[发明专利]粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊制造技术，尤其涉及一种粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊及其制备方法。

背景技术

轧辊是轧钢生产中重要的大宗消耗工具，轧辊的质量和使用寿命是制约一个国家轧钢技术发展水平的先决条件。在可预见的未来，以辊轧为特征的连续变形轧钢技术仍将是钢材成型的核心技术。我国已成为世界上最大的无缝钢管生产国，而无缝钢管连轧机轧辊的质量问题和使用寿命也是制约无缝钢管生产的一大瓶颈。

热连轧无缝钢管是在高温下将穿孔后的厚壁毛管轧成薄壁的荒管，以达到成品管所需求的热尺寸和均匀性。在连轧机轧制过程中，轧件变形受多组连轧辊与芯轴或芯棒的从圆到椭圆，从椭圆再到圆的反复轧制过程。热连轧轧辊的工作环境恶劣，在轧制不同材质、不同壁厚毛管时的工作温度达到1100℃～1200℃的高温，并伴有冷却水的激冷激热作用，承受切向拉伸和径向压缩的复合应力，并同时承受交变热应力作用，轧辊工作表面与钢管之间产生滚动与滑动摩擦。当工作温度低于1100℃时，由于轧件变形抗力增加，轧辊的工作层和芯轴非常容易损坏。因此，要求热连轧无缝钢管轧辊的辊身工作层部分具有较高硬度、高强度、良好的耐磨性和抗冷热疲劳性，同时要求有较厚的工作层，以满足使用中多次加工修复的需求；而芯轴应具有高强度和高韧性。根据无缝钢管连轧辊的结构和服役条件分析，理想状态是辊身工作层和芯轴采用双金属结构，以满足轧辊和芯轴不同的服役要求。

而目前无缝钢管轧辊所存在问题是：双金属复合轧辊生产工艺用两台冶炼设备分别冶炼两种金属材料，首先离心铸造外层即工作层部分，待外层部分基本凝固后将离心铸造金属模整体放置到铸轴的砂型中，然后静态铸造芯轴部分，从而获得双金属轧辊坯。这种工艺方法及设备复杂。由于连轧辊辊身厚度大，要求离心转速变化大，内外层凝固速度差异大，从而增加了离心铸造的难度，使生产成本升高。又由于双金属复合制造工艺和设备复杂，较难实现，所以国内外生产的连轧辊基本都是铸造的单一金属整体式。这种制备方法通常选用的材料为含Ni2.5～4.5％、含Mo 0.6～1.0％的合金球墨铸铁，依靠合金元素来提高无缝钢管连轧机轧辊的性能。

无缝钢管连轧辊属厚大球墨铸铁件，其制造难点在于厚大球墨铸铁件铸造时易产生球化衰退。由于Cr、Mo的反球化作用，所以很难得到球化率和球化级别较高的基体；同时由于厚大球墨铸铁件在进行等温淬火热处理时易开裂，因此，其选用的热处理工艺为正火。而正火轧辊性能比等温淬火轧辊低的多，抗拉强度一般为390～500MPa、冲击韧性只有2.2-3.2J/cm²。因此在使用中易产生碎裂、断轴等影响生产的问题。也有为了降低成本使用普通冷硬铸铁连轧辊，而冷硬铸铁作为热轧钢管连轧辊时耐磨性差、硬度低，不仅使用寿命低，而且易产生“粘钢”等缺陷，从而影响钢管产品的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊及其制备方法，以解决现有热轧无缝钢管连轧机轧辊存在的诸多问题。本发明采用以下技术方案来解决其提出的技术问题。

本发明所提供的一种技术解决方案为一种粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊，其特点在于，该复合轧辊采用复合粒子强化球墨铸铁基体；其基体成分以重量百分比计为：C：3.4～3.7％，Si：1.8～2.2％，Mn：≤0.35％，P：≤0.03％，S：≤0.025％；复合粒子是由强化粒子，活性湿润剂和基体强化剂组成，其组成比率为：强化粒子:活性湿润剂:基体强化剂为1:1:0.001～0.002；所述强化粒子为碳化钨和碳化钛或其中的一种，强化粒子为复合轧辊辊身工作层重量的5～10％；所述活性湿润剂为Ni粉,Nb粉及工业还原铁粉中的任意组合或者其中至少一种；所述基体强化剂为铋粉和锑粉或其中的一种。

本发明所提供的另一种技术解决方案为一种粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊制备方法，其特点在于所说的复合轧辊采用复合粒子强化球墨铸铁基体,所述基体成分以重量百分比计为：C：3.4～3.7％，Si：1.8～2.2％，Mn：≤0.35％，P：≤0.03％，S：≤0.025％；所述复合粒子由强化粒子，活性湿润剂和基体强化剂组成；所述强化粒子为碳化钨和碳化钛或其中的一种，当同时采用碳化钨和碳化钛时，其比例为1:1，强化粒子为复合轧辊辊身工作层重量的5～10％；所述活性湿润剂为Ni粉,Nb粉及工业还原铁粉中的任意组合或者其中至少一种；所述基体强化剂为铋粉和锑粉或其中的一种。