專利名稱：用于制造軋輥的多元低合金高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高速鋼軋輥材料，尤其是一種用于制造軋輥的多元低合金高速鋼。
背景技術(shù)：
高速鋼是由大量鎢、鉬、鉻、釩、鈷等合金元素組成的高合金鋼，以往多用作工具鋼和模具鋼。高速鋼的淬火溫度通常為1250 1320°C，淬火后在500 600°C回火，組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。經(jīng)淬火、回火處理后，高速鋼具有很高的硬度，可達(dá)HRC64 67。與普通材料相比，高速鋼具有良好的紅硬性。近年來，將高速鋼用于制造熱軋輥，代替半鋼軋輥、高鉻鑄鐵軋輥和高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥，均取得了良好的效果。日本日立金屬公司若松廠開發(fā)了以高速鋼作為外層材質(zhì)的工作輥。高速鋼軋輥與高鉻鑄鋼軋輥相比，前者的碳化物為10 15%，硬度HS75 85，基體硬度600°C時(shí)為Hv200 300，而后者則分別為碳化物20 25%，硬度HS70 80，600°C時(shí)基體硬度HvlOO 200。模擬磨損試驗(yàn)表明，半鋼軋輥的磨損量為36 μ m，高鉻鑄鋼軋輥為18 μ m，高速鋼軋輥僅為8 μ m。高速鋼軋輥的耐磨性比半鋼軋輥和高鉻鑄鋼軋輥好得多。該廠已向三個(gè)公司提供了高速鋼軋輥，使用壽命與高鉻鑄鋼軋輥和半鋼軋輥相比，提高幅度十分明顯。日本日新制鋼吳廠為了提高2#熱連軋機(jī)作業(yè)率，精軋工作輥使用高速鋼軋輥，與原來高鉻鑄鋼軋輥和高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥相比，耐磨性更好，表面磨損后粗糙度也小。使用高速鋼軋輥的主要效果有由于軋輥磨損少，帶鋼凸度小，與中間輥位移配合，可分散磨損程度，提高帶鋼表面質(zhì)量，有利于無序軋制，熱軋生產(chǎn)線換輥次數(shù)減少，磨輥車間工作量減少，F(xiàn)l F3機(jī)架約減少60%換輥次數(shù)，F(xiàn)4 F7機(jī)架約減少30%換輥次數(shù)，軋制車間總的工作量可減少30%，軋制線生產(chǎn)率提高，軋輥單耗下降至0. 22Kg/t鋼。為了提高高速鋼軋輥性能，中國(guó)發(fā)明專利CN1631565公開了高釩高速鋼復(fù)合軋輥及生產(chǎn)工藝，軋輥分為輥芯和軋輥耐磨層，輥芯采用韌性較好的低合金鋼或中碳鋼材料制作，軋輥耐磨層采用高釩高速鋼材料，該高釩高速鋼的主要元素含量為c :1. 8-3.5%, V 7-12%, Cr 4-5%, Mo :2_4%、Ni :0. 5-1. 5%，余量為鐵。其生產(chǎn)工藝為輥芯與軋輥耐磨層通過感應(yīng)加熱順序凝固結(jié)晶方法復(fù)合熔鑄為一體。本發(fā)明軋輥耐磨性好，性價(jià)比高，使用安全可靠。軋輥組織致密、均勻，無偏析，兩種材料為良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，使用過程中不會(huì)發(fā)生斷裂、碎裂現(xiàn)象，可減少易損件失效而造成的停機(jī)次數(shù)。有效提高了軋輥的韌性和耐磨性，解決離心鑄造法易發(fā)生成分偏析，CPC法、ESR法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高的問題。中國(guó)發(fā)明專利CN1807671還公開了一種冶金軋輥工藝配方，尤其是公開一種連續(xù)鑄造復(fù)合高速鋼軋輥外層輥身的工藝配方。外層輥身的工藝配方(重量％)是1. 5-3. 5C，2. 0-7. OCr, 2. 0-7. OMo, 4. 0-10. 0V, 4. 0-10. Off, 0-10. OCo, Ni < 2. 0，其余為 Fe。采用該配方可以開發(fā)W、V含量高、偏析輕、耐磨性好的復(fù)合高速鋼軋輥，來滿足熱連軋技術(shù)的需求，降低軋制中換輥頻率，大幅度提高軋機(jī)的作業(yè)率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)發(fā)明專利CN102031442A還公開了軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備和應(yīng)用方法，該孕育劑是一種將釩鐵、鈮鐵和生鐵按質(zhì)量比狗V Nb = 3. 2 5. 6 1. 9 4.3 1.5 3. 5配比混合熔煉凝固后經(jīng)快淬處理得到的薄帶，在熔煉軋輥用高速鋼過程中加入該孕育劑，使Nb與V原位形成復(fù)合碳化物(V，Nb) C，其作為初晶析出時(shí)，密度與鋼液大致相同，從而作為基體合金液體的孕育變質(zhì)形核核心，整體細(xì)化軋輥用高速鋼基體晶粒和組織，從而提高了軋輥用高速鋼材料的綜合力學(xué)性能。中國(guó)發(fā)明專利CN101078090還公開了一種低合金高速鋼軋輥材料及制造方法，其材料的化學(xué)成分是(重量％ ) =C 1. 2 1. 8 %，Cr :4. 5 6. 5 %，W :1. 0 3. 0%，Mo :1. 0 3. 0%，V :3. 0 5. 0%，Al :0. 6 1.2%，Si :0. 8 1. 2 %，N :0. 05 0. 15 %，B :0. 04 0. 12 %，Nb :0. 05 0. 20 %，Ti
