專利名稱：高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軋輥及其制造方法，具體涉及一種適用于軋鋼行業(yè)的中厚板軋機(jī) 用的鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵的新材質(zhì)、高等級(jí)、高強(qiáng)度中厚板軋制用的工作輥及其制造方法。
背景技術(shù)：
中厚板是國民經(jīng)濟(jì)的重要鋼材品種，廣泛用于艦船、管線、軍工等特種領(lǐng)域，市場(chǎng) 需求量大，尤其是X70以上的管線鋼、屈服強(qiáng)度500MPa以上的高強(qiáng)度船板以及航空母艦、潛 艇等用的高強(qiáng)度、高韌性、良好抗層狀撕裂性的特厚鋼板。目前由于國內(nèi)生產(chǎn)能力和技術(shù)水 平相對(duì)落后，此種仍需大量進(jìn)口。軋制中厚板用的工作輥一般采用鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵材質(zhì)，俗稱高鎳鉻材質(zhì)。如 中國專利文獻(xiàn)ZL94111491.0就公開了上述的一種鑄鐵復(fù)合軋輥，輥身工作層材料為鎳 鉻鉬合金鑄鐵，輥芯材料為鎳鉻鉬低合金鑄鐵或灰鑄鐵。輥身工作層的成份C 3. 00 3. 50%, Si 0. 60 1. 20%, Mn 0. 30 0. 80%, Ni 3. 00 4. 50%, Cr 0. 60 1. 50%, Mo 0. 60 1. 20% ；其輥芯的成分為C 3. 00 3. 50%，Si :1. 50 3. 00%，Mn 0. 30 0. 80%, Cr ^ 0. 50%, Ni ^ 1. 00%, Mo ^ 0. 50% 0隨著軋制技術(shù)的進(jìn)步，尤其是軋制高等 級(jí)、高強(qiáng)度、高韌性板材的需求，傳統(tǒng)的高鎳鉻材質(zhì)，在使用過程中表現(xiàn)出耐磨性差，工作層 會(huì)在使用過程中被磨損而減薄，造成在線磨損嚴(yán)重，輥型保持能力差，難以保證板材尺寸精 度和板形要求；同時(shí)由于中厚板軋輥工作層厚度大，工作層內(nèi)硬度降落和耐磨性變化很大， 使用到中后期軋輥的磨損程度急劇加大，軋輥表面會(huì)出現(xiàn)剝落、掉塊，影響所軋制的鋼板板 面質(zhì)量。中厚板軋制用工作輥使用在單、雙機(jī)架中、寬厚板軋機(jī)上，工作時(shí)采用往返軋制。 往返式軋制對(duì)軋輥的機(jī)械沖擊大，輥面熱裂紋較多、較深。在軋制高強(qiáng)板時(shí)，軋制變形抗力 大，軋制力可達(dá)10000噸甚至更高，且中厚板軋輥輥頸屬特大斷面球鐵，輥頸的抗拉強(qiáng)度是 制造的一個(gè)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種耐磨性能好、 硬度降落小的高等級(jí)、高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥，包括工作層材料為合金鑄鐵的輥身和材料為 鑄鐵的輥芯，工作層的各合金成分及重量百分含量為C 3. 00-3. 50%, Si 0. 40-1. 20%, Mn 0. 50-1. 20 %, P ^ 0. 10 % ;S ^ 0. 05 %, Cr 1. 30-2. 50 %, Ni 3. 20-4. 50 %, Mo 0. 20-1. 00%, W 0. 20-2. 00%, V 1. 00-1. 50%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；輥芯的化 學(xué)成分及重量百分?jǐn)?shù)為 C 2. 80-3. 50%, Si 2. 00-2. 50%, Mn 0. 50-1. 00%, P^O. 10%, S^O. 05%, Cr 0. 20-0. 50%, Ni 0. 20-0. 60%, Mo ^ 0. 20%, Mg 彡 0. 30%，其余為 Fe 和 不可避免的雜質(zhì)。上述高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的制造方法，主要包括
