[发明专利]一种高铬钒钛合金铸铁轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轧辊，特别涉及一种高铬钒钛合金铸铁轧辊及其制备方法，属于轧辊制造技术领域。

背景技术

随着轧钢技术的进步，轧钢产业对轧辊的性能提出了更高的要求。提高轧辊的耐磨性、延长换辊时间、提高毫米轧材率是业内关注的重点。复合高铬合金铸铁轧辊具有良好的硬度和耐磨性而被广泛应用，然而，由于轧辊在使用过程中，其表面受到高强度的、连续的摩擦，也需要承受高温，因此提高高铬合金铸铁轧辊的耐磨性和韧性成为轧辊技术研发的方向，尤其是提高轧辊的高温硬度和耐磨性、韧性及抗热裂性能成为研究的重点。

发明内容

本发明提供一种高铬钒钛合金铸铁轧辊及其制备方法，通过对高铬钒钛合金铸铁外层的合金成分及其配比的选择，以及热处理工艺的设计，得到的高铬钒钛合金铸铁外层的基体组织为高硬度的马氏体，残余奥氏体的含量在8～15％，高显微硬度的碳化物成球状弥散分布，得到的高铬钒钛合金铸铁轧辊不但具有良好的耐磨性和韧性，也具有良好高温硬度和耐磨性，提高了毫米轧钢率，同时具有良好的抗热裂性能，延长了轧辊的使用寿命。

本发明为实现上述技术目的采用如下的技术方案。

一种高铬钒钛合金铸铁轧辊，包括高铬钒钛合金铸铁外层和球墨铸铁辊芯，高铬钒钛合金铸铁外层的化学成分及其质量百分比为：C 2.9～3.4％、Si 0.3～0.55％、Mn 0.8～1.3％、P＜0.05％、S＜0.05％、Cr 18～22％、Ni 0.8～1.3％、Mo 0.8～1.0％、V 0.5～3.0％、Ti 0.1～0.3％，W 0.1～0.3％，Nb 0.05～0.1％，RE 0.01～0.03％，余量为铁。

高铬钒钛合金铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，熔炼

高铬钒钛合金铸铁外层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬钒钛合金铸铁外层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、镍板、钼铁、钒铁、钛铁、铌铁和钨铁，熔炼温度为1530～1600℃，并加入RE进行精炼调质，调整成分合格后得到高铬钒钛合金铸铁外层铁水。

球墨铸铁辊芯的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1440～1500℃，并向其加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后得到球墨铸铁辊芯铁水。孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.5～0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.2～1.6％。

步骤二，复合离心铸造成型

使用卧式离心机浇铸高铬钒钛合金铸铁轧辊，卧式离心机转速≥1000r/min。

浇铸高铬钒钛合金铸铁外层，将高铬钒钛合金铸铁外层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1530～1600℃。

浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬钒钛合金铸铁外层的内壁温度冷却至1220～1250℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1390～1410℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯的总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1150～1170℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1390～1410℃。

浇铸完毕得到成型轧辊。

步骤三：热处理

将步骤二中得到的成型轧辊脱模后在空气中冷却至室温，然后以9～12℃/h的速率升温至960～1000℃，保温2～3h，在空气中冷却至室温，再以9～12℃/h的速率升温至400～450℃，保温2～3h，在空气中冷却至室温即得高铬钒钛合金铸铁轧辊。

本发明中高铬钒钛合金铸铁外层的化学元素成分及其质量百分含量确定原则如下。

C：高硬度的碳化物是高铬钒钛合金铸铁耐磨性的主要来源，碳化物的数量取决于高铬钒钛合金铸铁外层中的C元素的含量，然而，碳化物数量过多，反而会增加材质的脆性，这样会增大轧辊使用过程中的开裂和剥落的几率。综合考虑，将C元素在高铬钒钛合金铸铁外层的质量百分含量控制在2.9～3.4％。

Si：Si元素作为高铬钒钛合金铸铁外层熔炼时的脱氧元素，其存在可以防止高铬钒钛合金铸铁外层的其他合金元素氧化，然而，Si元素也是非碳化物的形成元素，其含量过多会降低高铬钒钛合金铸铁外层的淬透性。全面衡量，将Si元素在高铬钒钛合金铸铁外层的质量百分含量控制在0.3～0.55％。

Mn：Mn元素少量进入碳化物，大部分溶于基体，Mn元素的存在可以扩大高铬钒钛合金铸铁外层的奥氏体相区，然而，过多的Mn会降低高铬钒钛合金铸铁外层的抗热裂性，因此，将Mn元素在高铬钒钛合金铸铁外层的质量百分含量控制在0.8～1.3％。