0.06 0. 18%, Y 0. 04 0. 15%, Mn < 0. 5%, P < 0. 04%, S < 0. 04%，余量 Fe，且實(shí)際碳含量為:0. 033W+0. 063Mo+0. 060Cr+0. 200V+ (0. 08 0. 20)。制造用電爐熔煉，軋輥采用離心復(fù)合鑄造或連續(xù)復(fù)合鑄造成型，軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行淬火和回火處理，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。該發(fā)明可提高軋機(jī)生產(chǎn)率，延長(zhǎng)軋輥壽命，降低軋材成本。中國(guó)發(fā)明專利CN101225500還公開了一種軋輥用高鉬高釩微偏析鑄造高速鋼。其具體化學(xué)成分如下(wt% ) :C1. 2 2. 8%，SiO. 2 1. 0%，MnO. 2 1. 0%，NiO. 3 1. 2%，Cr3. 0 6. 0%, Mo5. 0 10. 0%, V5. 0 12. 0%, A10. 1 0. 7%，P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%，其余為鐵。該發(fā)明特點(diǎn)是在高速鋼中增加Mo、V含量來替代傳統(tǒng)軋輥用高速鋼中的W元素，以減少重元素W在離心鑄造時(shí)造成的比重偏析，從而使軋輥徑向性能均勻，提高使用穩(wěn)定性。該發(fā)明涉及的高鉬高釩高速鋼具有鑄造偏析小，硬度高，耐磨性強(qiáng)，紅硬性好，強(qiáng)韌性優(yōu)等特點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN101240402還公開了一種用于制作復(fù)合輥環(huán)軋輥用鑄造高硼高速鋼及其熱處理方法，它是一種抗熱沖擊性良好的耐磨材料，其化學(xué)成分設(shè)計(jì)為(重fi % ) 0. 20-1. 10C, 1. 0-2. 5B，3. 0-5. OCr, 0. 5-0. 9Si，0. 6-1. 3Μη，2· 0-10. 0V, 0. 5-1. 5Ni,
1.0-4. ΟΜο,Ο. 2-4. 0ff,0. 1-2. ONb, S < 0· 04，P < 0. 04，其余為 Fe ；它的熱處理方法包括退火，淬火和2-3次回火，退火加熱溫度為800-860°C，爐冷至小于500°C后爐冷或空冷；淬火加熱溫度為1020-1150°C，隨后風(fēng)冷或空冷；回火2-3次，加熱溫度500_550°C，隨后爐冷或空冷。與傳統(tǒng)高鎳鉻鉬軋輥相比，大幅提高合金耐磨性、耐熱性、抗熱沖擊性，減少軋輥在使用過程中出現(xiàn)的熱疲勞裂紋現(xiàn)象及由此產(chǎn)生的掉肉、崩裂，體現(xiàn)出良好的安全性與耐磨性的有機(jī)結(jié)合。中國(guó)發(fā)明專利CN1559725還公開了屬于高速鋼鑄造技術(shù)范圍的一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥方法。是先將高速鋼液加熱到1600°C，脫氧出鋼，進(jìn)行澆鑄。在澆鑄時(shí)，先在離心鑄造設(shè)備外面加穩(wěn)恒磁場(chǎng)組成的外加磁場(chǎng)，同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)鑄造設(shè)備，產(chǎn)生的離心旋轉(zhuǎn)力與穩(wěn)恒磁場(chǎng)相結(jié)合對(duì)鋼液產(chǎn)生電磁攪拌，電磁離心鑄造既保留了普通離心鑄造組織致密，疏松氣孔少等優(yōu)點(diǎn)，又使粗大的柱狀晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶組織，并使第二相的分布趨于均勻，成分偏析得到控制。本方法生產(chǎn)的高速鋼復(fù)合軋輥有理想的微觀組織和界面結(jié)合力，使用性能好。