤a和步骤b中造渣采用本领域常规的方法进行造渣，如向钢液中加入石灰石、白云石进行造渣，造渣物料的加入量可由本领域技术人员进行常规选择。

优选的，步骤c中，离心浇铸的转速为1000r/min-1200r/min。

优选的离心转速，有利于降低金属碳化物的偏析问题，还有利于降低气孔、缩孔、夹杂等缺陷，提高金属的充型能力。

可选的，浇铸之前将铸模预热至200℃-250℃。

在铸模温度为200℃-250℃进行浇铸，既能保证有足够的激冷作用，获得均匀细小的组织，又有利于避免浇铸液冷却过快，导致裂纹问题的出现。

优选的，步骤c中，浇铸结束后静置冷却30min-40min即可脱模。

可选的，步骤c中，铸模尺寸根据沉没辊尺寸留加工余量，铸模内孔单边留10mm的余量。

优选的，步骤d中，退火温度为600℃-620℃，退火时间为4h-6h。

优选的退火温度有利于降低沉没辊材料的内应力，从而提高沉没辊材料的抗蠕变性能，同时还能避免晶粒长大，获得晶粒细小的均匀组织。

优选的，步骤d中，所述冷却采用随炉冷却的方式。

优选的冷却方式有利于抑制晶粒的长大，得到理想的马氏体组织，从而提高材料的强度和硬度。

可选的，步骤d中，采用氩弧焊将轴身和轴头进行焊接。

本发明制备的沉没辊的抗拉强度≥720MPa，屈服强度≥550MPa，硬度高于HB300，强度高、耐磨性好，且耐腐蚀性能优异，有效提高了沉没辊的使用寿命，同时，合金种类和含量少，降低了沉没辊的制造成本，具有较高的推广应用价值。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

本发明实施例提供一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其基体的成分重量百分比为：C0.15％、Si 0.4％、Mn 0.5％、Cr 10.0％、Ni 8.0％、W 4.0％、Ti 2.0％、P 0.023％、S0.019％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的制备步骤如下：

步骤a，制作铸模：铸模根据沉没辊的尺寸留加工余量，铸模内孔单边留10mm的余量；

步骤b，将铬铁在中频炉中熔化，然后依次加入镍铁合金、碳粉和碳钢进行熔炼，熔炼温度控制为1480℃，温度达到后停炉进行初次造渣，造渣结束将熔炼温度升温至1630℃，然后加入钨铁合金和钛粉继续熔炼，取样化验，化学成分合格后，得熔炼液；

步骤c，将所述熔炼液再次进行造渣，造渣结束后加入熔炼液质量0.5％的硅钙合金进行脱氧，然后再次将熔炼温度升温至1650℃，得浇铸液；

步骤d，在惰性气氛下，通过离心浇铸法，将所述浇铸液浇铸于预热至250℃的铸模中，离心转速控制为1100r/min，浇铸结束后静置40min脱模，清理残根、飞边、毛刺，随后进行粗加工，得铸锭；

步骤e，将所述铸锭置于加热炉中进行退火，退火温度为620℃，保温4h，随炉冷却，得到沉没辊辊身；

步骤f，加工辊身与轴头，通过氩弧焊将辊身和轴头进行焊接，得所述沉没辊。

采用GB/T 228.1-2010标准对上述制备得到的沉没辊进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为580MPa，抗拉强度为850MPa，硬度280HB。

腐蚀性能测试：按照国家标准GB/T 157488-95配制pH为7.5的3.5wt％NaCl溶液，模拟试验钢的电化学腐蚀性能。腐蚀试样加工为圆形，裸露面积为1cm²，将试样用1200号试纸打磨，然后抛光成镜面，在上述NaCl溶液中浸泡30min，通过三电极体系测量开路电位、极化曲线和腐蚀电位。测试结果如表1所示。

表1

试样	腐蚀电位/V	腐蚀电流密度/A·cm<sup>-2</sup>	相对腐蚀
				实施例1	-0.325	3.863×10<sup>-5</sup>	1
316L	-0.456	5.640×10<sup>-5</sup>	1.46

实施例2

本发明实施例提供一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其基体的成分重量百分比为：C0.18％、Si 0.5％、Mn 0.4％、Cr 11.0％、Ni 7.0％、W 4.5％、Ti 1.5％、P 0.021％、S0.022％，余量为Fe及不可避免的杂质。。

上述高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的制备步骤如下：

步骤b，将铬铁在中频炉中熔化，然后依次加入镍铁合金、碳粉和碳钢进行熔炼，熔炼温度控制为1490℃，温度达到后停炉进行初次造渣，造渣结束将熔炼温度升温至1600℃，然后加入钨铁合金和钛粉继续熔炼，取样化验，化学成分合格后，得熔炼液；

