棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法，其包括鋼水熔煉、澆注、退火、粗加工、熱處理和精加工工序；所述鋼水熔煉工序：分別熔煉軋輥芯部鐵水、中間過(guò)渡層鐵水和軋輥工作層鐵水；所述軋輥芯部采用過(guò)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵，中間過(guò)渡層采用石墨半鋼，軋輥工作層采用高速鋼；所述澆注工序：先離心澆注軋輥工作層，再離心澆注中間過(guò)渡層，合箱后靜態(tài)澆注軋輥芯部。本復(fù)合軋輥中間過(guò)渡層的設(shè)置，一方面避免了因工作層和芯部在短距離內(nèi)性能的差異而造成的在結(jié)合層出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況；一方面阻斷了工作層碳化物形成元素如Cr、W、V等元素向軋輥芯部擴(kuò)散，避免了軋輥芯部強(qiáng)度的降低；降低甚至棄用了部份貴重金屬，生產(chǎn)成本大為下降。
【專利說(shuō)明】棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軋輥鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)世界鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，使軋輥的消耗越來(lái)越大，對(duì)其軋輥性能的要求 也越來(lái)越高。而高速鋼軋輥以其較高的硬度、優(yōu)良耐磨性和高紅硬性等特點(diǎn)，已逐步在熱軋 帶鋼精軋機(jī)、鋼管軋機(jī)、型鋼軋機(jī)和棒、線材軋機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)外高速鋼軋 輥成制造技術(shù)較多，主要有日本新日鐵的CPC (連續(xù)復(fù)合燒注法），日本和英國(guó)合作開(kāi)發(fā)噴 射沉積法，日本開(kāi)發(fā)了 ESR電渣重熔法等，上述軋輥制造新工藝盡管具有各自的優(yōu)點(diǎn)，但普 遍存在生產(chǎn)效率低和成本較高等不足，因此，在軋輥生產(chǎn)中并未獲得廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外 制造棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥，主要是采用生產(chǎn)效率高的離心鑄造法，在采用離心鑄造時(shí)， 由于軋輥工作層金屬與軋輥芯部金屬的合金含量差距較大，如何解決好高速鋼軋輥工作層 與芯部的結(jié)合問(wèn)題和輥頸的強(qiáng)度問(wèn)題是離心生產(chǎn)高速鋼軋輥的難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)合質(zhì)量好、強(qiáng)度高的棒線材用高速鋼復(fù)合 軋輥；本發(fā)明還提供了一種棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：其由軋輥芯部、中間過(guò)渡層和 軋輥工作層構(gòu)成；所述軋輥芯部材質(zhì)為高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵，中間過(guò)渡層材質(zhì)為石墨半鋼， 軋輥工作層材質(zhì)為高速鋼。
[0005] 本發(fā)明所述過(guò)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵的重量成分為：C 3. 0?3. 5%，SiL 6?2. 2%， MnO. 3 ?0· 8%，NiO. 4 ?0· 8%，Cr 彡 0· 2%，Mg 彡 0· 05%，P 彡 0· 1%，S 彡 0· 035%，其余為鐵和 不可避免的雜質(zhì)元素； 所述石墨半鋼的重量成分為：C L 0?L 5%，Si L 4?L 8%，Mn 0· 4?L 0%，Ni 0· 3? 0. 8%，P < 0. 025%，S < 0. 035%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素； 所述高速鋼的重量成分為：C 1. 5?1. 8%，Si 0. 2?0. 6%，Mn 0. 2?0. 6%，Ni 0. 3? 0· 6%，Cr 5. 0 ?6. 0%，Mo 4. 0 ?5. 0%，V 3. 0 ?4. 0%，Nb 0· 5 ?1. 