中國(guó)發(fā)明專利CN101177753還公開了一種用于各類軋鋼機(jī)的高釩高速鋼軋輥材料的熔體處理方法，鋼水出爐時(shí)，隨流加入釩鐵顆粒，其加入量占鋼水總重量的0. 80-1. 20%。鋼水沖入澆包前，在澆包內(nèi)預(yù)先加入釔基稀土鎂合金、氮化鉻鐵、鉀鹽和金屬鋁，其中釔基稀土鎂合金加入量占鋼水重量的0. 30-0. 80%，氮化鉻鐵加入量占鋼水重量的0. 20-0. 50%，鉀鹽加入量占鋼水重量的0. 30-0. 80%，金屬鋁加入量占鋼水重量的0. 30-0. 60%。當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1450-1480°C時(shí)，在離心機(jī)上直接澆注成軋輥，在鋼水澆注過程中，隨流加入顆粒尺寸5mm-8mm的釩鐵和鈦鐵顆粒，其中釩鐵顆粒加入量占鋼水總量的0.30-0. 80%，鈦鐵顆粒加入量占鋼水總量的0. 40-1. 00%。本發(fā)明離心鑄造的高釩高速鋼軋輥偏析輕，無鑄造裂紋，硬度高，耐磨性好。中國(guó)發(fā)明專利CN1012156^還公開了高速鋼復(fù)合軋輥熱處理方法，首先將軋輥進(jìn)行退火處理，退火溫度870-890°C，保溫時(shí)間6-10小時(shí)。再在50Hz/250Hz雙頻淬火機(jī)床上進(jìn)行感應(yīng)淬火，軋輥在感應(yīng)淬火前進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度280-350°C，預(yù)熱保溫時(shí)間6-10小時(shí)。淬火加熱時(shí)，軋輥需要旋轉(zhuǎn)和沿軸向垂直下移。軋輥加熱后快速水冷，然后在520-560°C進(jìn)行第一次回火處理，回火保溫時(shí)間4-6小時(shí)，隨后空冷。再將軋輥重新加熱至500-M0°C進(jìn)行第二次回火處理，回火保溫時(shí)間6-8小時(shí)，然后爐冷至小于200°C后空冷。但是，上述高速鋼軋輥材料或存在合金成本高、或存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、或存在軋輥力學(xué)性能低和使用壽命短等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)高速鋼軋輥存在的上述系列問題，發(fā)明一種用于制造軋輥的多元低合金高速鋼。針對(duì)近年來鎢合金價(jià)格上漲較多，含鎢量80%的鎢鐵的價(jià)格高達(dá)M萬元/噸，而金屬鈷的價(jià)格比較穩(wěn)定，含鈷量99. 6 %的金屬鈷價(jià)格是觀萬元/噸，且鎢元素密度較大，約19. 3g/cm3，離心鑄造含鎢高速鋼軋輥易出現(xiàn)鎢元素偏析。而鈷元素的密度是8. 9g/cm3，與鐵的密度相當(dāng)，鈷主要溶于基體，有利于提高高速鋼軋輥的紅硬性和高溫耐磨性，本發(fā)明軋輥材料去鎢并加少量鈷元素，以達(dá)到改善軋輥紅硬性和高溫耐磨性能的目的。在此基礎(chǔ)上，適量加入硼元素，并降低碳含量至0. 9-1. 1%，還加入微量鑭鈰混合稀土和鈣、鈮、鋯、氮、鋅和鈦，改善碳硼化合物的形態(tài)和分布，提高高速鋼力學(xué)性能。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)—種用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份是0. 9 1. 1C、4. 0 4. 2Cr、1. 8 2. OCo,0. 5 0. 8Mo、1. 5 1. 8V、1. 0 1. 2B、
1.3 1. 5A1、0. 3 0. 7Si、0. 03 0. 06La、0. 03 0. 06Ce、且 0. 07 < La+Ce < 0. 12、
0.03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且 0. 04 < Nb+Zr
<0. 09,0. 04 0. 08Zn、0. 10 0. 15Ti、Mn < 0. 5, P < 0. 04, S < 0. 03，余量為 Fe 和不可
避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份優(yōu)選為0. 91 0. 97C、4. 03 4. 08Cr、l. 81 1. 85Co、0. 54 0. 65Μο、1· 52 1. 69V、
1.03 1. 11Β、1· 3 1. 44Α1、0· 38 0. 48Si、0. 035 0. 046La、0. 04 0. 045Ce、且 0. 07
<La+Ce < 0. 12,0. 03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且
