[发明专利]一种资源节约型高硼高速钢复合轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速钢轧辊及其制备方法，特别涉及一种资源节约型高硼高速钢复合轧辊及其制备方法，属于轧辊技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产中重要的消耗部件，轧辊的性能和质量直接决定了轧材的生产成本，轧材表面质量和轧机作业率，提高轧辊性能、降低轧辊制造成本的研究，不断引起国内外轧辊制造者和研究人员的重视。为了提高轧辊性能，中国发明专利CN103031496A公开了一种铸钢轧辊，包括合金外层和芯部，所述合金外层的化学成分重量百分数为：C1.50‐2.20%,Si≤0.060%,Mn0.40‐1.20%,P≤0.030%,S≤0.025%,Cr3.00‐8.00%,Ni0.00‐1.50%,Mo2.00‐8.00%,V2.00‐9.00%,W0.00‐3.00%,Nb0.00‐0.85%,Al0.00‐1.20%，余量为Fe；所述芯部的化学成分重量百分数为：C2.8‐3.4%,Si1.8‐2.6%,Mn0.3‐0.6%,P≤0.08%,S≤0.03%,Mg0.04‐0.06%。该发明采用上述成分的合金外层和芯部，其耐磨性和强韧性好、抗事故能力强、使用寿命长，避免轧制事故，合金外层和芯部能充分冶金结合，同时降低了在使用中不利影响较大的元素配比量，降低了生产成本，同时改善了使用条件。中国发明专利CN103014532A还公开了一种高耐磨复合轧辊及其制备方法，轧辊工作层材料采用耐磨性好、具有高硬质相的碳化钨强化合金半钢，轧辊芯部采用石墨钢，轧辊工作层碳化钨强化合金半钢材料与轧辊芯部石墨钢材料为完全冶金结合。所述的轧辊工作层碳化钨强化合金半钢材料的化学成分重量百分数为：C1.2‐2.1%,Si0.3‐1.0%,Mn0.5‐1.2%,Cr0.5‐3.5%,Ni1.0‐4.5%,Mo0.3‐1.0%,P≤0.035%,S≤0.030%,WC0.1‐5.0%,余量为Fe；所述的轧辊芯部石墨钢材料的化学成分重量百分数为：C1.4‐1.8%,Si1.4‐2.0%,Mn0.3‐0.8%,Ni0.3‐0.8%,Cr0.01‐0.3%,Mo0.01‐0.3%,P＜0.035%,S＜0.030%,余量为Fe。优点在于，轧辊耐磨性好、抗事故能力强、提高轧辊在线使用寿命和轧机作业率。中国发明专利CN103009015A还公开了双金属复合耐磨冶金轧辊的制造方法，包括辊芯加工步骤、预热步骤、堆焊复合层步骤、精加工步骤和热处理步骤，其中：辊芯加工步骤为先用抗拉强度、屈服强度和抗冲击性能优良的钢材通过锻压和调质处理，制作辊芯毛坯，然后将辊芯毛坯粗加工至预留堆焊复合层尺寸；预热步骤为将辊芯预热至380℃±5℃的适焊温度。堆焊复合层步骤为将预热后的辊芯表面用埋弧焊工艺将预留的堆焊复合层用药芯焊丝堆焊填满；精加工步骤为将堆焊后的双金属复合耐磨冶金轧辊毛坯加工至设计尺寸；热处理步骤为将精加工后的双金属复合耐磨冶金轧辊进行淬火和调质处理,使其表层达到具备好的抗粘着磨损、抗磨粒磨损、红硬性、抗冷热疲劳性和抗剥落性的要求。中国发明专利CN103074539A还公开了一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法，包括工作层和芯层，其特征是，其工作层化学成分组成按重量百分比为：C2.9～3.6%、Si0.6～1.5%、Mn0.4～1.2%、P＜0.10%、S＜0.05%、Ni3.01～4.8%、Cr1.0～2.0%、Mo0.2～2.0%、Nb0.1～2.0%、V1.0～4.0%、W0.05～2.0%，其余为Fe。与现有技术相比，该发明的有益效果是：块状耐磨粒子呈点、块状弥散分布与镶嵌在轧辊金属基体中；石墨以点状形态存在。耐磨粒子弥散分布，镶嵌在基体中牢固不易脱落，极大促进了轧辊基体组织的整体耐磨性能；轧辊整体辊面磨损均匀。中国发明专利CN103014516A还公开了一种含硼低合金高速钢轧辊及其制造方法。所述轧辊包括辊身和辊芯两部分组成，辊身的化学成分按照重量百分比计算为：C：0.7～0.8,Cr：1.3～2.4,B：2.50～3.0,W：1.0～1.5,V：1.0～1.5,Si：≤1.0,Mn：≤0.4,Ti：0.09～0.12,Mg：0.16～0.19,RE：0.10～0.12,P：≤0.03,S≤0.03,余量为Fe和不可避免的微量杂质，辊芯为球墨铸铁。该发明的所述轧辊的制造方法为熔炼‐脱氧合金化‐稀土镁复合变质处理后采用离心浇注，再经热处理后加工成成品；该发明的主要优点是耐磨颗粒以硼化物颗粒为主，降低合金元素添加量，从而降低生产成本，并且硬度高、耐磨性和抗热疲劳性能好，材质均匀后期抗事故性强。