專利名稱：鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋輥鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無縫鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法。
背景技術(shù)：
無縫鋼管的減徑或定徑過程是鋼管不帶芯棒的多機(jī)架連軋過程。定徑是為了完成鋼管尺寸的精度以及真圓度的軋制，減徑除了定徑任務(wù)外要求減徑率較大，以實(shí)現(xiàn)大管料生產(chǎn)小口徑鋼管。減、定徑機(jī)一般為3 M機(jī)架二輥式或三輥式，減、定徑后的鋼管尺寸不再改變。目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)機(jī)組均為三輥式。無縫鋼管減、定徑軋輥在800 980°C的高溫及冷卻水激冷作用下受到切向拉伸和徑向壓縮的復(fù)合應(yīng)力，并同時(shí)承受交變熱應(yīng)力作用。軋輥工作表面與鋼管之間產(chǎn)生滾動(dòng)與滑動(dòng)摩擦，經(jīng)常會(huì)因表面粗糙，易粘鋼，劃傷鋼管表面，影響軋制出鋼管表面質(zhì)量。特別是張力減徑軋輥磨損更加嚴(yán)重，一旦磨損超過要求就必須更換修復(fù)以滿足負(fù)公差軋制的需要，使得軋輥在工作期間更換頻繁，影響生產(chǎn)率。一般1-2個(gè)班次就需更換一套軋輥，軋制高鋼級(jí)鋼材或厚壁鋼管時(shí)更換更加頻繁。使用中經(jīng)過多次修復(fù)加工，一般需要加工掉50%。 在更換時(shí)，還需要準(zhǔn)備大量的定、減徑機(jī)架。而重復(fù)加工浪費(fèi)大量金屬材料，頻繁更換使生產(chǎn)成本成倍增加。因此，要求無縫鋼管減、定徑軋輥具有較厚的工作層，尤其具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的耐磨性、抗冷熱疲勞性，并在實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格控制軋輥的磨損程度。目前，較先進(jìn)的無縫鋼管機(jī)組中應(yīng)用最多的是高鎳合金球墨鑄鐵軋輥，依靠高合金含量來提高其性能，鎳含量范圍在-5%，常用在3% -4%。高鎳合金球墨鑄鐵軋輥在形成鑄坯后，通常采用正火熱處理工藝改善其內(nèi)部組織。但正火熱處理后的性能難以滿足使用要求，而高合金價(jià)格昂貴，使得生產(chǎn)成本居高不下。三輥式無縫鋼管定、減徑軋輥的成品孔型以及使用后的修復(fù)，都是在三只軋輥安裝在機(jī)架上完成的，受機(jī)架儲(chǔ)備量的限制，每次使用后均需修復(fù)孔型。雖然報(bào)廢軋輥可以回收重熔，但報(bào)廢軋輥重量一般損失40-50%， 真正在生產(chǎn)中磨損的很少，其中絕大部分都在修復(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)。這種更換規(guī)格的修復(fù)量較大， 一般半徑方向可加工掉3-10mm。上述使用方式表明金屬材料尤其是貴重金屬鎳和能源的浪費(fèi)很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決無縫鋼管張力減徑機(jī)或定徑機(jī)用鑄造軋輥出現(xiàn)的上述問題。目前在材料設(shè)計(jì)中，應(yīng)在滿足服役條件盡可能的減少合金含量，尤其是減少貴重金屬含量是低碳要求的重要原則。本發(fā)明采用合金減量化設(shè)計(jì)用于熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)或定徑機(jī)的球墨鑄鐵軋輥，提供了一種無鎳低合金化成分設(shè)計(jì)，以及采用特殊熱處理的球墨鑄鐵軋輥制備方法，即合金減量化設(shè)計(jì)的球墨鑄鐵軋輥的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥組分以重量百分比計(jì)為C: 3. 5-4. 0%, Si 2. 3-2. 7%, Mn 彡 0. 35%, Cu 0. 4-0. 6%, Cr 0. 1-0. 5%, Mo 0. 2-0. 4%, Nb 0. 05-0. 15%,Ti :0. 03-0. 1%ΛΙ :0. 02-0. 05%,Mg 0. 04-0. 06%、P 彡 0. 06、S 彡 0. 02，