0.04 < Nb+Zr < 0. 09,0. 04 0. 08Ζη、0· 10 0. 15Ti、Mn < 0· 5，P < 0. 04，S < 0. 03，余
量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份優(yōu)選為0. 97 1.1C、4.08 4.2Cr、1.85 1. 97Co、0. 65 0·8Μο、1·69 1. 79V、
1.11 1. 18Β、1· 44 1. 49Α1、0· 48 0. 65Si、0. 046 0. 057La、0. 045 0. 051Ce、且 0. 07
<La+Ce < 0. 12,0. 03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且0. 04 < Nb+Zr < 0. 09,0. 04 0. 08Ζη、0· 10 0. 15Ti、Mn < 0· 5，P < 0. 04，S < 0. 03，余量為!^e和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。所述用于制造軋輥的多元低合金高速鋼的制備方法，用電爐生產(chǎn)，其工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、金屬鈷和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水升溫至1550 1580°C后加入硅鈣合金，出爐前依次加入金屬鋁、釩鐵、硼鐵和含氮鉻鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1590 1620°C，而后出爐；③將鑭鈰混合稀土、鈦鐵、鋯鐵、金屬鋅和鈮鐵破碎至粒度為5 IOmm的小塊，經(jīng)220 260°C烘干2 4h后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1450 1480°C時(shí)，直接澆注成軋輥；⑤高速鋼軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為500 525°C，保溫時(shí)間為6 10h，然后爐冷至溫度低于280°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而金相組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的碳和硼碳和硼在高速鋼中，一方面要保證與鉻、鉬、釩等形成足夠數(shù)量的碳硼化合物，又要有一定的碳量固溶于基體中，使高速鋼獲得過飽和的馬氏體，以此保證高速鋼軋輥具有高的硬度和耐磨性。若碳、硼含量過低，則不能保證形成足夠數(shù)量的合金碳硼化合物，以致降低軋輥的硬度和耐磨性。與之相反，若碳、硼含量過高，則合金碳硼化合物數(shù)量增加，同時(shí)基體組織中合金碳硼化合物分布的不均勻性也增大，導(dǎo)致軋輥的塑性降低、脆性增加，在軋鋼過程中軋輥表面極易發(fā)生脆性剝落。此外，在高速鋼的凝固過程中，由于硼在鋼的固液兩相中的分配系數(shù)k<< 1，即使向鋼液中加入微量硼，也會(huì)發(fā)生劇烈偏析而富集在枝晶生長(zhǎng)前沿，造成成分過冷，有利于奧氏體枝晶的細(xì)化與凝固末期在枝晶間鋼液中形成的共晶碳硼化合物的細(xì)化，改善高速鋼的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)加入較多硼時(shí)，在凝固末期，由于偏析，會(huì)有大量的硼富集在枝晶間的剩余鋼液中，而硼在鋼液中提高碳元素的活度，使得共晶反應(yīng)可以在相對(duì)較低的碳和鉻、鉬、釩等合金元素濃度下發(fā)生，即可以在較高的液相分?jǐn)?shù)下發(fā)生，因此，共晶區(qū)域變寬，共晶碳硼化合物的層片變得粗大，數(shù)量增加，反而降低高速鋼的強(qiáng)度和韌性。此外，高速鋼中碳和硼的共同作用，有利于鑄態(tài)下獲得高硬度的馬氏體組織，可以取消軋輥的高溫?zé)崽幚?。考慮其利弊，將碳含量控制在0.9-1. 1%，硼含量控制在1. 0-1. 2%。鉻鉻除了對(duì)保證高速鋼的淬透性和抗氧化性有重要作用外，對(duì)二次硬化也有一定貢獻(xiàn)，但鉻含量提高，將導(dǎo)致熱塑性降低，過熱敏感性增大，殘余奧氏體量增多，回火碳硼化合物抗聚集能力降低。因此，本發(fā)明低合金高速鋼的鉻含量控制在4. 0-4. 2%。鉬鉬是提高高速鋼高溫硬度和耐磨性的主要元素，它在高速鋼中既能形成碳化物，又能部分溶于基體中。溶于馬氏體中的鉬原子與碳結(jié)合力強(qiáng)，強(qiáng)烈阻礙它在回火時(shí)的析出，構(gòu)成良好的回火穩(wěn)定性，約在500 600°C時(shí)，鉬才以碳硼化合物的形態(tài)從馬氏體中沉淀出來，導(dǎo)致鋼的二次硬化。鉬的加入能急劇提高鋼的淬透性和斷面硬度均勻性，防止回火脆性的發(fā)生，提高高速鋼的回火穩(wěn)定性，改善沖擊韌度，增加抗熱疲勞性能?？紤]到鉬的價(jià)格較高，將其含量控制在0. 5-0. 8 %。鈷鈷在高速鋼中主要溶于基體，提高高速鋼的高溫抗磨性能，但鈷增大高速鋼脆性，并降低淬透性，考慮其利弊，將其含量控制在1. 8-2. 0%。
