[发明专利]适用于棒线材连轧机的新型硬质材料轧辊及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于棒线材连轧机的新型硬质材料轧辊，本发明还涉及所述新型硬质材料的轧辊的制造方法。

技术背景

轧辊是冶金行业轧钢生产中最主要的工模具，是模具材料的重要部分。随着我国钢铁工业的发掌，我国轧辊年消耗资金已达90亿元以上。

棒线材热连轧机从90年代进入我国，已得到广泛采用。其轧辊材料也由铸铁、合金工具钢发展到硬质合金、普通高速钢。但是，铸铁、合金工具钢耐磨性差，硬质合金、普通高速钢易爆辊，均无法满足棒线材连轧机的生产需要。

所以，轧辊已成为制约棒线材连轧机生产效率的主要因素。

轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度。如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢工作轧辊，70年代开始使用高铬铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。冷轧带钢工作辊材质由2％Cr钢发展到3％Cr、5％Cr钢，到了90年代开始使用半高速钢。

棒线材和型材轧机轧辊材质也由普通冷硬铸铁、合金球墨铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、锻造合金工具钢发展到硬质合金和高速钢。

棒线材轧机使用的轧辊现状

①普通铸铁使用状况

目前，棒线材热连轧机普遍使用高镍铬无限冷硬球墨铸铁轧辊，该轧辊耐磨性极差，单槽过钢量仅有几十吨，所以，造成轧机在工作过程中，频繁换辊，换槽，由于，换辊、换槽过程中，加热炉仍然在加热钢坯，造成，钢坯烧损严重；同时，更换轧槽后，需试轧一至二根钢坯，以上两个因素，均使成材率下降；由于铸铁轧辊碳化物粗大，所以，造成在轧钢过程中，磨损极不均匀，在钢厂进行负公差轧制时，极不容易，控制轧制精度，严重影响轧件质量。

所以，，铸铁轧辊已不能满足棒线材热连轧机的生产需要，目前，钢厂使用铸铁轧辊，完全是不得以而为之。

②高档轧辊的使用状况

目前，各钢厂使用过的高档轧辊主要有国外硬质合金轧辊、国内硬质合金、铸造高速钢轧辊三种。

国外硬质合金轧辊售价高达1200元/kg，且对冷却水要求很高，一个钢厂如使用国外硬质合金轧辊，需投入数千万元进行冷却水改造，所以，国外硬质合金轧辊并不符合我国国情。

国内硬质合金抗热应力能力差，同时，由于硬质合金，用粉末冶金方式再造，存在大量的小孔，抗冲击韧性很差，在使用中，会出现爆辊现象，不能满足棒线材轧机的生产需要。

铸造高速钢轧辊，其组织是大量碳化物+高碳马氏体，高速钢中存在大量网状碳化物，在轧钢过程中，极易出现裂纹，而高碳马氏体韧性不足，无法阻止裂纹扩展，所以铸造高速钢应用于棒线材热连轧机时，均出现，爆辊现象，完全不能满足棒线材轧机的生产需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于棒线材连轧机的新型硬质材料轧辊及其制造方法。

众所周知，材料的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明是采用一种反应铸造法及相应的热处理工艺制造而成。

应用于轧辊的材料必须具有优异的耐磨性，通常要求轧辊中碳化物数量在15％以上，为了给合金元素提供足够的碳，本材料中的碳及合金含量高于常规高速钢，C为1.5％～2.5％，轧辊材料中合金碳化物数量22％以上。使本材料中的碳大部分与W、Cr、Mo、V等形成高硬度碳化物，以改善轧辊耐磨性，另外，少量的碳进入基体，改善高速钢的淬透性和淬硬性。

棒线材热连轧机，具有热应力大，冲击负荷大的特点，通过对基体成份的研究，当合金成份含量不同时，金属材料的C曲线会发生不同的变化，在此基础上，使用急冷+控制冷却+回火的热处理工艺可以得到强韧性配合极佳基体组织，以满足棒线材热连轧机轧辊的使用要求。

对本材料采用稀土-钛-铌等进行复合变质处理，可有效的改善本材料中的碳化物形态和分布，消除典型的网状组织，使碳化物细化且分布均匀化，经急冷+控制冷却+回火热处理后能获得优良的综合力学性能。

根据本发明的技术方案，本发明适用于棒线材连轧机的新型硬质材料轧辊的化学组成是(重量％)：C：1.5～2.5，W：5.0～8.0，Mo：5.5～8.0，V：3.0～5.0，Cr：4.0～6.0，Ni：0.5～1.0，Re：0.04～0.10；Ti：0.08～0.20，Al：0.10～0.30，Si0.7～1.5，Mn：1.5-3.0，其余为Fe。