余量為鐵。本發(fā)明的鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥制備方法，其特點(diǎn)在于采用連續(xù)在兩種不同溫度浴鹽中分別進(jìn)行等溫淬火，包括以下步驟選定球墨鑄鐵軋輥的組分配比進(jìn)行熔煉，采用鑄造方法加入球化劑鑄出所需軋輥鑄坯，對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工，將加工后的軋輥加熱至850-900°C，保溫時(shí)間l_4h ；將上述軋輥進(jìn)入溫度為260士 10°C -290士 10°C的浴鹽中進(jìn)行等溫淬火，等溫時(shí)間10-25min ；然后將軋輥迅速移至330士 10°C -380士 10°C浴鹽中繼續(xù)等溫淬火，等溫時(shí)間50-70min，然后取出空冷，對(duì)軋輥進(jìn)行精加工。其中，制備球墨鑄鐵軋輥優(yōu)選用釔基重稀土球化劑；淬火介質(zhì)采用50% NaN03+50% KaNO3混合熔鹽；采用離心鑄造或砂型鑄造鑄出所需軋輥鑄坯。本發(fā)明制備的軋輥，減少鎳合金成分含量，并采用兩步法等溫淬火熱處理方法，獲得了高強(qiáng)度和高韌性的球墨鑄鐵軋輥，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。同時(shí)，降低了貴重金屬的使用和消耗，從而最大限度地降低制造和使用成本。


圖1是本發(fā)明軋輥的實(shí)物石墨形態(tài)金相組織圖；圖2是高鎳合金球墨鑄鐵軋輥實(shí)物石墨形態(tài)金相組織圖；圖3是本發(fā)明軋輥的實(shí)物基體金相組織圖；圖4是高鎳合金球墨鑄鐵軋輥實(shí)物基體金相組織圖。
具體實(shí)施例方式以下參照本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，示例性實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作以下詳細(xì)說明。本發(fā)明的球墨鑄鐵軋輥應(yīng)用于無縫鋼管的減徑機(jī)或定徑機(jī)機(jī)組上，根據(jù)軋輥的工況條件，要求其具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的耐磨性以及抗冷熱疲勞性。為了節(jié)約貴重合金和制造成本，該軋輥采用合金減量化設(shè)計(jì)，即在不改變軋輥使用性能的條件下，減去某些成本高的鎳合金成分或用成本低的成分替代，并通過合理的熱處理工藝，使球墨鑄鐵軋輥的使用性能高于或不低于現(xiàn)有軋輥，以滿足無縫鋼管減徑機(jī)和定徑機(jī)軋輥的使用要求。因此， 本發(fā)明經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，選擇采用軋輥組分以重量百分比計(jì)，C 3. 5-4.0%, Si 2. 3-2.7%, Mn ^ 0. 35 %, Cu 0. 4-0. 6 Cr 0. 1-0. 5 Mo 0. 2-0. 4 Nb 0. 05-0. 15 Ti 0. 03-0. 1%,A1 :0. 02-0. 05%,Mg :0. 04-0. 06%,P ^ 0. 06、S 彡 0. 02，余量為鐵。本發(fā)明選定上述球墨鑄鐵軋輥組分配比進(jìn)行熔煉，采用離心鑄造或常規(guī)鑄造方法鑄出所需軋輥鑄坯，對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工，將粗加工后的軋輥加熱至850-900°C， 優(yōu)選加熱溫度880-900°C，保溫l_4h后，將軋輥放入溫度為260士 10°C -290士 10°C的浴鹽中進(jìn)行10-25min等溫淬火，優(yōu)選等溫淬火溫度275士 10°C ；然后將軋輥鑄坯迅速移至 330士 10°C -380士 10°C浴鹽中繼續(xù)等溫淬火，優(yōu)選340士 10°C等溫淬火，等溫50-70min取出空冷，然后對(duì)軋輥進(jìn)行精加工即成。本發(fā)明的球墨鑄鐵選用釔基重稀土球化劑或其它球化劑，選用50% NaN03+50% KaNO3混合熔鹽淬火介質(zhì)。本發(fā)明還優(yōu)選一組軋輥組分以重量百分比計(jì)為C :3. 6-3.8%、Si 2. 3-2.5%, Mn ^ 0. 35 %, Cu 0. 4-0. 6 Cr 0. 3-0. 4 Mo 0. 2-0. 4 Nb 0. 08-0. 12 Ti 0. 05-0. 08%, Al 0. 02-0. 05%,Mg :0. 04-0. 06%,P ^ 0. 06、S ^ 0. 02，余量為鐵。在本發(fā)明軋輥的組分中，C可促進(jìn)石墨化，是提高硬度和耐磨性的重要因素。在防止石墨漂浮的條件下，應(yīng)盡量提高C含量，因此取3. 5-4. 0% ；Si可細(xì)化石墨球和增加石墨球數(shù)，但當(dāng)彡3. 