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釩釩是提高低合金高速鋼軋輥耐磨性的重要合金元素之一，這是由于釩可以增加高速鋼中高硬度M(C，B)型碳硼化合物的數(shù)量，有利于提高高速鋼耐磨性。但是，增加釩含量的同時(shí)，必須相應(yīng)提高碳含量，才能保證M(C，B)型碳硼化合物的形成。釩含量過高，高速鋼軋輥磨削性能惡化，且軋鋼過程中軋輥易打滑，軋材表面易出現(xiàn)擦傷，因此，釩含量控制在 1. 5-1. 8%。鋁鋁在高速鋼中大部分溶解于基體，少量的與氮化合形成A1N，起細(xì)化晶粒作用?；w中的鋁由于減慢鉻、鉬等元素在鐵中的擴(kuò)散速度，從而減慢回火析出碳硼化合物的長(zhǎng)大，提高鋼的熱穩(wěn)定性。另外，在軋鋼過程中，高速鋼中鋁因摩擦熱和軋材的加熱而氧化生成Al2O3，可避免軋輥粘鋼，改善軋材表面質(zhì)量，提高軋輥壽命。但含鋁高速鋼存在高溫下易被氧化、奧氏體晶粒不均勻等缺陷，因此鋁含量控制在1. 3-1. 5%。硅硅在高速鋼中主要起預(yù)脫氧的作用，此外硅在高速鋼中降低奧氏體穩(wěn)定性，促進(jìn)回火時(shí)殘余奧氏體的分解。但是，硅含量過高的高速鋼軋輥，使用中易出現(xiàn)龜裂，降低軋輥使用壽命，考慮其利弊，將硅含量控制在0. 3-0. 7%。鑭和鈰鑭和鈰是表面活性元素，可以在共晶碳硼化合物上選擇吸附，共晶凝固時(shí)，它主要聚集于共晶碳硼化合物優(yōu)先生長(zhǎng)的方向上，阻止鋼液中Fe、Cr、Mo、V、Co、B、C等原子正常長(zhǎng)入共晶碳硼化合物的晶體中，從而降低了共晶碳硼化合物領(lǐng)先相在這個(gè)方向的生長(zhǎng)速度，迫使共晶碳硼化合物變小、變鈍。此外，共晶奧氏體將伸入過冷液相區(qū)中生長(zhǎng)，對(duì)該生長(zhǎng)方向上的碳硼化合物形成包圍外殼，也限制并降低了該方向上共晶碳硼化合物的生長(zhǎng)速度，這就進(jìn)一步促使共晶碳硼化合物變小、變鈍。鑭和鈰還具有增加奧氏體形核的作用，促使奧氏體組織更加緊密、細(xì)小和均勻，由于共晶碳硼化合物和奧氏體的細(xì)化，高速鋼的強(qiáng)度和韌性顯著提高。但過量的鑭和鈰促使高速鋼中夾雜物增多，反而降低高速鋼的強(qiáng)度和韌性，因此將鑭含量控制在0. 03-0. 06%，鈰含量控制在0. 03-0. 06%，且0. 07%< La+Ce < 0. 12%。鋯和鈮鋯和鈮是強(qiáng)碳、氮化物形成元素，與C、N均有很大的親合力，在高速鋼中，鋯和鈮主要以& (C，N)、Nb (C，N)形式存在，分布在基體上，而& (C，N)、Nb (C，N)析出溫度高，在高速鋼的液相線以上就已形核析出，Zr (C，N)、Nb (C，N)的析出引起了周圍熔體中Fe、&、&)^0、￥等元素的大量富集，促使初生奧氏體在&((，吣、他((，吣周圍形核析出。鋯和鈮含量越高，析出的& (C，N)、Nb (C，N)數(shù)量越多，在其表面優(yōu)先析出的奧氏體晶核也越多，奧氏體的細(xì)化作用就愈好。此外，鋯和鈮還降低共晶溫度，促使碳硼化合物形核率增加，從而導(dǎo)致碳硼化合物的均勻細(xì)化，初生奧氏體和共晶碳硼化合物的細(xì)化，有助于高速鋼強(qiáng)度和韌性的大幅度提高。鋯和鈮加入量過多，組織中Zr(C，N), Nb (C, N)數(shù)量增多，尺寸增大，組織細(xì)化作用不明顯，反而增加高速鋼成本，綜合考慮將鋯含量控制在0. 015-0. 045%,鈮含量控制在 0. 015-0. 045%，且 0. 04%< Nb+Zr < 0. 09%。鈦在高速鋼凝固過程中，鈦和鋼液中C反應(yīng)，生成大量彌散的TiC質(zhì)點(diǎn)，TiC和奧氏體以及M(C，B)型碳硼化合物均為面心立方晶格，且晶格常數(shù)相近，aTiC = 0. 432nm, aM(c,B) = 0.415nm,aY = 0. 357nm，晶格錯(cuò)配度很小，TiC可以作為奧氏體和M(C，B)型碳硼化合物的異質(zhì)核心，細(xì)化奧氏體枝晶，促進(jìn)孤立塊狀M(C，B)型碳硼化合物大量形成，使共晶碳硼化合物的形態(tài)和分布得到改善，改善高速鋼軋輥的力學(xué)性能和抗熱疲勞性能，合適的鈦含量宜控制在0. 10-0. 15%。
