專利名稱：熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及軋輥制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國大量引進(jìn)、新建先進(jìn)的鋼管生產(chǎn)機(jī)組，擁有世界上所有先進(jìn)的軋管機(jī)機(jī)型和大型機(jī)組，其中不乏世界首創(chuàng)。我國已成為世界上最大的鋼管生產(chǎn)國和消費(fèi)國，鋼管軋輥消耗量世界最大。先進(jìn)的鋼管生產(chǎn)機(jī)組和高級(jí)別合金鋼管的生產(chǎn)對(duì)軋輥提出了更高的要求。熱軋無縫鋼管連軋機(jī)軋輥服役條件惡劣，工作溫度一般為1120-1200°C，軋輥同時(shí)還要承受冷卻水的激冷激熱作用。當(dāng)工作溫度低于iioo°c時(shí)，由于軋件變形抗力增加，易損壞軋輥和芯棒。連軋機(jī)軋輥在使用中需經(jīng)過多次車削修復(fù)，要求連軋輥同時(shí)具有高強(qiáng)度、高韌性、耐激冷激熱性和足夠厚的耐磨損的工作層。因此，國內(nèi)外熱軋無縫鋼管連軋機(jī)軋輥選用材料通常為合金球墨鑄鐵，依靠合金元素來提高鋼管連軋機(jī)軋輥的的性能。熱軋無縫鋼管連軋機(jī)軋輥屬厚大件，其制造難點(diǎn)在于獲得球化率和球化級(jí)別較高的基體，以及進(jìn)行等溫淬火獲得較高的綜合性能。目前國內(nèi)外熱軋無縫鋼管連軋機(jī)軋輥化學(xué)成分中由于含有較高含量的鎳、鉬成分，而厚大件鑄造時(shí)易產(chǎn)生球化衰退，使得球化率和球化級(jí)別較低，碳化物含量較高；又因?yàn)楹翊蠹葴卮慊痣y度較大，故采用相對(duì)簡單的正、回火熱處理工藝，從而使其力學(xué)性能較差抗拉強(qiáng)度一般為390-500MPa、沖擊韌性只有 2. 2-3. 2J/cm2,因此在使用中易產(chǎn)生碎裂而影響生產(chǎn)。連軋機(jī)軋輥每次使用后均需修復(fù)孔型，車削量一般為3mm左右，雖然報(bào)廢軋輥可以回收重熔，但報(bào)廢軋輥重量一般要損失10-20%。而真正在生產(chǎn)中的磨損量比車削量要少，絕大部分都在修復(fù)中變?yōu)閺U屑。尤其是在軋制批量小的鋼管時(shí)，有時(shí)使用壽命僅為正常的20%左右，用過后仍需修復(fù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)所生產(chǎn)的軋輥由于所使用的材料尤其是貴重金屬鎳、鉻的大量加入以及軋輥力學(xué)性能不佳，使軋輥的修復(fù)量加大，造成了軋輥制造和使用企業(yè)生產(chǎn)成本的增加以及貴重金屬材料的很大浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無鎳無鉻以及低鉬合金減量化成分設(shè)計(jì)的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法。本發(fā)明采用特殊的鑄造方法提高球化率和球化級(jí)另O、采用等溫淬火熱處理提高軋輥的綜合性能，解決了厚大件球墨鑄鐵鑄造及等溫淬火難的問題，制造出滿足服役條件的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，避免軋輥在使用中碎裂，降低制造和使用成本，減少貴重金屬鎳、鉻、鉬和能源的消耗。目前，在金屬產(chǎn)品的材料設(shè)計(jì)中，合金減量化設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)者的追求目標(biāo)。即在滿足產(chǎn)品服役條件的前提下，盡可能的減少合金含量，尤其是減少貴重金屬含量的加入成為低碳要求、節(jié)約材料和能源的重要原則。而本發(fā)明正是遵循這一原則進(jìn)行實(shí)施的過程。
本發(fā)明采用兩種技術(shù)方案完成其目的。本發(fā)明的一方面為一種熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，該軋輥的特點(diǎn)在于采用了合金減量化設(shè)計(jì)，軋輥的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為c 3. 2-4. 0%, Si 2. 3-2. 9%, Mn ≤ 0. 30%, Cu :0. 2-0. 6%, Mo :0. 2-0. 4%, Ti 0. 05-0. 1%,A1 :0. 02-0. 05%,Bi :0. 002-0. 005%,Mg :0. 04-0. 06%,P ^ 0. 06、S ^ 0. 02，