離心鑄造，使用的臥式離心鑄造工藝將上述工作層和輥芯的二種不同性能的金屬 材料結(jié)合在一起，首先將工作層、輥芯材料的鐵水在中頻熔煉爐內(nèi)分別熔煉，當(dāng)二種成份的 鐵水均滿足要求時(shí)分別將鐵水升溫，在溫度達(dá)到離心澆注溫度時(shí)，首先將工作層鐵水放入 澆包內(nèi)并進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理后將鐵水澆注到高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)鑄型內(nèi)，軋輥的工作 層高合金鐵水在離心力的作用下結(jié)晶凝固，當(dāng)工作層鐵水完全凝固后迅速停機(jī)，將已經(jīng)凝 固的工作層連同鑄型一起從離心機(jī)上吊起并與底箱、冒口箱組合在一起，同時(shí)將作為輥芯 的鐵水澆入澆包內(nèi)進(jìn)行復(fù)合球化處理并調(diào)整到適宜澆注的溫度，然后采用頂注法將輥芯鐵 水澆注到工作層的空腔中，從而實(shí)現(xiàn)二種不同成份、性能鐵水良好的冶金結(jié)合；加工及探傷，軋輥脫模后進(jìn)行輥身加工并進(jìn)行結(jié)合層探傷檢測(cè)；熱處理，將探傷檢測(cè)合格的產(chǎn)品裝進(jìn)低溫臺(tái)車式電阻爐內(nèi)進(jìn)行二段回火處理，二 段回火溫度分別為400-550°C，二段回火時(shí)間分別為25 30h。此回火溫度范圍可以根據(jù) 輥面的硬度要求的高低而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是
本發(fā)明高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的使用，能夠較好的滿足軋制高等級(jí)管線 鋼、航空母艦、潛艇等用的高強(qiáng)度、高韌性板材的需求。軋輥的耐磨性、輥型保持能力得到了 大幅的改善，產(chǎn)品耐磨性能提高20%以上，有效減少了噸鋼軋輥消耗，降低了采購成本。本發(fā)明與傳統(tǒng)的中厚板軋制用工作輥工作層材質(zhì)相比，本發(fā)明的軋輥工作層的材 質(zhì)中添加了少量的V、w等強(qiáng)碳化物形成元素，冶金過程中形成vc、w2c等細(xì)小的顆粒狀碳化 物并均勻、彌散的分布在基體上。經(jīng)過適當(dāng)?shù)蔫T造和熱處理工序，軋輥工作層的組織中碳化 物的形態(tài)發(fā)生了明顯變化，由原來的大塊的共晶或萊氏體碳化物變?yōu)閴K狀碳化物和顆粒碳 化物。通過強(qiáng)碳化物形成元素v、w的添加，軋輥工作層的顯微組織、碳化物形態(tài)發(fā)生明顯改 善，碳化物含量、分布控制均勻一致。高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥單次在機(jī)時(shí)間長，一 般連續(xù)工作24小時(shí)以上，因此在高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥工作層中加入少量的W、 V，輥身工作層組織中碳化物含量也比較少，這樣可以保證輥身工作層組織中存在足夠的石 墨量緩解工作時(shí)熱裂紋的擴(kuò)展。且通過調(diào)整鑄造和熱處理工藝使輥芯的性能發(fā)生了很大的 變化，輥頸的抗拉強(qiáng)度明顯提高。傳統(tǒng)的中厚板軋機(jī)用工作輥的輥頸抗拉強(qiáng)度一般控制在 320-450MPa之間，而本發(fā)明的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的輥頸抗拉強(qiáng)度可以普遍控 制在450Mpa以上，甚至最高達(dá)到550MPa。本發(fā)明中高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的高耐磨性能的實(shí)現(xiàn)，主要是通過合金 成分合理匹配，在傳統(tǒng)高鎳鉻產(chǎn)品基礎(chǔ)上，添加V、W等特殊碳化物形成元素，使組織中出現(xiàn) VC、V2C、舭、1)6(等耐磨質(zhì)點(diǎn)，這些細(xì)小的顆粒狀碳化物均勻、彌散的分布在基體上，以提高 基體的耐磨性。改進(jìn)的鑄造、熱處理工藝能夠改善軋輥凝固條件，控制良好的石墨形態(tài)，并 能細(xì)化晶粒，提高基體顯微硬度，進(jìn)一步提高耐磨性。鑒于組織的改善，在硬度控制上面，原 產(chǎn)品一般輥身硬度一般控制在70-76HS，而本發(fā)明產(chǎn)品的輥身硬度能夠達(dá)到75-82HS之間， 輥身硬度明顯提高。本發(fā)明的通過調(diào)整鑄造工藝，細(xì)化石墨和碳化物，使石墨和碳化物含量穩(wěn)定且分 布均勻；再通過調(diào)整熱處理工藝，使工作輥工作層的硬度落差小于3HS，在整個(gè)軋輥服役期 表現(xiàn)出穩(wěn)定一致的耐磨損性能，輥形保持能力強(qiáng)。