鋅微量鋅使含硼低合金高速鋼的共晶碳硼化合物變得細(xì)小、孤立、尖角圓鈍，數(shù)量有所增加，分布趨于均勻，導(dǎo)致高速鋼的力學(xué)性能和耐磨性提高，合適的鋅加入量是0. 04-0. 08%。氮低合金高速鋼中，當(dāng)與氮親和力強(qiáng)的元素(如B、Al、Zr、Ti、Nb等)存在時(shí)，氮與之化合形成難熔的特殊氮化物，從而可細(xì)化晶粒，改善高速鋼的強(qiáng)韌性，但是，氮含量過高，高速鋼軋輥中易出現(xiàn)氣孔，反而降低高速鋼的性能，合適的氮含量宜控制在0. 06-0. 10%。鈣鈣有良好的脫氧、脫硫效果，有利于促進(jìn)高速鋼性能的明顯提高，合適的鈣含量宜控制在0. 03-0. 06%。錳過高的含錳量將導(dǎo)致軋輥在鑄造過程中產(chǎn)生熱裂，本發(fā)明將高速鋼軋輥中的錳含量控制在0. 50%以下。硫和磷不可避免的微量雜質(zhì)是原料中帶入的，其中有磷和硫，均是有害元素，為了保證低合金高速鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，將磷含量控制在0. 04%以下，硫含量控制在0. 03%以下。本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，因碳、硼及其他合金元素的共同作用，鑄態(tài)基體組織由馬氏體和殘留奧氏體組成，無珠光體出現(xiàn)，硬度超過60HRC以上，無需進(jìn)行高溫淬火處理，只需進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為500-525°C，保溫時(shí)間為6-10h，然后爐冷至溫度低于后出爐空冷至室溫。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼含有較少的鉬、釩、鈷、鋁、硼等合金元素，不添加價(jià)格昂貴的鎢元素，與常用制造軋輥的高碳高釩高速鋼相比，生產(chǎn)成本降低25%以上。(2)本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，因碳、硼及其他合金元素的共同作用，鑄態(tài)基體組織由馬氏體和殘留奧氏體組成，無珠光體出現(xiàn)，硬度超過60HRC以上，無需進(jìn)行高溫淬火處理，只需進(jìn)行去應(yīng)力處理，具有熱處理節(jié)能和縮短生產(chǎn)周期的優(yōu)勢(shì)。(3)本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，經(jīng)鑭鈰混合稀土和鈣、鈮、鋯、氮、鋅和鈦復(fù)合變質(zhì)處理后，碳硼化合物和基體組織明顯細(xì)化，因此材料具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，其中室溫硬度大于65HRC，抗拉強(qiáng)度大于680MPa，沖擊韌性大于8J/cm2。(4)本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，具有優(yōu)異的耐磨性，采用本發(fā)明多元低合金高速鋼制造的軋輥，使用壽命比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高6 8倍，比高碳高釩高速鋼軋輥提高25-30%。
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)描述實(shí)施例1采用500公斤中頻感應(yīng)電爐冶煉本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、金屬鈷和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水升溫至1553°C后加入硅鈣合金，出爐前依次加入金屬鋁、釩鐵、硼鐵和含氮鉻鐵；
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②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1592°C，而后出爐；③將鑭鈰混合稀土、鈦鐵、鋯鐵、金屬鋅和鈮鐵破碎至粒度為5 IOmm的小塊，經(jīng)260°C烘干池后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1451°C時(shí)，在臥式離心機(jī)上直接澆注成軋輥；⑤高速鋼軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為500°C，保溫時(shí)間為10h，然后爐冷至溫度低于280°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。