余量為鐵。本發(fā)明的另一方面為一種熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥制備方法，該方法采用以下步驟鑄型設(shè)計(jì)根據(jù)軋輥的結(jié)構(gòu)形狀，選用圓截面變徑式或圓截面近等厚式純砂或復(fù)合砂型，鑄型澆道為獨(dú)立設(shè)置；其中，所述圓截面變徑式砂型是指將砂型根據(jù)連軋輥的形狀分為上部短軸、中間輥環(huán)和下部長軸3部分，每部分圓砂箱直徑根據(jù)連軋輥該部分直徑確定，整體砂型呈階梯狀，同時(shí)使砂型的厚度從下到上逐步增加；所述上部短軸部分砂型厚度為150-250mm純砂型；中間輥環(huán)上、下及外圓部分砂型厚度為130-200mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15-25mm純砂型；下部長軸部分砂型厚度為100-160mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15-25mm純砂型；砂型上刷涂有摻入0. 05% -0. 碲粉的涂料；所使用的復(fù)合砂型是在型砂中混有Φ30-40πιπι鋼球。冶煉選用合金減量化設(shè)計(jì)軋輥材料進(jìn)行冶煉，獲得所需要的澆鑄液；澆鑄軋輥材料中的鉍為在鑄型內(nèi)孕育；在臨近澆鑄時(shí)選用含鍶、鋇孕育劑以及球化劑進(jìn)行臨近澆鑄孕育和球化，澆鑄時(shí)加入2% -5%的懸浮劑，使其均勻分布于澆鑄液中，凝固時(shí)間控制在2小時(shí)之內(nèi)；加工、熱處理及檢驗(yàn)對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工、等溫淬火、精加工以及檢驗(yàn)；其中， 等溫淬火是將粗加工后的軋輥放入淬火介質(zhì)為50% NaN03+50% KaNO3、溫度為260°C -290°C 的混合熔鹽中進(jìn)行等溫淬火，等溫時(shí)間為30-60min，然后取出軋輥進(jìn)行空冷；其中，所述等溫淬火的等溫溫差為設(shè)定溫度士 10°C，熔鹽重量與每次處理工件重量比>6 1。最后對(duì)軋輥進(jìn)行精加工和檢驗(yàn)。本發(fā)明制備的軋輥，由于采用無鎳、鉻及低鉬合金減量化成分設(shè)計(jì)，添加了鋁、銅、 鈦、鉍等強(qiáng)石墨化元素，采用獨(dú)特的圓截面變徑式純砂或復(fù)合砂型、澆鑄時(shí)加入懸浮劑等技術(shù)，獲得了高質(zhì)量的軋輥毛坯，并通過等溫淬火熱處理、加工等過程獲得高強(qiáng)度、高韌性和足夠的耐磨性的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，有效的防止了軋輥在使用中易產(chǎn)生碎裂的問題，既降低了貴重金屬的使用和消耗，又充分保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行，達(dá)到了本發(fā)明降低制造及使用成本的目的。本發(fā)明通過采用合金減量化設(shè)計(jì)軋輥以及通過有效控制鑄型凝固時(shí)間等方法步驟，獲得了球化率和球化級(jí)別較高的球墨鑄鐵連軋輥毛坯，通過等溫淬火使成品軋輥的硬度達(dá)到270-450HB，抗拉強(qiáng)度達(dá)到790_890MPa，。達(dá)到或超過了與現(xiàn)有無縫鋼管連軋機(jī)合金軋輥的使用性能。


圖1為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖并結(jié)合本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明采用合金減量化設(shè)計(jì)并經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，選擇軋輥成分以重量百分比計(jì)C: 3. 2-4. 0%,Si :2. 3-2. 9%,Mn 彡 0. 30%,Cu :0. 2-0. 6%,Mo :0. 2-0. 4%,Ti :0. 05-0. 1%, Al :0. 02-0. 05%, Bi :0. 002-0. 005%,Mg :0. 04-0. 06%,P ^ 0. 06、S 彡 0. 02，余量為鐵。本發(fā)明的另一組合金減量化設(shè)計(jì)軋輥以重量百分比計(jì)為C :3. 6-3.8%、 Si 2. 5-2. 8 Mn ^ 0. 30 Cu :0. 4-0. 6 Mo :0. 2-0. 4 Ti :0. 05-0. 08 Al 0. 02-0. 05%, Bi 0. 002-0. 005%,Mg :0. 04-0. 06%,P ^ 0. 06、S 彡 0. 02。