本發(fā)明的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的輥頸強(qiáng)度高，主要是通過調(diào)整鑄造、熱處理工藝，控制輥芯和輥頸組織中的石墨和碳化物含量及基體組織類型。傳統(tǒng)的高鎳鉻 產(chǎn)品輥頸雖然石墨球化良好，但石墨尺寸較粗大并且輥頸組織中碳化物含量較多，僅有少 量鐵素體；新產(chǎn)品中石墨形態(tài)更加細(xì)小，球化等級(jí)更高，輥頸組織中存在牛眼鐵素體，輥頸 強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，同時(shí)具有一定的韌塑性，增強(qiáng)高強(qiáng)板軋制時(shí)抗沖擊和抗過載能力。


圖1、圖2為本發(fā)明的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥工作層的金相組織照片。其 中圖1是放大50倍的石墨照片，采用光學(xué)顯微鏡在未腐蝕狀態(tài)下拍攝；圖2是放大500倍 的工作層組織照片，采用光學(xué)顯微鏡在腐蝕狀態(tài)下拍攝，圖2中白色的為碳化物，黑色的為 貝氏體基體。圖3、圖4為本發(fā)明的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥輥頸部分的金相組織照片。 其中圖3是放大50倍的石墨照片，采用光學(xué)顯微鏡在未腐蝕狀態(tài)下拍攝；圖4是放大100 倍的輥頸組織照片，采用光學(xué)顯微鏡在腐蝕狀態(tài)下拍攝，圖4中條狀白色物為碳化物，圓環(huán) 狀白色物為鐵素體，黑色的為貝氏體基體。圖5為工作層的石墨50倍放大照片，其中小黑點(diǎn)為塊狀石墨；圖6為放大組織的500倍工作層組織照片，其中黑色部分為貝氏體組織、白色部分 為碳化物；圖7為輥頸的石墨的50倍放大照片，其中小黑點(diǎn)為球狀石墨；圖8為輥頸100倍放大照片，黑色部分為珠光體、白色圓圈部分(中間為黑色)為 鐵素體、長條狀白色部分為碳化物。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1 一種軋制高等級(jí)高強(qiáng)中厚板的工作輥，其工作層的各合金成分及重量百分含量 為C3. 10%;Si0. 90%,Mn0. 85%,P^0. 03%,S^0. 03%,Crl. 75%,Ni4. 35%,MoO. 40%, WO. 30%, VI. 20%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；輥芯的鑄鐵各合金成分及重量百分含量 為C 3. 30% ；Si 2. 45% ；Mn 0. 60% ；P 彡 0. 05% ；S ^ 0. 01% ；Cr 0. 23% ；Ni 0. 58% ； Mo 彡 0. 12% ；Re 彡 0. 28%。該工作輥的制造方法為鑄造工藝。首先在15噸中頻爐內(nèi)熔煉工作層的高合金鐵水，用30噸中頻爐熔煉 輥芯鑄鐵水。當(dāng)工作層鐵水以及輥芯鐵水成份達(dá)到上述要求時(shí)，將工作層鐵水的溫度和輥 芯鐵水的溫度均調(diào)整到適合離心澆注的溫度。首先將工作層鐵水出爐并在澆注包內(nèi)進(jìn)行變 質(zhì)處理；啟動(dòng)離心機(jī)，將工作層鐵水澆入到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)。當(dāng)工作層鐵水完全結(jié)晶凝固 后離心機(jī)減速并停機(jī)，然后將工作層連同鑄型一起從離心機(jī)上吊起并與底箱、冒口箱組合 在一起；同時(shí)出輥芯鐵水并在澆注包內(nèi)進(jìn)行復(fù)合球化處理，然后將溫度適宜的輥芯鐵水澆 注到已經(jīng)組裝在一起的鑄型、底箱、冒口箱內(nèi)。軋輥脫模后用機(jī)械加工方法對(duì)軋輥進(jìn)行剝皮 加工，然后對(duì)工作層和輥芯的結(jié)合層進(jìn)行探傷檢測(cè)，檢測(cè)合格的軋輥裝進(jìn)廂式電阻爐內(nèi)進(jìn) 行熱處理。
本發(fā)明產(chǎn)品由于工作層合金含量高，不再進(jìn)行淬火處理，只是進(jìn)行二段回火處理。
第一段回火 430-440°C X25h，第二段回火，470-480°C X28h。經(jīng)上述處理后，軋輥的工作層硬度為78-81HSD，硬度均勻性彡4HSD，金相組織如