高速鋼的成分見表1，高速鋼的性能見表2。實(shí)施例2采用500公斤中頻感應(yīng)電爐冶煉本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、金屬鈷和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水升溫至1579°C后加入硅鈣合金，出爐前依次加入金屬鋁、釩鐵、硼鐵和含氮鉻鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1618°C，而后出爐；③將鑭鈰混合稀土、鈦鐵、鋯鐵、金屬鋅和鈮鐵破碎至粒度為5 IOmm的小塊，經(jīng)220°C烘干4h后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1477°C時(shí)，在臥式離心機(jī)上直接澆注成軋輥；⑤高速鋼軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為525°C，保溫時(shí)間為6h，然后爐冷至溫度低于280°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。高速鋼的成分見表1，高速鋼的性能見表2。實(shí)施例3采用500公斤中頻感應(yīng)電爐冶煉本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、金屬鈷和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水升溫至1569°C后加入硅鈣合金，出爐前依次加入金屬鋁、釩鐵、硼鐵和含氮鉻鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1603°C，而后出爐；③將鑭鈰混合稀土、鈦鐵、鋯鐵、金屬鋅和鈮鐵破碎至粒度為5 IOmm的小塊，經(jīng)240°C烘干池后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1465°C時(shí)，在立式離心機(jī)上直接澆注成軋輥；⑤高速鋼軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為515°C，保溫時(shí)間為8h，然后爐冷至溫度低于280°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。高速鋼的成分見表1，高速鋼的性能見表2。表1高速鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )
權(quán)利要求
1.一種用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其特征在于按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份是0. 9 1. 1C、4. 0 4. 2Cr、1. 8 2. OCo,0. 5 0. 8Mo、1. 5 1. 8V、1. 0 1. 2B、1. 3 1. 5A1、0. 3 0. 7Si、0. 03 0. 06La、0. 03 0. 06Ce、且 0. 07 < La+Ce < 0. 12,0. 03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且 0. 04 < Nb+Zr < 0. 09、0.04 0. 08Zn、0. 10 0. 15Ti、Mn < 0. 5，P < 0. 04，S < 0. 03，余量為 Fe 和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。
2.如權(quán)利要求1所述用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其特征在于按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份是0. 91 0. 97C、4. 03 4. 08Cr、1. 81 1. 85Co、0. 54 0. 65Mo、1. 52 1. 69V、1. 03 1.11Β、1· 3 1. 44Α1、0· 38 0. 48Si、0. 035 0. 046La、0. 04 0. 045Ce、且 0. 07 < La+Ce<0. 12,0. 03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且 0. 04<Nb+Zr < 0. 09,0. 04 0. 08Ζη、0· 10 0. 15Ti、Mn < 0. 5，P < 0. 04，S < 0. 03，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。