步骤c，将所述熔炼液再次进行造渣，造渣结束后加入熔炼液质量0.3％的硅钙合金进行脱氧，然后再次将熔炼温度升温至1630℃，得浇铸液；

步骤d，在惰性气氛下，通过离心浇铸法，将所述浇铸液浇铸于预热至200℃的铸模中，离心转速控制为1200r/min，浇铸结束后静置30min脱模，清理残根、飞边、毛刺，随后进行粗加工，得铸锭；

步骤e，将所述铸锭置于加热炉中进行退火，退火温度为610℃，保温5h，随炉冷却，得到沉没辊辊身；

采用GB/T 228.1-2010标准对上述制备得到的沉没辊进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为650MPa，抗拉强度为800MPa，硬度300HB。

腐蚀性能测试：按照国家标准GB/T 157488-95配制pH为7.5的3.5wt％NaCl溶液，模拟试验钢的电化学腐蚀性能。腐蚀试样加工为圆形，裸露面积为1cm²，将试样用1200号试纸打磨，然后抛光成镜面，在上述NaCl溶液中浸泡30min，通过三电极体系测量开路电位、极化曲线和腐蚀电位。测试结果如表2所示。

表2

试样	腐蚀电位/V	腐蚀电流密度/A·cm<sup>-2</sup>	相对腐蚀
				实施例1	-0.318	3.764×10<sup>-5</sup>	1
316L	-0.456	5.640×10<sup>-5</sup>	1.50

实施例3

本发明实施例提供一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其基体的成分重量百分比为：C0.20％、Si 0.3％、Mn 0.3％、Cr 12.0％、Ni 6.5％、W 5.0％、Ti 1.0％、P 0.022％、S0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。。

上述高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的制备步骤如下：

步骤b，将铬铁在中频炉中熔化，然后依次加入镍铁合金、碳粉和碳钢进行熔炼，熔炼温度控制为1500℃，温度达到后停炉进行初次造渣，造渣结束将熔炼温度升温至1650℃，然后加入钨铁合金和钛粉继续熔炼，取样化验，化学成分合格后，得熔炼液；

步骤c，将所述熔炼液再次进行造渣，造渣结束后加入熔炼液质量0.4％的硅钙合金进行脱氧，然后再次将熔炼温度升温至1680℃，得浇铸液；

步骤d，在惰性气氛下，通过离心浇铸法，将所述浇铸液浇铸于预热至230℃的铸模中，离心转速控制为1000r/min，浇铸结束后静置35min脱模，清理残根、飞边、毛刺，随后进行粗加工，得铸锭；

步骤e，将所述铸锭置于加热炉中进行退火，退火温度为600℃，保温6h，随炉冷却，得到沉没辊辊身；

采用GB/T 228.1-2010标准对上述制备得到的沉没辊进行力学性能检测，检测结果：屈服强度为620MPa，抗拉强度为810MPa，硬度290HB。

腐蚀性能测试：按照国家标准GB/T 157488-95配制pH为7.5的3.5wt％NaCl溶液，模拟试验钢的电化学腐蚀性能。腐蚀试样加工为圆形，裸露面积为1cm²，将试样用1200号试纸打磨，然后抛光成镜面，在上述NaCl溶液中浸泡30min，通过三电极体系测量开路电位、极化曲线和腐蚀电位。测试结果如表3所示。

表3

试样	腐蚀电位/V	腐蚀电流密度/A·cm<sup>-2</sup>	相对腐蚀
				实施例1	-0.321	3.796×10<sup>-5</sup>	1
316L	-0.456	5.640×10<sup>-5</sup>	1.49

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其特征在于，其基体的成分重量百分比为：0.15％≤C≤0.20％、0.3％≤Si≤0.5％、0.3％≤Mn≤0.5％、10.0％≤Cr≤12.0％、6.5％≤Ni≤8.0％、4.0％≤W≤5.0％、1.0％≤Ti≤2.0％、P＜0.025％、S＜0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊，其特征在于，所述沉没辊基体的金相组织为马氏体。

3.一种权利要求1或2所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述铸锭进行退火、冷却，焊接，得所述沉没辊。

4.如权利要求3所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤d，将所述铸锭进行退火，冷却，焊接，得所述沉没辊。

5.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤a中，熔炼温度为1480-1500℃。

6.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤b中，所述硅钙合金的加入量为熔炼液质量的0.3％-0.5％。

7.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤c中，离心浇铸的转速为1000r/min-1200r/min。

8.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤c中，浇铸结束后静置冷却30min-40min即可脱模。

9.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤d中，退火温度为600℃-620℃，退火时间为4h-6h。

10.如权利要求4所述的高强度耐磨耐腐蚀沉没辊的生产方法，其特征在于，步骤d中，所述冷却采用随炉冷却的方式。