[发明专利]金属压延用石墨工具钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁轧辊技术领域，尤其涉及一种应用于金属压延用的石墨工具钢及其制造工艺。

背景技术

目前，我国钢铁行业钢材的轧制技术不断提高，对轧辊（辊环）材料的要求也越来越高，原有的一些轧辊专用材料，已经不能满足轧钢企业对钢材产品“精尺寸、光表面、高产量、低成本”的综合要求。

轧辊材料的特殊性，在于其既要保证有足够的综合机械性能，又要有高的耐磨性，用于热轧的轧辊还要有足够的抗热裂性，同时还有防止粘钢、打滑等由于材料特性引起的轧制过程中的不良现象。

传统的轧辊材料，急需要进行更新。以万能轧机为例，这种轧机所用辊环的传统材质为高碳半钢，其组织特点是：碳化物：断续网状共晶碳化物+块、棒状共晶碳化物+粒状共析碳化物；碳化物类型大部分为Fe₃C型（有的组织中还含有少量MC型碳化物）；碳化物含量10~20%。基体组织：以片层结构组织为主（细珠光体、索氏体、屈氏体等），晶粒细小均匀，组织的各项异性不明显。这种组织构成，决定了其使用过程中出现的磨损严重、粘钢等现象不可避免，较为严重的影响了轧钢产品质量和轧钢效率，尤其是翼缘尺寸较大的产品更为严重，在动辄以百万吨产量计的现代钢铁制造业，这种材质的辊环已严重制约了企业向高工效、低能耗、高端产品制造转型的步伐，技术改进已迫在眉睫。

因此，确有必要提供一种应用于金属压延用的新型材质来解决上述技术问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种金属压延用石墨工具钢及其制造方法，其能大大提高轧制量、节约工时、降低生产成本和单位能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种金属压延用石墨工具钢，按重量百分比计，包含如下元素：1.3-2.2%的碳、1.1-2.5%的硅、0.4-3.0%的铬、0.4-1.5%的镍。

作为本技术方案的进一步改进，还包含0.4-0.8%的锰、0.01-0.5%的钒、0.2-0.8%的钼。 

作为本技术方案的进一步改进，所述石墨工具钢内含30%以上的碳化物，所述碳化物包括共晶碳化物、及共析碳化物。

作为本技术方案的进一步改进，所述石墨工具钢内含包含2.5-3.5%的石墨。

作为本技术方案的进一步改进，所述石墨呈点状均匀分布于工作层，且分布面积为2-3%，石墨的直径不超过5μm。

作为本技术方案的进一步改进，所述碳的含量为1.6-2.2%、硅的含量为1.5-2.5%、铬的含量为1.0-3.5%。

一种金属压延用石墨工具钢的制造方法，依次包括如下工艺：

铸造处理：将工件置于中频感应炉中熔炼，然后进行立式离心铸造；

第一次热处理：对工件依次进行扩散退火和球化退火；

第二次热处理：对工件依次进行正火和回火处理；

后期加工：检验硬度和尺寸。

作为本技术方案的进一步改进，在所述第一次热处理之后及第二次热处理之前，对工件进行粗加工、硬度和探伤检验。

与现有技术相比，本发明金属压延用石墨工具钢可以较好的解决水平辊环侧壁的粘钢现象，耐磨性明显优于高碳半钢，而且不易产生崩边掉块裂纹等缺陷，易于加工，利于装配，使用寿命长，性价比高，是一种适合于作为万能轧机辊环良好替代材料。

具体实施方式

本发明通过对磨损和粘钢机理的研究，开发出一种金属压延用石墨工具钢及其制造工艺，将该石墨工具钢作为一种新型轧辊材质，这种新材质在保证正常轧制量大幅提高的同时，还能够节约工时、降低生产成本和单位能耗。

本发明所述的石墨工具钢包含碳(C)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)，以及少量的其他合金元素(如：锰(Mn)、钒(V))，具体成分如下：

以下简要描述所述元素的特性。

碳(C)：超过共析的碳含量，保证了生成足够碳化物和一定量石墨的需求。

硅(Si)：高的硅含量，大的孕育量，可使液体金属凝固过程中，部分碳趋于以稳定相析出，进而得到适量的点状石墨；另有一部分碳，则生成莱氏体型共晶碳化物，以保证足够量的耐磨相；还有一部分碳溶入基体，在后续的热处理过程中，形成大量的二次碳化物，进一步保证提高耐磨性的需要。

铬(Cr)：可提高组织的淬透性，使得一定深度内硬度降落趋于减缓，以保证一定深度内硬度仍能满足使用需要。

镍(Ni)：通过固溶强化，可改善基体组织的综合机械性能和抗热裂性能，同时平衡铬带来的组织脆性。