[发明专利]一种原位再生氮化钛钢基BD轧辊

说明书

本发明公开了一种原位再生氮化钛钢基BD轧辊，是在传统钢基轧辊的冶炼过程中，常规熔炼基础上，向合金熔液中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达到0.02‑0.05％、氮含量达到0.020‑0.03％后，使Ti与N相互充分作用生成TiN颗粒；再向所得合金悬液中吹入纯氮气，使合金悬液中总氮含量达0.03‑0.04％，此时高富氮气泡与合金悬液中残留的单质Ti，继续生成TiN颗粒；再通过孕育、变质处理，浇注、热处理得原位再生氮化钛钢基BD轧辊。与现有技术相比，本发明提供的原位再生氮化钛钢基BD轧辊，在不破坏原钢基基体强度性能指标的前提下，具有提升耐磨性能的作用。

技术领域

本发明属于钢铁冶金行业用轧辊制造领域，尤其涉及一种在钢液中采用原位再生方法制备含有氮化钛的钢基轧辊的制备方法。

背景技术

现阶段两辊热轧钢基冶金轧辊包括开坯轧机用BD轧辊，钢坯连轧机用轧辊，板材粗轧机用轧辊，型钢粗、中、精轧用轧辊及辊环，其单件净重从3吨到49吨，铸件单重从5吨到近80吨，均属超大型铸件。

其轧辊及辊环现用材质包括：传统合金钢、半钢、石墨钢。主要使用的合金化元素为Cr、Ni、Mo等。从合金钢到半钢除对应Cr、Ni、Mo合金元素调整，其随含碳量的提高铸态组织中出现一次碳化物；石墨钢是在半钢基础上通过Si含量的调整，铸态组织中除了形成一定数量一次碳化物外，同时还有一定数量的石墨析出；借助孕育+变质处理手段，改变组织中石墨以及一次碳化物形态及比例；再借助于热处理(扩散、淬火、回火)细化和调整基体组织、改善一次碳化物形态及比例，以实现所需的强度、硬度等使用性能。

近年来，随着技术的不断进步，合金化、高合金化得到快速发展，除了不断提高Cr、Ni、Mo合金比例(以Cr元素为例，从1.0％到2.0％、3.0％甚至到4.0％)以外，在棒线材轧机、四辊带钢轧机用轧辊的制备过程中，通过向钢液中添加一定数量的V、W、Nb等合金，衍生出了高铬钢、高速钢、半高速钢轧辊，轧辊的耐磨性能得到了显著提高。

然而，对于两辊开坯、两辊粗轧、中、精轧机用轧辊，随着合金含量的提高，除了耐磨性提升的同时，对钢的淬透性、淬硬性，以及淬火脆性、开裂甚至断裂倾向显著增加，制造难度以及轧辊抗事故能力显著下降，制约了超大断面轧辊耐磨性的提升。因此，现阶段超大断面两辊轧机用轧辊Cr、Ni、Mo合金含量相对较低。

特别对于孔型较深、轧制力较大，对抗断裂性能要求较高的开坯及型钢粗轧机轧辊，为了解决孔型内耐磨性不足及孔型形状的保持能力差问题，许多钢厂不得已采用了孔型内激光熔覆工艺，从而使生产运行费用增加，轧钢生产轧辊车修过程复杂化。

如何在现用钢基轧辊材质基础上(包括合金钢、半钢、石墨钢材质)，在不破坏现用材料强韧性指标前提下，通过向轧辊中添加一种或几种微量元素(如钨、铌、钒、Ti等)从而大大提升轧辊的耐磨性能，一直是行业技术人员研究的方向。

例如Ti作为有益元素，已广泛用于航空航天、医疗、精密仪器、仪表、刀具等领域，在抗高温、耐磨、耐蚀、抗氧化等方面发挥了重要作用。然而，对于冶金轧辊领域该大型特别是超大型铸钢(轧辊)产品上，由于溶入合金熔液中的单质Ti，在凝固过程极容易在晶界析出，造成晶界偏析，恶化钢的材料性能，在高温热处理过程中出现晶界断裂至整个大型铸件报废。也有人曾采用向钢液中利用机械混合的方式如喷吹氮化钛(TiN)粉状陶瓷颗粒的方式力求提高材料耐磨性。但由于TiN粉末比重比钢液轻，喷吹的固态陶瓷颗粒容易漂浮在钢液表面(收得率很低)；另外，由于TiN陶瓷颗粒表面活性较低，且其与钢液之间的表面张力将导致陶瓷颗粒表面与钢基金属很难形成完全冶金结合，而以杂质形式存在于轧辊材料当中，使用时极易出现脱落。

如何利用Ti合金在钢中的有利作用，消除和解决Ti合金在超大铸钢件中的不利影响，在传统钢基轧辊材质基础上，用较低的成本，通过少量的合金化，在不恶化轧辊性能为条件下，提升传统轧辊的综合机械性能，提高轧辊寿命是本发明所要解决的技术问题。

发明内容