專利名稱：鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)用高鉻軋輥制備方法及其高鉻軋輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)或定徑機(jī)用高鉻軋輥制備方法及其高鉻軋輥。
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。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，特別是張力減徑磨損更加嚴(yán)重，因此要求軋輥具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的耐磨性、抗冷熱疲勞性。實(shí)際生產(chǎn)中對軋輥的磨損程度控制十分嚴(yán)格，一旦超過要求就必須修復(fù)以滿足負(fù)公差軋制的需要。在實(shí)際應(yīng)用中，減、定徑機(jī)軋輥通常使用普通冷硬鑄鐵或合金球墨鑄鐵制成。普通冷硬鑄鐵減、定徑軋輥耐磨性差，多應(yīng)用于落后的無縫鋼管機(jī)組。較先進(jìn)的無縫鋼管機(jī)組中應(yīng)用的是合金球墨鑄鐵減、定徑軋輥。合金球墨鑄鐵軋輥比冷硬鑄鐵軋輥性能好，使用壽命也長。但由于冷硬鑄鐵和合金球墨鑄鐵軋輥的硬度均較低，一般為45-50HRC，使用后表面粗糙，易粘鋼，劃傷鋼管表面，影響軋制出鋼管表面質(zhì)量，使得軋輥更換頻繁。一般1-2個(gè)班次就需更換一套軋輥。在軋制高鋼級鋼材或厚壁鋼管時(shí)更換更加頻繁。由于在使用中需要經(jīng)過多次修復(fù)加工，一般需要加工掉50%，因此，要求軋輥要有較厚的工作層；其次，在更換時(shí)，還需要準(zhǔn)備大量的定、減徑機(jī)架。因此，重復(fù)加工浪費(fèi)大量金屬材料，頻繁更換生產(chǎn)成本成倍增加。目前常規(guī)鑄造生產(chǎn)工藝為冶煉、鑄坯、熱處理、加工等工序。而影響鑄造產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素在于鑄造中所采用的各種工藝參數(shù)、所使用的設(shè)備，以及所采用的工藝手段等； 每一個(gè)工序環(huán)節(jié)都可能對鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。由于熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)和定徑機(jī)高鉻軋輥要求有足夠厚的工作層，因此對鑄坯的質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，以保證用于鋼管張力減徑機(jī)和定徑機(jī)上的軋輥在高溫及冷卻水激冷作用具有高耐磨性和很好的綜合強(qiáng)度。

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)用鑄造軋輥的耐磨性、綜合強(qiáng)度不高等問題，提供一種熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)或定徑機(jī)用的高鉻軋輥以及其制備方法。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)用鑄造高鉻軋輥制備方法包括以下步驟冶煉選定高鉻軋輥的組分配比進(jìn)行熔煉，熔煉中進(jìn)行脫氣和吹氬精煉，以獲得純凈鋼水；
鑄坯鑄出所需軋輥鑄坯；在鑄型下端設(shè)置整體冷鐵，冷鐵上表面鋪設(shè)8_12mm厚型砂，砂型中設(shè)置有鋼骨架，采用發(fā)熱保溫冒口，冷鐵下設(shè)有振動(dòng)器，當(dāng)澆鑄完畢后開啟振動(dòng)器，至鋼水完成凝固過程；退火熱處理對軋輥鑄坯采用等溫退火，將工件加熱至920_960°C后，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，緩冷至700-750°C后，視工件有效厚度保溫4_8小時(shí)，緩冷至600°C以下出爐空冷或爐冷；對軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工；淬火熱處理對粗加工后的軋輥進(jìn)行淬火加回火處理，將粗加工后的軋輥加熱至 970-1030°C，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，保溫完成后移至150_220°C環(huán)境中風(fēng)冷1_2小時(shí)后出爐空冷，冷卻至工件表面100-120°C時(shí)入爐回火，回火溫度200-300°C，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)后出爐空冷。對上述軋輥進(jìn)行精加工。本發(fā)明的無縫鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)用鑄造高鉻軋輥，軋輥的組分以重量百分比計(jì)為C :1. 60-2. 20 Si 0. 20-0. 60 Mn 0. 40-0. 80 Cr 8. 