圖5和圖6所示；軋輥的輥頸的抗拉強(qiáng)度為535MPa，金相組織如圖7、圖8所示。實(shí)施例2 實(shí)施例4實(shí)施例2 4的各實(shí)施例中的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的鑄造方法與實(shí)施
例1相同，各實(shí)施例的成分含量及熱處理方法、性能等如下表所示。
實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例權(quán)利要求
高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥，包括工作層材料為合金鑄鐵的輥身和材料為鑄鐵的輥芯，其特征在于工作層的各合金成分及重量百分含量為C3.00 3.50％，Si0.40 1.20％，Mn0.50 1.20％，P≤0.10％；S≤0.05％，Cr1.30 2.50％，Ni3.20 4.50％，Mo0.20 1.00％，W0.20 2.00％，V1.00 1.50％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；輥芯的化學(xué)成分及重量百分?jǐn)?shù)為C2.80 3.50％，Si2.00 2.50％，Mn0.50 1.00％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr0.20 0.50％，Ni0.20 0.60％，Mo≤0.20％，Re≤0.30％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥的制造方法，其特征在于 其制造方法主要包括離心鑄造，首先將工作層、輥芯材料的鐵水在中頻熔煉爐內(nèi)分別熔煉，熔煉溫度 1450-1550°C，當(dāng)二種成份的鐵水均滿足要求時(shí)分別將鐵水升溫，在溫度達(dá)到離心澆注溫度 (1260-1320)時(shí)，首先將工作層鐵水放入澆注包內(nèi)并進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理后將鐵水澆注 到高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)鑄型內(nèi)，當(dāng)工作層鐵水完全凝固后迅速停機(jī)，將已經(jīng)凝固的工作層連 同鑄型一起從離心機(jī)上吊起并與底箱、冒口箱組合在一起，同時(shí)將作為輥芯的鐵水澆入澆 注包內(nèi)進(jìn)行復(fù)合球化處理并調(diào)整到適宜澆注的溫度，然后采用頂注法將輥芯鐵水澆注到工 作層的空腔中；加工及探傷，軋輥脫模后進(jìn)行輥身加工并進(jìn)行結(jié)合層探傷檢測(cè)；熱處理，將探傷檢測(cè)合格的產(chǎn)品裝進(jìn)低溫臺(tái)車式電阻爐內(nèi)進(jìn)行二段回火處理，二段回 火溫度分別為400-550°C，二段回火時(shí)間分別為25 30h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高等級(jí)高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥及其制造方法，它應(yīng)用于軋鋼行業(yè)的中厚板軋機(jī)。工作層的各合金成分及重量百分含量為C3.00-3.50％，Si0.40-1.20％，Mn0.50-1.20％，P≤0.10％；S≤0.05％，Cr1.30-2.50％，Ni3.20-4.50％，Mo0.20-1.00％，W0.20-2.00％，V1.00-1.50％；輥芯的化學(xué)成分及重量百分?jǐn)?shù)為C2.80-3.50％，Si2.00-2.50％，Mn0.50-1.00％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr0.20-0.50％，Ni0.20-0.60％，Mo≤0.20％，Re≤0.30％。本發(fā)明采用離心復(fù)合鑄造的工藝方法并經(jīng)過400-550℃×25～30h二段回火生產(chǎn)制得的工作輥，是一種具有耐磨性能好、硬度降落小的高等級(jí)、高強(qiáng)中厚板軋制用工作輥。
文檔編號(hào)B22D13/02GK101954378SQ20101029078
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者劉娣, 孫格平, 張沖, 馬大江 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司