5, W 1. 5 ?2. 0%，其余 為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0006] 本發(fā)明方法包括鋼水熔煉、澆注、退火、粗加工、熱處理和精加工工序； 所述鋼水熔煉工序：分別熔煉軋輥芯部鐵水、中間過(guò)渡層鐵水和軋輥工作層鐵水；所 述軋輥芯部采用過(guò)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵，中間過(guò)渡層采用石墨半鋼，乳輥工作層采用高速 鋼； 所述澆注工序：先離心澆注軋輥工作層，再離心澆注中間過(guò)渡層，合箱后靜態(tài)澆注軋輥 芯部。
[0007] 本發(fā)明方法所述過(guò)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵、石墨半鋼和高速鋼采用上述的重量成 分。
[0008] 本發(fā)明方法所述鋼水熔煉工序，所述高速鋼在出鋼水前，在包底加入稀土硅鐵合 金1?3kg/t，娃興合金1?3kg/t，娃锫合金1?2kg/t，對(duì)高速鋼鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。
[0009] 本發(fā)明方法所述鋼水熔煉工序，中間過(guò)渡層鐵水出鋼前，包底加入1?3kg/t硅鈣 合金、1?3kg/t稀土娃鐵進(jìn)行處理。
[0010] 本發(fā)明方法所述鋼水熔煉工序，乳輥芯部鐵水出鐵前，包底加入75硅鐵2?3kg/ t、·乙基重稀土球化劑18?20kg/t、娃锫合金1?2kg/t，對(duì)芯部鐵水進(jìn)行球化孕育處理。
[0011] 本發(fā)明方法所述熱處理工序：退火溫度為860±5°c，淬火溫度為1050°C ±5°C，淬 火后分別采用510±5°C和530±5°C兩次進(jìn)行回火處理。
[0012] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：（1)本發(fā)明中間過(guò)渡層的設(shè)置，一方 面避免了因工作層和芯部在短距離內(nèi)性能的差異而造成的在結(jié)合層出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況； 一方面阻斷了工作層碳化物形成元素如Cr、W、V等元素向軋輥芯部擴(kuò)散，避免了降低軋輥 芯部強(qiáng)度情況的發(fā)生。
[0013] (2 )與普通高速鋼軋輥相比，本發(fā)明大幅度降低甚至棄用了部份貴重金屬，如金屬 鎢、鈦等，生產(chǎn)成本大幅度下降，比常用的高速鋼軋輥材料成本降低30?40%。
[0014] (3)本發(fā)明方法通過(guò)三次澆注二次復(fù)合成型生產(chǎn)而成，生產(chǎn)過(guò)程方便快捷，易操 作，生產(chǎn)周期短。
[0015] (4)本發(fā)明方法通過(guò)合理的成份設(shè)計(jì)，鋼水變質(zhì)處理、熱處理等手段，乳輥的耐磨 性，熱穩(wěn)定性顯著提高，平均單槽過(guò)鋼比普通高速鋼軋輥過(guò)鋼量提高15?20% ;采用離心鑄 造的生產(chǎn)方式，控制工作層高速鋼材質(zhì)的成份偏析和硬度降落問(wèn)題；獲得的基體組織為回 火馬氏體+彌散分布的碳化物（MC、M2C)的高速鋼，具有性能穩(wěn)定、高硬度和耐磨性的特點(diǎn)。
[0016] (5)本發(fā)明方法獲得的軋輥比普通的高速鋼軋輥耐磨性提高3?5倍，制造費(fèi)用降 低30?40%，使用安全、可靠，推廣使用具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖； 圖2是本發(fā)明工作層組織圖； 圖3是本發(fā)明工作層向中間層的過(guò)渡區(qū)組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019] 圖1所示，本棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法采用三次澆注二次復(fù)合的澆心 鑄造方式，即在軋輥工作層和軋輥芯部之間設(shè)置中間過(guò)渡層，乳輥工作層為針對(duì)棒、線材使 用設(shè)計(jì)的高速鋼材質(zhì)；中間過(guò)渡層采用石墨半鋼材質(zhì)；乳輥芯部采用合金球墨鑄鐵，乳輥 工作層和中間過(guò)渡層在離心機(jī)上澆注成型，然后經(jīng)過(guò)合箱，再將芯部鐵水在靜態(tài)下澆注成 棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥，鑄坯先后經(jīng)過(guò)球化退火、高溫淬火和二次回火熱處理手段，最終 獲得基體組織為回火馬氏體+彌散分布的碳化物（MC、M2C)的高速鋼軋輥。