00-12. 00 Mo 0. 20-0. 80%, Cu 0. 10-0. 30%, Al :0. 01-0. 30%, Nb :0. 03-0. 30%, Ti :0. 05-0. 30%, N ^ 0. 30%, RE 0. 02-0. 50%，P 和 S 均為 0. 05，余量為鐵。采用本發(fā)明的軋輥組分并通過本發(fā)明的制備方法制備的鑄造高鉻軋輥，軋輥硬度提高很多，使用后軋輥表面磨損小且均勻，通過張力減徑機(jī)和定徑機(jī)軋制后的鋼管表面質(zhì)量良好，使用壽命較現(xiàn)有軋輥提高2-3倍，降低了軋輥的更換周期，節(jié)省了加工材料，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明鑄造高鉻軋輥的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式以下參照設(shè)計(jì)原理，附圖以及示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的鑄造高鉻軋輥，因采取了合理的成分含量配比，同時(shí)在冶煉和鑄造工藝中采取了多項(xiàng)創(chuàng)造性的工藝措施，保證了鑄造高鉻軋輥的使用性能，解決了熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)或定徑機(jī)目前常用的普通冷硬鑄鐵或合金球墨鑄鐵軋輥存在的易磨損、更換頻繁、磨損后材料加工浪費(fèi)大等問題。本發(fā)明的制備方法主要包括冶煉、鑄造、退火熱處理、粗加工、淬火加回火熱處理、最后經(jīng)過精加工而成。由于熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)和定徑機(jī)高鉻軋輥要求有足夠厚的工作層，因此， 對鑄坯的質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，本發(fā)明對鑄造和熱處理方法進(jìn)行了多項(xiàng)如下改進(jìn)冶煉可在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉。選定高鉻軋輥的組分配比進(jìn)行熔煉，獲得所需成分的鋼水。本發(fā)明在熔煉過程中增加了脫氣和吹氬精煉過程，以保證取得純凈的鋼水。鑄坯可采用離心鑄造方法或其它砂型鑄造方法生產(chǎn)。本發(fā)明在鑄型下端設(shè)置整體冷鐵，冷鐵上表面鋪設(shè)8-12mm厚型砂，以避免鋼水冷卻過快；在砂型中設(shè)置鋼骨架，以使砂型具有足夠強(qiáng)度；采用發(fā)熱保溫冒口，以保證補(bǔ)縮；在冷鐵下設(shè)有超聲振動(dòng)器或機(jī)械振動(dòng)器，當(dāng)澆鑄完畢后開啟超聲振動(dòng)器，至鋼水完成凝固過程。用上述方法獲得的鑄坯均可滿足超聲探傷和實(shí)際使用要求。退火熱處理本發(fā)明的退火采用等溫退火將工件加熱至920-960°C后，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，緩冷至700-750°C后，視工件有效厚度保溫4_8小時(shí)，緩冷至600°C以下出頭爐空冷或爐冷。退火后對軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工。淬火加回火熱處理本發(fā)明的淬火采用一定溫度范圍下的風(fēng)冷淬火，即將工件加熱到970-1030°C后，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，保溫完成后移至150_220°C環(huán)境中風(fēng)冷 1-2小時(shí)后出爐空冷，冷卻至工件表面100-120°C時(shí)再入爐回火，回火溫度200-300°C，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)后出爐空冷。風(fēng)冷應(yīng)使?fàn)t內(nèi)環(huán)境溫度保持在150-220°C，進(jìn)風(fēng)應(yīng)預(yù)熱至術(shù)150°C且有足夠的量，以保證工件有足夠的冷卻速度。這種方法比常規(guī)常溫風(fēng)冷的優(yōu)點(diǎn)是，可使工件在同等硬度的情況下，強(qiáng)度和韌性提高20-25%。最后對上述軋輥進(jìn)行精加工即成為高耐磨性、高強(qiáng)度的鑄造高鉻軋輥。經(jīng)檢測，軋輥基體組織為馬氏體加殘余奧氏體，碳化物含量為20-25%，軋輥硬度達(dá)M-62HRC，軋輥圓周硬度不均勻度< 2HRC。本發(fā)明的高鉻軋輥采用組分優(yōu)化設(shè)計(jì)，軋輥組分以重量百分比計(jì)為C: 1. 60-2. 20 %、Si :0. 20-0. 60 %, Mn :0. 40-0. 80 %, Cr :8. 00-12. 00 %, Mo :0. 20-0. 80 %、 Cu :0. 10-0. 30%, Al :0. 01-0. 30%, Nb :0. 03-0. 30%, Ti :0. 05-0. 30%, N ^ 0. 