一種石墨鋼材質的粗軋輥及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨鋼材質的粗軋輥及其制造方法，其合金成分及各合金成分的重量百分含量為C：1.20～2.30%，Si：1.00～2.20%，Mn：0.50～1.20%，P≤0.03%；S≤0.03%，Cr：0.40～3.50%，Ni：0.20～2.00%，Mo：0.20～1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質，其制造方法包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，所述孕育及球化處理中使用鋁、稀土硅鐵鎂合金的孕育劑，1噸鋼水加入1～3Kg，出鋼過程中隨鋼流沖入Fe-Si顆粒和Si-Ca顆粒；出鋼完成后對鋼包內鋼液進行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達本鋼液熔點50℃以上的澆注溫度，然后進行澆注。本發(fā)明具有的高耐磨性，兼有優(yōu)良的抗熱裂性、抗事故沖擊能力。
【專利說明】一種石墨鋼材質的粗軋輥及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軋輥及其制造方法，具體的說是一種用于軋機的具有高耐磨性和抗熱裂性的石墨鋼材質的粗軋輥及其制造方法。
【背景技術】
[0002]大中型型鋼軋機、鋼坯連軋機粗軋機架的粗軋輥一般采用合金鑄鋼或半鋼材質制作，合金鑄鋼材質的軋輥在使用中存在耐磨性差、在線磨損嚴重的缺點。而半鋼材質的軋輥的耐磨性雖然比合金鑄鋼材質的軋輥有所提升，但抗熱裂性差，使用中易產生龜裂，甚至剝落掉塊，尤其是對于帶深孔的軋輥，軋制鋼材過程中冷卻水很難冷卻到的深孔內部，致使軋輥的熱裂紋傾向尤其嚴重。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種石墨鋼材質的粗軋輥及其制造方法，使軋輥的硬度落差小，提高軋輥的耐磨性能和抗熱裂性能。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種石墨鋼材質的粗軋輥，其合金成分及各合金成分的重量百分含量為C:1.20~
2.30%, S1:1.00 ~2.20%,Mn:0.50 ~1.20%, P ( 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40 ~3.50%, Ni:
0.20~2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0005]本發(fā)明的進一步改進在于:各合金成分的重量百分含量為C:1.60~2.00%, Si:
1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P 大于 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.10 ~2.50%, N1:0.90 ~
1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0006]一種石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法，包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，
所述熔煉在電弧爐內進行，采用氧化法熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，熔煉過程中應防止還原期內P、C升高現(xiàn)象，在還原期內用白渣脫氧，出鋼前用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學成分符合要求；
孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內鋼液轉移到鋼包中，鋼包中預先加入鋁、稀土硅鐵鎂合金，加入的比例為I噸鋼水加入I~3Kg，出鋼過程中隨鋼流沖入Fe - Si顆粒和S1-Ca顆粒；出鋼完成后對鋼包內鋼液進行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達本鋼液熔點50°c以上的澆注溫度，然后進行澆注；
熱處理:鋼坯開箱后進行退火處理，退火溫度為700°C~80(TC;機械加工后進行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用風冷+空的冷卻方式，當軋輥冷卻到400°C時，停止冷卻，進行回火處理，回火溫度為560°C~610°C。
[0007]本發(fā)明的進一步改進在于:吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼液中含碳量低于標準則采用專用喂絲機向鋼液內喂碳線，直到達到碳含量要求。
[0008]本發(fā)明的進一步改進在于:所述澆注采用底注切線開放式澆注方式，澆注時使鋼液產生旋轉，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位。
[0009]本發(fā)明的進一步改進在于:所述S1-Ca顆粒和Fe-Si顆粒的粒度為10~20mm。
[0010]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明取得的技術進步是:
本發(fā)明結合型鋼軋機和粗軋機架的自身特點及工作條件，確定軋輥中合金元素的成分及含量，設計合理的制作工藝，采用靜態(tài)或離心鑄造粗軋輥，完成了以半鋼軋輥為基礎的一種軋輥新材質的研發(fā)，由于其基體組織與半鋼相似，硬度值設計合理，同時還含有一些細小、彌散分布的球型石墨，因此不僅具有半鋼軋輥硬度落差小、耐磨性能好的優(yōu)點，同時還克服了半鋼軋輥在使用中對冷卻水要求高，抗熱裂性能差的缺點，其良好的高耐磨性和抗熱裂性，是型鋼粗軋機架理想的工作部件。