本發(fā)明在上述軋輥成分組分的范圍內(nèi)按其重量百分比進(jìn)行配比，并采用本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)的制備方法進(jìn)行制備，達(dá)到節(jié)約貴重金屬、節(jié)省生產(chǎn)成本，以及滿足生產(chǎn)需要的目的。本發(fā)明的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥制備方法具有如下步驟鑄型設(shè)計(jì)根據(jù)軋輥的結(jié)構(gòu)形狀，選用圓截面變徑式或圓截面近等厚式純砂或復(fù)合砂型；鑄型澆道為獨(dú)立設(shè)置澆道。鑄型圓截面是使用圓型砂箱而不是傳統(tǒng)的方形砂箱，使每部分的砂型厚度相同，冷卻條件一致。鑄型圓截面變徑式是將砂型根據(jù)連軋輥的形狀分為上部短軸、中間輥環(huán)和下部長軸3部分，每部分圓砂箱直徑根據(jù)連軋輥該部分直徑確定，整體砂型呈階梯狀，同時(shí)使砂型的厚度從下到上逐步增加，以利澆鑄液按順序凝固。其中所述上部短軸部分砂型厚度為150_250mm純砂型；中間輥環(huán)上、下及外圓部分砂型厚度約為130-200mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15_25mm純砂型；在中間輥環(huán)部分砂箱外部設(shè)有3條或多條連接支撐與底箱連接，以維持整個(gè)砂型的穩(wěn)定并保證鑄型的密封；下部長軸部分砂型厚度為100-160mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15_25mm純砂型； 鑄型底箱直徑與中間輥環(huán)部分砂箱相同；復(fù)合砂型是在型砂中混有Φ30-40πιπι鋼球。在砂型上刷涂有摻入0. 05-0. 碲粉的優(yōu)質(zhì)涂料。冶煉選用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的合金減量化設(shè)計(jì)軋輥材料進(jìn)行冶煉。由于錳、硫均為反石墨化元素，因此應(yīng)選用錳、硫、磷含量盡可能低的原材料，獲得所需要的澆鑄鐵液；澆鑄軋輥材料中的鉍是在鑄型內(nèi)孕育的，加入0.002-0. 005%的鉍可明顯增加石墨球數(shù)；在臨近澆鑄時(shí)選用抗球化衰退效果好的含鍶、鋇孕育劑和重稀土球化劑并按常規(guī)用量加入，進(jìn)行臨近澆鑄孕育和球化。澆鑄時(shí)加入與澆鑄液成分相近的粒度為3-5mm的白口化鐵丸做為懸浮劑，加入量2-5%，使其均勻分布于澆鑄液中，可有效抑制球化衰退。鐵液的凝固時(shí)間一般控制在2小時(shí)之內(nèi)為宜，以使軋輥的球化率達(dá)到1-2級(jí)、球化級(jí)別達(dá)到 6-8 級(jí)。然后，對(duì)軋輥毛坯進(jìn)行粗加工、工序檢驗(yàn)以及等溫淬火。等溫淬火是將粗加工后的軋輥放入淬火介質(zhì)為50% NaN03+50 % KaNO3混合熔鹽中、等溫溫度根據(jù)需要在 2600C -290°C中設(shè)定，等溫溫差為設(shè)定溫度的士 10°C，熔鹽重量與每次處理工件重量比應(yīng) 1，并用在熔鹽中通風(fēng)和在熔鹽中密封的水管中通冷卻水控制溫升，等溫時(shí)間根據(jù)需要在30-60min中設(shè)定，完后取出空冷。最后進(jìn)行工序檢驗(yàn)、精加工及成品檢驗(yàn)，使成品軋輥的物理性能達(dá)到硬度 270-450HB，抗拉強(qiáng)度彡 700MPa。實(shí)施例1
實(shí)施例1為制造Φ460熱軋無縫鋼管連軋機(jī)軋輥，軋輥化學(xué)成分按重量百分比(％ Wt)見表1。表 權(quán)利要求
1.一種熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，其特征在于，采用合金減量化設(shè)計(jì)軋輥， 軋輥以重量百分比計(jì)為:C 3. 2-4. O %, Si 2. 3-2. 9 %, Mn ^ 0. 30 %, Cu 0. 2-0. 6%, Mo :0. 2-0. 4%, Ti :0. 05-0. 1%, Al 0. 02-0. 05%, Bi 0. 002-0. 005Mg 0. 04-0. 06%、 P彡0. 06、S彡0. 02，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，其特征在于，軋輥以重量百分比計(jì)為:C 3. 6-3. 8%、Si 2. 5-2. 8%, Mn 彡 0. 30%, Cu :0· 4-0. 6%, Mo :0· 2-0. 4%, Ti :0. 05-0. 08 Al :0. 02-0. 05 Bi :0. 002-0. 005 Mg :0. 04-0. 06 P ^ 0. 06、 S 彡 0· 02。