[0020] 本棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法的成分以及工藝步驟如下所述： (1)成份設(shè)計(jì)： A、軋輥工作層高速鋼材質(zhì)按重量百分比計(jì)，其成分為：C I. 5?I. 8%，Si 0. 2?0. 6%， Mn 0· 2 ?0· 6%，Ni 0· 3 ?0· 6%，Cr 5. 0 ?6· 0%，M〇 4. 0 ?5. 0%，V 3. 0 ?4. 0%，Nb 0· 5 ? 1. 5, W 1. 5?2. 0%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0021] 本復(fù)合軋輥的軋輥工作層高速鋼材增加了 V、Mo含量以取代部分重元素 W，同時(shí)添 加了少量了的鈮，有助于抑制重元素 W造成的比重偏析；同時(shí)在工作層厚度范圍內(nèi)，靠近外 層主要碳化物為WC，靠近中間部分主要碳化物為NbC，靠近里層主要碳化物為VC ;該成分設(shè) 計(jì)與普通高速鋼輥相比，不僅原料成本大幅度下降，而且在工作層厚度范圍內(nèi)硬度降落較 小。
[0022] B、中間過(guò)渡層石墨半鋼材質(zhì)按重量百分比計(jì)，其成分為：C I. 0?1. 5%，Si 1. 4? L 8%，Mn 0· 4?L 0%，Ni 0· 3?0· 8%，P彡0· 025%，S彡0· 035%，其余為鐵和不可避免的雜 質(zhì)元素。中間過(guò)渡層的設(shè)置，一方面避免了因工作層和芯部在短距離內(nèi)性能的差異而造成 的在結(jié)合層出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況；一方面阻斷了工作層碳化物形成元素如Cr、W、V等元素 向軋輥芯部擴(kuò)散，避免了降低軋輥芯部強(qiáng)度情況的發(fā)生。
[0023] C、軋輥芯部球墨鑄鐵材質(zhì)按重量百分比計(jì)，其成分為：C 3. 0?3. 5%，Si 1. 6? 2. 2%，Mn 0· 3 ?0· 8%，NiO. 4 ?0· 8%，Cr 彡 0· 2%，Mg 彡 0· 05%，P 彡 0· 1%，S 彡 0· 035%，其余 為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。軋輥芯部成分設(shè)計(jì)有意增加了 Ni的含量，有利于提高軋輥輥 頸的強(qiáng)度。
[0024] (2)爐前鋼、鐵水處理方式： A、軋輥工作層高速鋼材質(zhì)，出鋼水前，在包底加入稀土硅鐵合金1?3kg/t、硅鈣合金 1?3kg/t、娃锫合金1?2kg/t,其作用是對(duì)高速鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，以細(xì)化晶粒、改善 碳化物的形態(tài)和分布，提高軋輥的抗熱裂性能。
[0025] B、中間過(guò)渡層鐵水出鋼前，按出鋼重量計(jì)，包底加入1?3kg/t硅鈣合金、1? 3kg/t稀土硅鐵進(jìn)行處理。
[0026] C、軋輥芯部鐵水出鐵前，按出鐵水量，包底加入75硅鐵2?3kg/t、釔基重稀土球 化劑18?20kg/t、硅鋯合金1?2kg/t，對(duì)芯部鐵水進(jìn)行球化孕育。與普通軋輥芯部鐵水 處理方式相比，本軋輥芯部采釔基重稀土球化劑，可以減緩球化衰退，同時(shí)采用復(fù)合孕育的 方式，增強(qiáng)孕育效果，這兩方面都有利于輥頸強(qiáng)度的提高。
[0027] 在合金熔煉過(guò)程中不單獨(dú)加入鎂，鎂是釔基重稀土球化劑的組成成分，在芯部 鐵水出鐵前，包底加入的釔基重稀土球化劑，使得鐵水的殘鎂量一般> 〇. 05%，且不超過(guò) 0. 1%，認(rèn)為鐵水合格；如果鎂燒損嚴(yán)重，使殘鎂量小于0. 05%，則認(rèn)為鐵水不合格。
[0028] 上述合金的國(guó)標(biāo)牌號(hào)分別為：75娃鐵：FeSi75_A ;稀土娃鐵：195026 ;娃I丐合金： Ca24Si60 ;硅鋯合金：Si75Zr2 ;釔基重稀土球化劑：195105A。
[0029] (3)鋼水熔煉： 軋輥各層按（1)成分設(shè)計(jì)要求的材質(zhì)成分進(jìn)行熔煉。