[0011]本發(fā)明的耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥中含有較高含量的Cr、N1、Mo等多種合金元素，而且生產過程中采用整體制造工藝，通過合理控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相應比例，使基體組織中含有一定數(shù)量的石墨，仍然存在具有較高顯微硬度的細粒狀及棒狀碳化物形成耐磨的質點，提高基體顯微硬度，進一步提高耐磨性。
[0012]本發(fā)明對澆注液進行合理的孕育處理、對冶煉澆注工藝和熱處理工藝進行合理的改進設計，使基體中有彌散分布的細小的球型石墨，球型均勻分布的石墨阻止熱疲勞裂紋的發(fā)生和擴展，其阻尼性能可以使抗裂性能提高，提高了軋輥的抗熱裂，同時還提高了粗軋輥的工作效率，尤其對于軋制時冷卻水很難深入到深孔部位的軋輥，解決熱裂紋和磨損嚴重問題，兼顧軋輥側壁承受的相對較大的沖擊要求。
[0013]綜上，本發(fā)明具有的高耐磨性，兼有優(yōu)良的抗熱裂性、抗事故沖擊能力，具有適中的抗破斷強度和韌性，硬度降落小，使用中對熱影響敏感較小。適用于型鋼類粗軋機架，能較好的滿足軋制軋制型材的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1、圖2是本發(fā)明的耐磨型石墨鋼粗軋輥工作層的金相組織照片； 其中，圖1是放大50倍的石墨照片，采用光學顯微鏡在未腐蝕狀態(tài)下拍攝；圖2是放大100倍的工作層組織照片，采用光學顯微鏡在腐蝕狀態(tài)下拍攝，圖2中白色的為碳化物，黑色的為珠光體基體。
[0015]圖3是本發(fā)明的軋輥硬度落差分布圖。
【具體實施方式】
[0016]耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥，各合金成分及重量百分含量為C:1.20~2.30%, Si:
1.00 ~2.20%, Mn:0.50 ~1.20%, P ≤ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40 ~3.50%, N1:0.20 ~
2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0017]本發(fā)明粗軋輥的各合金成分及重量百分含量進一步優(yōu)選為:C:1.60~2.00%, Si:1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.10 ~2.50%, N1:0.90 ~1.30%,Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質。實驗發(fā)現(xiàn)，該優(yōu)選設計結合制造工藝，更能使石墨化元素和碳化物網絡化形成彌散分布的球型石墨，由于基體中分布的球型石墨的形態(tài)數(shù)量是生產出合格品的關鍵，該優(yōu)選設計業(yè)成為生產合格品的控制目標。
[0018]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明:實施例1
本實施例中，耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設計目標為C:1.20 ~1.60%, S1:1.00 ~1.30%, Mn:0.50 ~0.70%, P≤0.02% ；S≤0.02%, Cr:0.40 ~
1.10%, N1:0.20~0.90%, Mo:0.20~0.40%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0019]該耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法為:
A.借助造型機制作鑄型。
[0020]B.按設計目標的各合金元素的含量配比選配原料并放入電弧爐中采用氧化法進行熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，升溫速度為50°C /h，熔煉過程中應防止還原期內P、C升高現(xiàn)象，在還原期內用白渣脫氧，出鋼前使用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學成分符合要求。
[0021]孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內鋼液轉移到鋼包中，鋼包中預先加入鋁(Al)、稀土硅鐵鎂合金(FeSiMg5RE)，其中鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物的質量份數(shù)比為3~5:5~7，每I噸鋼水加入I~3Kg的鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物。出鋼過程中隨鋼流沖入10~20mm的Fe-Si顆粒和S1-Ca顆粒；澆注時隨流孕育，發(fā)揮孕育劑瞬時孕育的效果。出鋼完成后，對鋼包內鋼液進行吹氬處理，吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼液中含碳量低于標準則采用專用喂絲機向鋼液內喂碳線，直到達到碳含量要求。然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，并使鋼液溫度降溫至工藝澆注溫度，然后進行澆注。