4%時(shí)會(huì)降低沖擊韌性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)先取2. 3-2. 7% ；Mn元素強(qiáng)烈阻礙石墨化， 含量高時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偏析，因此在滿足性能要求下，盡可能低為宜，因此取< 0. 35%;P熔點(diǎn)低且最后凝固，會(huì)沿晶界析出磷共晶，使基體組織變脆，應(yīng)嚴(yán)格控制含量，因此取< 0. 06% ； 而S是反球化元素，含量高時(shí)易產(chǎn)生低熔點(diǎn)！^分布在晶界上，降低強(qiáng)度和韌性，應(yīng)嚴(yán)格控制含量，因此取< 0. 02% ；所選用的Cu可提高淬透性，改善鑄件斷面組織與性能的均勻性， 但過高易于晶界析出，降低伸長(zhǎng)率、沖擊韌性和強(qiáng)度，合理含量取0. 4-0.6% ；Cr可形成穩(wěn)定的!^e-Cr-C化合物，提高軋輥的耐磨性、強(qiáng)度、抗氧化性和淬透性，但過高將影響球化， 降低塑性和韌性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)取0. 1-0.5%為佳；少量的Mo溶于鐵素體和滲碳體，可強(qiáng)化基體、 細(xì)化晶粒、均勻組織、提高淬透性，但鉬量高則易偏析降低塑性和韌性，因此取0. 2-0. 4% ； Nb是強(qiáng)碳化物元素，可與碳、氮生成形狀規(guī)則彌散分布的富鈮相小質(zhì)點(diǎn)，提高耐磨性、強(qiáng)度和抗裂性，因此取0. 05-0. 15% ；組分中的Ti能細(xì)化組織和碳化物，提高耐磨性、強(qiáng)度，取 0. 03-0. 10%, Al的選取是強(qiáng)化石墨，凈化鋼水，提高球化性能，因此，取0. 02-0. 05%。本發(fā)明采用合理的組分配比，在球墨鑄鐵軋輥中不加鎳，減少其它合金成分含量， 并采用兩步法等溫淬火熱處理方法，獲得了比含高鎳成分以及常規(guī)熱處理更細(xì)小、分布更均勻的奧-鐵組織，從而使韌性大幅增加，綜合性能增強(qiáng)，硬度可達(dá)45-53HRC，其耐磨性能經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和裝機(jī)使用，達(dá)到傳統(tǒng)高鎳定徑、減徑合金球墨鑄鐵的軋輥水平，使本發(fā)明降低了貴重金屬的使用和消耗，從而最大限度地降低制造和使用成本。實(shí)施例1實(shí)施例1為制造Φ250無縫鋼管連軋機(jī)組用熱軋無縫鋼管定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥， 軋輥組分按重量百分比(％ Wt)見表1。表 1
CSiMnCuCrMoNbTiAlMgPS3. 62. 30. 20. 40. 30. 20. 080. 050. 020. 040. 030. 02其余為！^e。 根據(jù)表1所列組分選定原料配比，進(jìn)行熔煉獲得所需成分的鋼水，加入釔基重稀土球化劑進(jìn)行離心鑄造，獲得需要規(guī)格的軋輥鑄坯，然后對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工，將軋輥加熱至880°C并保溫2小時(shí)；接著將軋輥放入溫度為275士 10°C的浴鹽爐中進(jìn)行15min的等溫淬火，然后將軋輥迅速移至；340士 10°C浴鹽中繼續(xù)等溫淬火，等溫55min取出空冷，最后對(duì)軋輥進(jìn)行精加工。本發(fā)明選用50% NaN03+50^KaNO3的混合溶鹽作為淬火介質(zhì)。經(jīng)檢驗(yàn)， 軋輥的工作面硬度可達(dá)45HRC，耐磨性大大提高，抗沖擊性能和韌性都有所提高。該軋輥應(yīng)用于國(guó)內(nèi)引進(jìn)德國(guó)產(chǎn)三輥式定徑機(jī)精軋機(jī)架，軋制外徑為Φ 139. 7mm石油套管，使用壽命達(dá)到國(guó)產(chǎn)含Ni3 4%的合金球墨鑄鐵軋輥的水平，經(jīng)多次修復(fù)，直到報(bào)廢時(shí)其工作面硬度仍保持在44HRC，滿足了生產(chǎn)實(shí)際需求。實(shí)施例2實(shí)施例2為制造Φ508無縫鋼管周軋機(jī)組用熱軋無縫鋼管定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥， 軋輥組分按重量百分比(％Wt)見表2。表權(quán)利要求
