[发明专利]一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种高速钢复合轧辊及其制备方法，特别涉及一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

随着先进轧机和高效轧制技术的问世，推动了轧钢工业迅速发展，同时也促进轧辊制造业迈向新的技术领域，如何提高轧辊的使用寿命以适应轧机的需要是轧辊研制者面临的新课题。近年来，在轧辊研制者努力下，将高速钢材料应用于轧辊制造上，取得了突破性发展。由于高速钢具有很高的耐磨性和淬透性，尤其是在高温时的红硬性，使高速钢很适合于用作制造轧辊的材料。高速钢轧辊最初被用在热带钢连轧机精轧前段，后来精轧后段和粗轧机架也开始采用，现在，高速钢轧辊也向线、棒材轧机上发展。以往使用的轧辊工作层组织多为基体上分布着M₃C型共晶碳化物，组织粗大，硬度较低，而高速钢轧辊的工作层一般采用高碳高钒类型高速钢，工作层基体上分布着高硬度的MC、M₆C型碳化物，而且随着钒含量的增加，高速钢铸态组织中的鱼骨状M₆C型碳化物减少，而MC型碳化物增加，淬火后的基体组织为回火马氏体和贝氏体。但是高碳高钒高速钢轧辊中，因钒含量过高，沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外MC数量过多，硬度过高，导致轧辊磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。高速钢轧辊中钒含量超过8％以后，共晶组织中出现低硬度的M₃C型碳化物，降低高速钢轧辊的耐磨性。因此高速钢轧辊中不宜加入过多的钒元素。

为了提高高速钢轧辊的性能，中国发明专利CN105033227公开了一种适用于窄带钢轧机用的高钒高速钢复合轧辊的制造方法。所述制造方法包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，浇注完辊身外层高钒高速钢水后，往辊身外层型腔内持续通入惰性气体，当高钒高速钢外层温度达到1220～1280℃时停止离心机转动，同时停止惰性气体吹入，然后合箱浇注辊身芯部铁水。该发明明显提高了外层高钒高速钢与芯部铁水的结合率，结合率由40％提高至100％，结合强度由以前的350Mpa左右提升至450Mpa左右，使得高钒高速钢轧辊辊身结合层抗剥落性大大提高；同时能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，有效杜绝了使用中的断辊现象。中国发明专利CN 104741585还公开了一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，仅用两台电炉分别冶炼钢水和铁水，分三次浇注，即先在离心机上浇注外层高硼高速钢，然后加入第一保护剂，继续在离心机上浇注过渡层球墨铸铁铁水，再加入第二保护剂，在静态下浇注辊芯球墨铸铁铁水，实现高硼高速钢复合轧辊的冶金结合。该发明生产的高硼高速钢轧辊，工艺简便，既使外层高硼高速钢与过渡层球墨铸铁之间，实现了良好的冶金结合，同时也使过渡层球墨铸铁与辊芯球墨铸铁之间实现了良好的冶金结合，使过渡层的抗拉强度达到680Mpa以上，轧辊使用安全、可靠，推广应用效益良好。中国发明专利CN 104353798公开了用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C2.00～3.50％，Si0.40～2.00％，Mn0.50～1.20％，Cr1.50～4.50％，Ni2.00～5.00％，Mo+V+W+Nb2.00～10.00％，S≤0.05％，P≤0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括熔炼、孕育及球化处理、浇注、热处理步骤，该发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，得到了特殊的石墨与金相组织。热连轧精轧后段高碳高速钢轧辊能够有效控制了轧辊下机后表面质量，同时提高了轧辊的耐磨性以及抗热裂性。中国发明专利CN 103014516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CN 103305775还公开了一种高碳高速钢轧辊，包括按质量百分比组成的下列成分：C：1.8-2.8％，W：3-5％，Cr：5-8％，Mo：3.5-4％，V：4-6％，Nb：0.8-1.5％，Co：1-3％，Ni：0.5-1.5％，Al：0.3-0.6％，Si：≤1.0％，其余为Fe和不可避免的微量元素。通过上述方式，该发明的高碳高速钢轧辊能够提高耐磨损和抗热疲劳性能，应用于棒材轧机精轧机架上，可以显著提高轧钢机作业率，降低轧材生产成本，减轻工人劳动强度，提高使用寿命。中国发明专利CN 101705430一种高速钢轧辊及其在电磁场下离心复合制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。高速钢轧辊的工作层材质成分为(重量％)：C：1.5％～2.5％，V：4.0～6.0％，W：4.0％～6.0％，Mo：1.5％～4.5％，Cr：2.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.18％，B：0.001～0.003％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，余量为Fe及杂质元素，杂质中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。采用脉冲电磁场下离心复合方法浇铸轧辊，脉冲磁场的频率为0.1～10Hz，铸型中心磁场的峰值强度为1～10T。该轧辊具有多种析出强化相，施加的脉冲磁场使强化相及基体晶粒有效细化，并使强化相弥散分布，克服了合金元素的偏析，能大幅度提高轧辊的性能。中国发明专利CN102274856一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，轧辊包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C:1.8～2.6％、Cr:3～10％、Nb:0.2～1.0％、Mo:4～10％、V:5～10％、W4～10％、Co:2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其工作步骤如下：1)中频炉熔炼；2)进行变质处理；3)离心铸造；4)芯部浇铸；5)采用台车式差温炉进行热处理。与现有技术相比，该发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400Mpa以上，防止高速钢外层的剥落。中国发明专利CN 101403032一种轧钢行业中板带轧机应用的高速钢复合轧辊的热处理工艺。热处理工艺分为退火、淬火和回火三个阶段，适用于高速钢复合轧辊。其中，退火加热速度为10～60℃/h，退火加热温度为600～750℃，保温时间8～20h，退火冷却采用炉冷。本发明具有退火硬度低，利于切削加工，淬火回火后高速钢轧辊硬度高、硬度均匀性好、径向硬度降小等优良的特点。中国发明专利CN 1999804公开了一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。该发明中高碳高钨高速钢轧辊含有：碳2.0％～3.0％，钨6.0％～18.0％，钒2.0％～4.0％，钼1.0％～3.0％，铬3.0％～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％；制成的该高碳高钨高速钢轧辊含有钒、钨系的MC型复合碳化物。该发明中高碳高钨高速钢轧辊的制备方法是，将高碳高钨高速钢加热到1580℃～1620℃后脱氧；在1400℃～1500℃浇铸，同时对离心铸型施加0.05T～0.25T的稳恒磁场，并以600－1800转/分钟转速旋转至成型。中国发明专利CN101037760公开了一种高碳高钒高速钢复合轧辊，制得的该高碳高钒高速钢轧辊外层的化学成分及其重量百分比为：C：1.8％～3.0％，V：3.0％～6.0％，Cr：4.0％～6.0％，Mo：3.0％～6.0％，W：1.0％～3.0％，Nb：1.0％～5.0％，Co：1.0％～5.0％，Si＜1.0％，Mn＜1.5％，P＜0.04％，S＜0.04％，Y：0.05％～0.20％，Ti：08％～0.25％，Mg：0.03％～0.12％，Zr：0.04％～0.18％，Te：0.02％～0.12％，余量为Fe，化学成分的总和为100％。其制备利用电炉熔炼，采用离心铸造方法铸造成形，热处理包括淬火和回火处理。高速钢轧辊的硬度和强度高、韧性和耐磨性好，且具有良好的抗热疲劳能力，使用中无断辊和剥落现象出现。应用该发明制备的轧辊，可降低轧辊消耗，提高轧钢机作业率，延长换辊周期，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。