中国发明专利CN102994692A还公开了一种高硼高速钢轧辊材料及其冶炼方法，其特征在于经过下列步骤制得：1)按下列组分的质量比备料：73.0～76.0%的Q235废钢、1.5～1.8%的钨铁、3.0～3.3%的钼铁、1.0～1.2%的钒铁、6.0～6.5%的高碳铬铁、0.5～0.8%的金属铜、0.12～0.16%的金属铝、1.2～1.4%的硅钙合金、0.20～0.28%的稀土硅铁镁合金、0.3～0.5%的铌铁、8.2～8.6%的硼铁、0.55～0.80%的硅铁、0.35～0.50%的钒氮合金、1.20～1.36%的锆硅铁和0.15～0.20%的钛铁；2)先将质量分数73.0～76.0%的Q235废钢、1.5～1.8%的钨铁、3.0～3.3%的钼铁、6.0～6.5%的高碳铬铁、0.5～0.8%的金属铜和0.3～0.5%的铌铁，放入电炉内，升温至1580～1600℃，使混合料加热熔化后，依次加入1.2～1.4%的硅钙合金、1.0～1.2%的钒铁、0.12～0.16%的金属铝和3.5～4.0%的硼铁，将钢水温度升至1610～1630℃；3)在浇包内预先加入粒度为5～10mm，并经550～600℃预热2～4小时的，质量分数为0.20～0.28%的稀土硅铁镁合金、0.15～0.20%的钛铁、0.66～0.80%的锆硅铁和1.5～1.8%的硼铁，之后将步骤2)的温度为1610～1630℃的钢水，浇入浇包内，进行复合变质处理和合金化处理；(4)钢水在浇包内静置4～10分钟，当钢水温度降至1450～1475℃时，将钢水浇注至铸型中，并在钢水浇注过程中，随流加入质量分数为0.55～0.80%的硅铁、0.35～0.50%的钒氮合金、0.45～0.60%的锆硅铁和2.4～3.0%的硼铁，冷却后,得到高硼高速钢轧辊。中国发明专利CN102925820A还公开了一种含铝高硼高速钢轧辊材料及冶炼方法，化学成分的质量分数％是：0.35‐0.55C,3.2‐3.4B,5.5‐6.0Cr,<0.85Si,<0.35Mn,0.5‐0.7V,0.7‐0.9Ni,1.0‐3.0W,1.0‐2.0Mo,3.8≤(W+2Mo)≤5.2,3.7‐3.9Al,0.03‐0.06Ce,0.03‐0.06La,0.06<(La+Ce)≤0.10,0.12‐0.15N,0.05‐0.08Ca,0.04‐0.10Mg,<0.03S,<0.04P,其余为Fe。利用电炉熔炼,采用铸造方法成型，经淬火和回火后精加工。该发明轧辊材料室温和高温硬度高，高温耐磨性好。中国发明专利CN102847713A还公开了一种耐磨热轧辊，包括热轧辊本体，所述本体内壁设置有水冷却层，所述本体外壁涂覆有碳化钨硬质合金层，所述碳化钨硬质合金层外涂覆有纳米陶瓷涂层。该耐磨热轧辊由于在本体表面涂覆有碳化钨硬质合金层，在碳化钨硬质合金层外涂覆有纳米陶瓷涂层，具有隔热保温效果，不脱落、不燃烧，耐水、防潮，且润滑效果较好，大大提高了该热轧辊的机械性能和化学性能，同时水冷却层可以起到很好的冷却效果，使用寿命更长。中国发明专利CN102828123A还公开了一种离心复合浇铸高速钢轧辊外层变质处理的方法，其特征在于，在外层高速钢熔炼完成出炉时，向钢包内加入复合变质剂对高速钢铁水进行变质处理，复合变质剂的加入量为钢水重量的1.0～2.0%，反应温度为1500～1600℃。所述复合变质剂的化学成分重量百分比为：钒铁FeV5050～55%、稀土硅铁合金FeSiRe2120～25%、硅钡合金FeBa5Si6020～25%、Al5～10%。与现有技术相比，该发明的优点是：细化铸造晶粒和改善铬、碳化物形态，均匀弥散分布的细小球状MC型碳化物，提高了高速钢轧辊外层的耐磨和耐热性，使轧辊毫米轧材同比增加25%～30%。中国发明专利CN102626774A还公开了一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，包括外层冷硬铸铁耐磨材料和内层支撑灰铁材料熔炼、离心浇注模具准备、离心浇注、冷却、脱模取件工序，外层冷硬铸铁耐磨材料的基体组织结构为：碳化物含量40～50%、珠光体含量40～50%、莱式体含量0～20%；离心浇注时的冷却速度为：从1350℃降到1180℃区间的冷却速度控制在大于80℃/min,从1180℃降到720℃区间的冷却速度为20～25℃/min,从720℃降到常温区间的冷却速度控制在小于30℃/h。该发明的优点在于：利用该方法制造出来的轧辊外层材料晶粒较细且均匀,辊体硬度沿径向、轴向硬度变化较小；抗拉强度强，耐磨性好，使用寿命长。中国发明专利CN102615106A还公开了一种含硼离心复合高速钢轧辊，包括高速钢轧辊外层、高速钢轧辊中间层和高速钢轧辊芯部，其特征在于，所述的高速钢轧辊外层的化学成分重量百分比为：C：0.8～0.9%、Si：1.0～1.2%、Mn：0.9～1.2%、P：≤0.03%、S：≤0.03%、Ni：0.9～1.0%、Cr：5～6%、Mo：1.4～1.5%、B：1.9～2.2%、V：1.4～1.6%、W：2～3%、Nb：0.4～0.5%和稀土；所述的高速钢轧辊中间层的化学成分重量百分比为：C：1.7～1.8%、Si：1.4～1.6%、Mn：0.9～1.0%、P：≤0.03%、S：≤0.03%、Ni：0.8～1.2%、Cr：1.3～1.5%和Mo：0.3～0.5%；所述的高速钢轧辊芯部的化学成分重量百分比为：C：3.1～3.3%、Si：1.8～2.0%、Mn：0.6～0.7%、P：≤0.1%、S：≤0.03%、Ni：≤0.3%、Cr：0.2～0.3%、Mo：0.2～0.3%和Mg：0.05～0.08%。