3.如權(quán)利要求1所述用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其特征在于按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，該高速鋼的化學(xué)成份是0. 97 1. 1C、4. 08 4. 2Cr、l. 85 1. 97Co、0. 65 0. 8Mo、l. 69 1. 79VU. 11 1. 18B、1. 44 1. 49A1、0. 48 0. 65Si、0. 046 0. 057La、0. 045 0. 051Ce、且 0. 07<La+Ce < 0. 12,0. 03 0. 06Ca、0. 06 0. 10N、0. 015 0. 045Nb、0. 015 0. 045Zr、且0. 04 < Nb+Zr < 0. 09,0. 04 0. 08Ζη、0· 10 0. 15Ti、Mn < 0· 5，P < 0. 04，S < 0. 03，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100%。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述用于制造軋輥的多元低合金高速鋼的制備方法，其特征在于，用電爐生產(chǎn)，其工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、金屬鈷和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水升溫至1550 1580°C后加入硅鈣合金，出爐前依次加入金屬鋁、釩鐵、硼鐵和含氮鉻鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1590 1620°C，而后出爐；③將鑭鈰混合稀土、鈦鐵、鋯鐵、金屬鋅和鈮鐵破碎至粒度為5 IOmm的小塊，經(jīng)220 260°C烘干2 4h后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1450 1480°C時(shí)，直接澆注成軋輥；⑤高速鋼軋輥經(jīng)過粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力處理的加熱溫度為500 525°C，保溫時(shí)間為6 10h，然后爐冷至溫度低于280°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于制造軋輥的多元低合金高速鋼，其化學(xué)成分是(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)0.9～1.1C，4.0～4.2Cr，1.8～2.0Co，0.5～0.8Mo，1.5～1.8V，1.0～1.2B，1.3～1.5Al，0.3～0.7Si，0.03～0.06La，0.03～0.06Ce，且0.07＜La+Ce＜0.12，0.03～0.06Ca，0.06～0.10N，0.015～0.045Nb，0.015～0.045Zr，且0.04＜Nb+Zr＜0.09，0.04～0.08Zn，0.10～0.15Ti，Mn＜0.5，P＜0.04，S＜0.03，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，化學(xué)成分的總和為100％。本發(fā)明用于制造軋輥的多元低合金高速鋼利用電爐便可生產(chǎn)，鋼水經(jīng)冶煉和復(fù)合變質(zhì)處理后，直接澆注成軋輥。軋輥鑄態(tài)硬度高，可以消除應(yīng)力后直接使用。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)便、熱處理能耗低、生產(chǎn)周期短、合金元素加入量少、成本低廉和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，推廣應(yīng)用具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C38/32GK102383044SQ20111033207
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者皇志富, 符寒光, 邢建東, 雷永平, 高義民 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)