[0030] (4)澆注： A、離心澆注時(shí)冷型溫度要求120?150°C，離心機(jī)轉(zhuǎn)速950r/min，乳輥工作層鋼水澆注 溫度為1470?1490°C，乳輥工作層鋼水澆注完成后，向冷型內(nèi)腔按3. 8kg/m2加入"0"型玻 璃渣，防止氧化。
[0031] B、軋輥工作層離心旋轉(zhuǎn)時(shí)間3?5min后，開(kāi)始澆注中間過(guò)度層，中間過(guò)度層澆注 溫度為1470?1490°C，控制中間過(guò)度層澆注的單邊厚度為20?25mm，澆注完成后，向離心 內(nèi)腔按3. 8kg/m2加入"0"型玻璃漁，防止型腔內(nèi)鋼水氧化。
[0032] C、合箱：澆入中間層5?8min后，離心機(jī)停轉(zhuǎn)；將冷型與底箱和冒口組合，合箱時(shí) 間控制在3min以內(nèi)，以防止時(shí)間太長(zhǎng)，工作層溫度太低造成結(jié)合不良。
[0033] D、填芯(靜態(tài)）澆注：合箱后，開(kāi)始澆注軋輥芯部鐵水，鐵水澆注溫度為1480? 1500°C，在澆注過(guò)程中，按澆注鐵水重量，隨流加入1?I. 5kg/t硅鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化 晶粒，提1?棍頸強(qiáng)度。
[0034] E、保溫：填芯澆注完成后，將保溫罩套在冷型外側(cè)，以降低工作層與中間層的冷卻 速度，使中間層和芯部鐵水能充分的熔合。保溫8小時(shí)后可將保溫罩去除，當(dāng)冷型溫度降到 100°C以下時(shí)，可以開(kāi)箱。
[0035] F、開(kāi)箱清砂：利用天車，分別將軋輥底箱、冒口和冷型去除，并清理軋輥表面型 砂。
[0036] (5)等溫球化退火： 將毛坯輥及時(shí)進(jìn)行球化退火處理，去除鑄造應(yīng)力，降低硬度，以便于切削加工，并為隨 后的淬火、回火熱處理做好組織準(zhǔn)備；退火溫度為860±5°C。
[0037] (6)粗加工： 將退火后的軋輥按照粗車圖紙進(jìn)行加工。
[0038] (7)熱處理： 本方法采用1050°C高溫淬火，淬火后分別采用510°C和530°C進(jìn)行回火處理。采用高溫 處理時(shí)，鋼中的二次碳化物可充分溶解，一次碳化物可部分溶解。這些碳化物所含有的碳和 合金兀素溶入到奧氏體中，并在淬火時(shí)固溶于貝氏體和馬氏體中，在回火時(shí)析出彌散分布 的粒狀碳化物；這樣有利于獲得高的硬度和耐磨性。因此，高速鋼淬火時(shí)，在保證晶粒不長(zhǎng) 大的原則下，盡可能提高加熱溫度；但淬火溫度太高，又會(huì)影響到軋輥芯部球鐵的強(qiáng)度；所 以本復(fù)合軋輥的熱處理，既要保證軋輥工作層高速鋼的淬火效果，又要兼顧軋輥芯部材質(zhì)。
[0039] (8)精加工： 將熱處理完成的軋輥，按照精車圖紙進(jìn)行加工，經(jīng)檢驗(yàn)合格后入庫(kù)。
[0040] 實(shí)施例1 一 6 :本棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的規(guī)格為Φ 365*600,采用下述具體工 藝制備而成。分別采用1T、1. 5T和3T中頻感應(yīng)電爐熔煉棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的中間 過(guò)度層、乳輥工作層和軋輥芯部鐵水。
[0041] (1)采用I. 5Τ中頻感應(yīng)電爐熔煉軋輥工作層高速鋼鐵水. Α、軋輥工作層高速鋼的化學(xué)成份見(jiàn)表1。
[0042] 表1 :軋輥工作層高速鋼的化學(xué)成份（wt%)

【權(quán)利要求】
1. 一種棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于：其由軋輥芯部、中間過(guò)渡層和軋輥工 作層構(gòu)成；所述軋輥芯部材質(zhì)為高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵，中間過(guò)渡層材質(zhì)為石墨半鋼，乳輥工 作層材質(zhì)為高速鋼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于，所述過(guò)高強(qiáng)度合 金球墨鑄鐵的重量成分為：C 3. 0?3. 5%，Sil. 6?2. 2%，MnO. 3?0? 8%，NiO. 4?0? 8%， Cr彡0. 2%，Mg彡0. 05%，P彡0. 1%，S彡0. 