1.一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥，其特征在于，軋輥組分以重量百分比計(jì)為:C 3. 5-4. 0 %、Si :2. 3-2. 7 %, Mn ^ 0. 35 %, Cu 0. 4-0. 6 Cr 0. 1-0. 5 %, Mo 0.2-0.4 Nb 0. 05-0. 15 Ti 0. 03-0. 1 Al 0. 02-0. 05 Mg 0. 04-0. 06P彡0. 06、S彡0. 02，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵軋輥，其特征在于，軋輥組分以重量百分比計(jì)為C 3. 6-3. 8%, Si 2. 3-2. 5%, Mn 彡 0. 35%, Cu 0. 4-0. 6%, Cr 0. 3-0. 4%, Mo 0. 2-0. 4%, Nb 0. 08-0. 12 %、Ti :0. 05-0. 08 Al 0. 02-0. 05 Mg 0. 04-0. 06 P ^ 0. 06, S ( 0.02，余量為鐵。
3.一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥制備方法，其特征在于，采用連續(xù)在兩種不同溫度的浴鹽中分別進(jìn)行等溫淬火，包括以下步驟選定球墨鑄鐵軋輥的組分配比進(jìn)行熔煉，采用鑄造方法加入球化劑鑄出所需軋輥鑄坯，對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工，將加工后的軋輥加熱至850-900°C，保溫時(shí)間l_4h ；將上述軋輥進(jìn)入溫度為260士 10°C -290士 10°C的浴鹽中進(jìn)行等溫淬火，等溫時(shí)間 10-25min ；然后將軋輥迅速移至330士 10°C -380士 10°C浴鹽中繼續(xù)等溫淬火，等溫時(shí)間 50-70min,然后取出空冷，對(duì)軋輥進(jìn)行精加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述球墨鑄鐵軋輥的制備方法，其特征在于，所述球化劑選用釔基重稀土球化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述球墨鑄鐵軋輥的制備方法，其特征在于，淬火介質(zhì)采用50% NaN03+50% KaNO3 混合熔鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述球墨鑄鐵軋輥的制備方法，其特征在于，對(duì)軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工后，將軋輥加熱至880-900°C，保溫時(shí)間l_4h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述球墨鑄鐵軋輥的制備方法，其特征在于，將軋輥進(jìn)入溫度為 275士 10°C浴鹽中進(jìn)行等溫淬火，等溫時(shí)間10-25min ；然后將軋輥迅速移至340士 10°C浴鹽中繼續(xù)等溫淬火，等溫時(shí)間50-70min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1述球墨鑄鐵軋輥制備方法，其特征在于，所述鑄造方法采用離心鑄造或砂型鑄造鑄出所需軋輥鑄坯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1述球墨鑄鐵軋輥制備方法，其特征在于，軋輥硬度達(dá)到45-53HRC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)球墨鑄鐵軋輥及其制備方法，本發(fā)明采用合理的組分配比，采用無鎳方案，并減少其它合金含量在球墨鑄鐵軋輥的成分組成，熱處理采用二步法進(jìn)行等溫淬火，獲得了比常規(guī)熱處理球墨鑄鐵軋輥更好的力學(xué)性能，從而使強(qiáng)度和韌性大幅增加，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和裝機(jī)使用，達(dá)到傳統(tǒng)高鎳定、減徑合金球墨鑄鐵軋輥水平，滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。本發(fā)明降低了貴重金屬的使用和消耗，最大限度地降低了制造和使用成本。
文檔編號(hào)C21D1/20GK102268588SQ20111016898
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉行一, 張凝, 王平, 袁厚之 申請(qǐng)人:山東省四方技術(shù)開發(fā)有限公司