30%, RE 0. 02-0. 50%，P和S均為0. 05，余量為鐵。本發(fā)明優(yōu)選軋輥組分以重量百分比計(jì)為=C 1. 80-2. 15%, Si :0. 30-0. 50%, Mn 0. 50-0. 70%,Cr :9. 00-11. 00%,Mo :0. 40-0. 60%,Cu :0. 10-0. 20%,Al :0. 01-0. 20%,Nb 0. 03-0. 30%,Ti 0. 05-0. 30%,N ^ 0. 30%,RE :0. 02-0. 50%，P 和 S 為< 0. 05%，余量為鐵。本發(fā)明軋輥組分的優(yōu)化設(shè)計(jì)基于以下設(shè)計(jì)思想，S卩，必須兼顧適應(yīng)服役條件要求和生產(chǎn)成本，銷售價(jià)格高用戶不接受，則無法推廣應(yīng)用。其中Ni、Mo、Nb的價(jià)格昂貴，在可行的情況下少用或不用是降低生產(chǎn)成本的重要手段。在高鉻材料中C和Cr是最基本、最重要的合金元素。其含量的多少?zèng)Q定碳化物的數(shù)量、M7C3型碳化物與總碳化物的相對數(shù)量、硬度、韌性及材料的淬透性等。M7C3型碳化物的比值越高淬透性越好。Cr對淬透性的影響主要是固溶在基體中的含量。通過試驗(yàn)，本發(fā)明優(yōu)選 C 1. 60-2. 20%, Cr :8. 00-12. 00%。Mo元素在高鉻材料各相中的分配約50%進(jìn)入Mo2C中，約25%進(jìn)入M7C3型碳化物中，它可有效的提高硬度、提高耐磨性。另外約有23%左右溶入基體，明顯的提高材料的淬透性。在與Cu、Mn聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，提高淬透性的效果更好。因此，本發(fā)明優(yōu)選Mo 0. 20-0. 80%, Cu 0. 10-0. 30%。Mn既進(jìn)入碳化物又溶解于基體。但Mn、Cu均有較強(qiáng)降低Ms點(diǎn)的作用，增加材料淬火后殘余奧氏體的含量，應(yīng)適當(dāng)控制加入量。因此，本發(fā)明選擇Mn :0. 40-0. 80%。Si是熔煉過程中不可缺少的脫氧元素，但有降低淬透性的作用，應(yīng)當(dāng)控制加入量。 本發(fā)明控制Si 0. 20-0. 60%。Ti及N能細(xì)化共晶組織，進(jìn)而細(xì)化碳化物，可顯著提高材料的抗拉強(qiáng)度。Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)熔體中Ti和C的濃度滿足一定條件時(shí)能形成穩(wěn)定的TiC晶核；加入N 后，生成的高熔點(diǎn)的碳氮化物可提高材料的熱性能。因此，本發(fā)明加入了 Ti 0. 05-0. 30%,N 彡 0. 30%。加入Nb可在基體中析出高硬度O000HV)、高熔點(diǎn)、形狀規(guī)則、粒度較小、均勻彌散分布的硬質(zhì)相-Nb(CN)質(zhì)點(diǎn)，提高材料的韌性，提高耐磨性能，可有效控制合金的凝固偏析，提高其綜合性能，并起到節(jié)約Ni或Cr的作用。因此，本發(fā)明選用Nb 0. 03-0. 30%。RE的加入，可有效改變、細(xì)化M7C3型碳化物，由條、帶狀分布變?yōu)閴K、球狀分布，分布均勻性提高。本發(fā)明加入了 RE 0. 02-0. 50%。P和S是原料中帶入的不可避免的有害微量元素，是很強(qiáng)的表面活性元素，在凝固時(shí)析出在共晶團(tuán)表面上，對材料的高溫變形性能是十分有害的，將其含量均控制在0. 05% 以下。在制備軋輥的實(shí)施過程中，首先根據(jù)本發(fā)明的用途、服役的具體工況條件及技術(shù)要求選定高鉻成分的具體配比，使用相應(yīng)的鐵合金、廢鋼等原料，進(jìn)行常規(guī)熔煉，獲得需要的鋼水，然后采取離心鑄造或常規(guī)方法鑄造，獲得需要規(guī)格的毛坯，再進(jìn)行熱處理和車、磨等加工，生產(chǎn)出熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)和定徑機(jī)高鉻軋輥。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)高鉻軋輥，軋輥組分按重量百分比(％ Wt)見表1。表 權(quán)利要求
1.一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)用鑄造高鉻軋輥制備方法，其特征在于包括以下步驟 冶煉選定高鉻軋輥的組分配比進(jìn)行熔煉，熔煉中進(jìn)行脫氣和吹氬精煉，以獲得純凈鋼水；鑄坯鑄出所需軋輥鑄坯；在鑄型下端設(shè)置整體冷鐵，冷鐵上表面鋪設(shè)8-12mm厚型砂， 砂型中設(shè)置有鋼骨架，采用發(fā)熱保溫冒口，冷鐵下設(shè)有振動(dòng)器，當(dāng)澆鑄完畢后開啟振動(dòng)器， 至鋼水完成凝固過程；退火熱處理對軋輥鑄坯采用等溫退火，將工件加熱至920-960°C后，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，緩冷至700-750°C后，視工件有效厚度保溫4_8小時(shí)，緩冷至600°C以下出爐空冷或爐冷；對軋輥鑄坯進(jìn)行粗加工；淬火熱處理對粗加工后的軋輥進(jìn)行淬火加回火處理，將粗加工后的軋輥加熱至 