035%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素； 所述石墨半鋼的重量成分為：C 1. 0?1. 5%，Si 1. 4?1. 8%，Mn 0? 4?1. 0%，Ni 0? 3? 0. 8%，P < 0. 025%，S < 0. 035%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素； 所述高速鋼的重量成分為：C 1. 5?1. 8%，Si 0. 2?0. 6%，Mn 0. 2?0. 6%，Ni 0. 3? 0? 6%，Cr 5. 0 ?6. 0%，Mo 4. 0 ?5. 0%，V 3. 0 ?4. 0%，Nb 0? 5 ?1. 5, W 1. 5 ?2. 0%，其余 為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。
3. -種棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于：其包括鋼水熔煉、澆注、退 火、粗加工、熱處理和精加工工序； 所述鋼水熔煉工序：分別熔煉軋輥芯部鐵水、中間過(guò)渡層鐵水和軋輥工作層鐵水；所 述軋輥芯部采用過(guò)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵，中間過(guò)渡層采用石墨半鋼，乳輥工作層采用高速 鋼； 所述澆注工序：先離心澆注軋輥工作層，再離心澆注中間過(guò)渡層，合箱后靜態(tài)澆注軋輥 芯部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于，所述過(guò) 高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵的重量成分為：C 3. 0?3. 5%，Sil. 6?2. 2%，MnO. 3?0. 8%，NiO. 4? 0. 8%，Cr彡0. 2%，Mg彡0. 05%，P彡0. 1%，S彡0. 035%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素； 所述石墨半鋼的重量成分為：C 1.0?1.5%，Si 1.4?1.8%，Mn 0.4?1.0%，Ni 0.3? 0. 8%，P < 0. 025%，S < 0. 035%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素； 所述高速鋼的重量成分為：C 1. 5?1. 8%，Si 0. 2?0. 6%，Mn 0. 2?0. 6%，Ni 0. 3? 0? 6%，Cr 5. 0 ?6. 0%，Mo 4. 0 ?5. 0%，V 3. 0 ?4. 0%，Nb 0? 5 ?1. 5, W 1. 5 ?2. 0%，其余 為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于：所述鋼 水熔煉工序，所述高速鋼在出鋼水前，在包底加入稀土硅鐵合金1?3kg/t，硅鈣合金1? 3kg/t,娃锫合金1?2kg/t,對(duì)高速鋼鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于：所述鋼 水熔煉工序，中間過(guò)渡層鐵水出鋼前，包底加入1?3kg/t硅鈣合金、1?3kg/t稀土硅鐵進(jìn) 行處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于：所述鋼 水熔煉工序，乳輥芯部鐵水出鐵前，包底加入75硅鐵2?3kg/t、釔基重稀土球化劑18? 20kg/t、硅鋯合金1?2kg/t，對(duì)芯部鐵水進(jìn)行球化孕育處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3?7任意一項(xiàng)所述的棒線材用高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征 在于：所述熱處理工序：退火溫度為860±5°C，淬火溫度為1050°C ±5°C，淬火后分別采用 510±5°C和530±5°C兩次進(jìn)行回火處理。
【文檔編號(hào)】B21B27/02GK104388812SQ201410590301
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】高玉章, 李元春, 肖連華, 張 杰, 盛強(qiáng), 劉寶存, 李仕源, 黃明, 劉雙喜, 李紅宇, 劉宇 申請(qǐng)人:唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司