中国发明专利CN102615107A还公开了一种高硫合金离心复合球墨铸铁轧辊，由外层和芯部组成，其特征在于，所述外层包括按质量百分比组成的下列成分：C：2.8～3.6,Si：0.8～1.9,Mn：0.6～1.3,Cr：1.5～2.8,Mo：0.4～0.8,W：0.3～0.9,Ae：0.4～0.8,V：0.1～0.5,S：1.9～3.0,P：≤0.08,Re：≥0.05,其余为Fe；所述芯部包括按质量百分比组成的下列成分：C：3.0～3.5,Si：1.9～2.5,Mn：0.4～1.2,Cr：≤0.4,Mo：≤0.2,W：≤0.1,Ae：≤0.1,V：0.1,S：0.04,P：≤0.1,Re：≥0.05,其余为Fe。中国发明专利CN102330037A还公开了一种具有耐磨性及高耐热性的合金轧辊，其所含各种组分按重量百分比计为：C：2.5％～3.5％；Si：＜2.0％；Mn：1.6％～2.0％；P：≤0.06％；S：≤0.05％；Cu：≤0.2％；As：≤0.10％；Cr：1.5％～2.0％；Ni：10.0％～20.0％；Mo：10.5％～15.0％；余量为Fe。该具有耐磨性及高耐热性的合金轧辊通过大幅度增加Ni、Mo元素的含量，改善了合金轧辊的耐热耐磨性能，并延长了该具有耐磨性及高耐热性的合金轧辊的使用寿命。中国发明专利CN102366830A还公开了一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C：3.2～3.5％,Si：0.2～0.4％,B：1.2～1.6％,Cr：6.3～7.0％,Mn：1.6～1.8％,V：1.5～1.8％,Mo：2.2～2.8％,W：1.2～1.6％,Nb：0.1～0.3％,Ce：0.25～0.35％,Ti：0.3～0.5％,S＜0.03％,P＜0.04％,其余为Fe；所述方法包括以下步骤：①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1560～1580℃，加入占上述钢水质量0.15～0.20％的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1580～1600℃时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5～7mm的小块，经160～200℃烘干后,置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1470～1480℃，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1165～1175℃时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为1340～1370℃；⑤轧辊浇注12～24小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1000℃～1050℃,保温时间2～4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10～20分钟，随后空冷至辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度520℃～560℃，保温5～8小时后空冷，当辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度500℃～540℃，保温8～12小时后炉冷，当炉温低于200℃后出炉，并精加工至规定尺寸。中国发明专利CN102319897A还公开了一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法。高钒高速钢化学组成成分(质量分数,%)是：1.7‐1.8C,1.2‐1.6Si,5.0‐6.0Cr,1.2‐1.4Mo,0.5‐0.6Mn,8.0‐10.0V,余量为Fe；所述轧辊辊芯是球磨铸铁。该发明还公开了上述辐射轧辊的制备方法：将辊芯用感应线圈预热到一定温度，同时将外层高速钢在真空感应炉中熔炼，采用喷射成形的方法，将高速钢金属液流用氮气雾化并沉积在旋转的辊芯上复合成形。该复合轧辊外层组织均匀，消除粗大共晶碳化物及组织偏析，在辊芯与喷射层之间形成良好的冶金结合，辊面硬度高，耐磨性好，疲劳性能提高，使用寿命更长，随着设备的成熟，喷射成形复合轧辊具有更高更好的经济效益。