970-1030°C，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)，保溫完成后移至150_220°C環(huán)境中風(fēng)冷1_2小時(shí)后出爐空冷，冷卻至工件表面100-120°C時(shí)入爐回火，回火溫度200-300 V，視工件有效厚度保溫2-6小時(shí)后出爐空冷； 對上述軋輥進(jìn)行精加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鑄造高鉻軋輥制備方法，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鑄坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鑄造高鉻軋輥制備方法，其特征在于，淬火加回火處理后的軋輥基體組織為馬氏體加殘余奧氏體，碳化物含量為20-25%，軋輥硬度達(dá)M-62HRC。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鑄造高鉻軋輥制備方法，其特征在于，所述軋輥硬度的軋輥圓周硬度不均勻度< 2HRC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鑄造高鉻軋輥制備方法，其特征在于，所述振動(dòng)器可采用超聲振動(dòng)器或機(jī)械振動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鑄造高鉻軋輥制備方法，其特征在于，所述風(fēng)冷應(yīng)使?fàn)t內(nèi)環(huán)境溫度保持在150-220°C，進(jìn)風(fēng)應(yīng)預(yù)熱至術(shù)150°C并且有足夠的量，以保證工件有足夠的冷卻速度。
7.一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)用鑄造高鉻軋輥，其特征在于，軋輥組分以重量百分比計(jì)為C ·Λ. 60-2. 20 Si :0. 20-0. 60 Mn :0. 40-0. 80 Cr :8. 00-12. 00 Mo 0.20-0. 80%, Cu 0. 10-0. 30%, Al :0. 01-0. 30%, Nb :0. 03-0. 30%, Ti :0. 05-0. 30%, N ^ 0. 30%, RE 0. 02-0. 50%，P 和 S 均為 0. 05，余量為鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述鑄造高鉻軋輥，其特征在于，軋輥組分以重量百分比計(jì)為C:1.80-2. 15 Si :0. 30-0. 50 %, Mn :0. 50-0. 70 %, Cr :9. 00-11. 00 %, Mo :0. 40-0. 60Cu :0. 10-0. 20%, Al :0. 01-0. 20%, Nb :0. 03-0. 30%, Ti :0. 05-0. 30%,N ^ 0. 30%, RE 0. 02-0. 50%，P和S為彡0. 05，余量為鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鑄造高鉻軋輥，其特征在于，軋輥基體組織為馬氏體加殘余奧氏體，碳化物含量為20-25%，軋輥硬度達(dá)M-62HRC。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述鑄造高鉻軋輥，其特征在于，所述軋輥圓周硬度不均勻度彡 2HRC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼管減徑機(jī)或定徑機(jī)用鑄造高鉻軋輥及其制備方法，本發(fā)明通過組分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)本發(fā)明的用途、服役的具體工況條件及技術(shù)要求選定軋輥的組分配比，使用相應(yīng)的鐵合金、廢鋼等原料進(jìn)行熔煉，獲得需要的鋼水，然后采取離心或砂型鑄造方法，獲得需要規(guī)格的毛坯，再對鑄坯采用退火，淬火、回火等熱處理方法以及進(jìn)行車、磨等加工，生產(chǎn)出熱軋無縫鋼管張力減徑機(jī)和定徑機(jī)高鉻軋輥，本發(fā)明軋輥表面硬度顯著提高，宏觀硬度達(dá)到54-62HRC，使鑄造高鉻軋輥的使用壽命至少提高了2倍以上，其耐磨性能和使用壽命的提高，不僅減少了軋輥的更換次數(shù)，節(jié)約了材料和生產(chǎn)成本，而且提高了無縫鋼管機(jī)組的軋制能力和產(chǎn)量。
文檔編號C21D1/26GK102251185SQ20111016900
公開日2011年11月23日 申請日期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 申請人:山東省四方技術(shù)開發(fā)有限公司