3.一種熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥制備方法，其特征在于采用以下步驟鑄型設(shè)計(jì)根據(jù)軋輥的結(jié)構(gòu)形狀，選用圓截面變徑式或圓截面近等厚式純砂或復(fù)合砂型，鑄型澆道為獨(dú)立設(shè)置；冶煉選用合金減量化設(shè)計(jì)軋輥材料進(jìn)行冶煉，獲得所需要的澆鑄液；澆鑄軋輥材料中的鉍為在鑄型內(nèi)孕育；在臨近澆鑄時(shí)選用含鍶、鋇孕育劑以及球化劑進(jìn)行臨近澆鑄孕育和球化，澆鑄時(shí)加入2% -5%的懸浮劑，使其均勻分布于澆鑄液中，凝固時(shí)間控制在2小時(shí)之內(nèi)；加工、熱處理及檢驗(yàn)對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工、等溫淬火、精加工以及檢驗(yàn)；其中，等溫淬火是將粗加工后的軋輥放入淬火介質(zhì)為50% NaN03+50% KaNO3、溫度為260°C _290°C的混合熔鹽中進(jìn)行等溫淬火，等溫時(shí)間為30-60min，然后取出軋輥進(jìn)行空冷，其后對(duì)軋輥進(jìn)行精加工和檢驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述圓截面變徑式或圓截面近等厚式純砂或復(fù)合砂型是指將砂型根據(jù)連軋輥的形狀分為上部短軸、中間輥環(huán)和下部長軸3部分，每部分圓砂箱直徑根據(jù)連軋輥該部分直徑確定，整體砂型呈階梯狀，同時(shí)使砂型的厚度從下到上逐步增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述上部短軸部分砂型厚度為 150-250mm純砂型；中間輥環(huán)上、下及外圓部分砂型厚度為130_200mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15-25mm純砂型；下部長軸部分砂型厚度為100-160mm復(fù)合砂型，靠型腔內(nèi)部厚度約為15-25mm純砂型；砂型上刷涂有摻入0. 05% -0. 碲粉的涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述制備方法，其特征在于，所述復(fù)合砂型是在型砂中混有 Φ30-40ι πι 鋼球。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述制備方法，其特征在于，所述中間輥環(huán)部分砂箱的外部設(shè)有至少3條連接支撐與底箱連接，以維持整個(gè)砂型的穩(wěn)定以及保證鑄型的密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述球化劑為重稀土球化劑；懸浮劑為白口化鐵丸，粒度為5-7mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述等溫淬火的等溫溫差為設(shè)定溫度士 10°c，熔鹽重量與每次處理工件重量比>6 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備方法，其特征在于，軋輥的硬度為270-450HB，抗拉強(qiáng)度彡 700MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法，該方法根據(jù)軋輥的結(jié)構(gòu)形狀，選用圓截面近等厚復(fù)合砂型，選用合金含量低的原材料進(jìn)行冶煉，將鑄型凝固時(shí)間控制在2小時(shí)之內(nèi)，對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行等溫淬火，最后對(duì)軋輥進(jìn)行精加工和檢驗(yàn)；本發(fā)明同時(shí)提供一種無鎳無鉻以及低鉬合金減量化成分設(shè)計(jì)的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，制造出滿足服役條件的熱軋無縫鋼管連軋機(jī)球墨鑄鐵軋輥，避免軋輥在使用中碎裂，減少了貴重金屬鎳、鉻、鉬和能源的消耗，降低了企業(yè)的制造和使用成本。
文檔編號(hào)C21D9/38GK102330013SQ20111029076
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉行一, 張凝, 王平, 袁厚之 申請人:山東省四方技術(shù)開發(fā)有限公司