[0022]C.澆注過程采用合箱底注法切線開放式澆注方式進行澆注，開放式澆注系統(tǒng)的直澆道出口截面積小于橫澆道截面積，橫澆道出口截面積又小于或等于全部內澆道截面積，鋼液從鑄型底部進入，上部設置澆冒口系統(tǒng)。將達到澆注溫度的澆注液澆注到已經組裝在一起的鑄型、底箱、冒口箱內，澆注時使鋼液產生旋轉，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位，得到健全毛坯?？梢圆捎渺o態(tài)整體鑄造或者離心鑄造。
[0023]D、熱處理
鋼坯開箱后進行退火處理，退火溫度為700~800°C;機械加工后進行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用吹風+空冷冷卻方式，當軋輥冷卻到400°C時，停止冷卻，進行回火處理，回火溫度為560°C~610°C，時間依據軋輥規(guī)格尺寸進行確定。
[0024]E.探傷檢測合格者入庫。
[0025]本實施例中對毛坯件進行化學成分分析，各化學組分及重量百分含量為C:
1.40%, Si:1.20%, Mn:0.60%, P≤0.02% ；S≤0.01%, Cr:0.50%, N1:0.60%, Mo:0.30%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0026]本實施例中對合格品檢測發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為48~50HSD，硬度均勻性(4HSD，金相組織如圖1和圖2所示。粗軋輥的輥頸的抗拉強度為535MPa。
[0027]實施例2
本實施例采取與實施例1相同的制作方法，其區(qū)別點在于:
所述耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設計目標為c:1.60~
2.00%, S1:1.30 ~1.90%, Mn:0.70 ~1.00%, P≤0.02% ；S≤0.02%, Cr:1.10 ~2.50%,N1:0.90~1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0028]本實施例中對毛坯件進行化學成分分析，各化學組分及重量百分含量為C:1.60%, Si:1.50%, Mn:0.80%, P ≤ 0.01% ；S ( 0.01%, Cr:1.40%, N1:1.00%, Mo:0.60%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0029]本實施例中對合格品檢測發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為51~53HSD，硬度均勻性(3HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強度為565MPa。
[0030]實施例3
本實施例采取與實施例1相同的制作方法，其區(qū)別點在于:
所述耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設計目標為C:
2.00 ~2.30%, S1:1.90 ~2.20%, Mn:1.00 ~1.20%, P ≤ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:2.50 ~
3.50%, N1:1.30~2.00%, Mo:0.80~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0031]本實施例中對毛坯件進行化學成分分析，各化學組分及重量百分含量為C:
2.10%, Si:2.00%, Mn:1.10%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.03%, Cr:2.80%, N1:1.70%, Mo:0.90%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0032]本實施例中對合格品檢測發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為48~50HSD，硬度均勻性(4HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強度為510MPa。
[0033]實施例4
本實施例采取與實施例1相同的制作方法，其區(qū)別點在于:
所述耐磨型石墨鋼材質的粗軋輥各合金成分及重量百分含量的設計目標為c:1.70~1.90%, S1:1.40 ~1.70%, Mn:0.80 ~1.00%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.02%, Cr:1.30 ~1.70%,N1:0.90~1.20%, Mo:0.40~0.70%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0034]本實施例中對毛坯件進行化學成分分析，各化學組分及重量百分含量為C:1.70%, Si:1.50%, Mn:0.80%, P ≤ 0.02% ；S ( 0.01%, Cr:1.50%, N1:1.00%, Mo:0.60%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0035]本實施例中對合格品檢測發(fā)現(xiàn)，粗軋輥的工作層硬度為52~55HSD，硬度均勻性(3HSD。粗軋輥的輥頸的抗拉強度為575MPa。
[0036]此外，本發(fā)明還對孕育劑進行了更深入一步的研究。實驗發(fā)現(xiàn)，當鋁與稀土硅鐵鎂合金混合物的質量份數(shù)比為4:6時，孕育效果提高5%。而且如果加入1#合金，混合物的使用量可以降低為每I噸鋼水加入I~2Kg的鋁、1#合金、稀土硅鐵鎂合金孕育劑混合物，使用效果明顯提高約20%，鋁、1#合金、稀土硅鐵鎂合金三者的合理質量份數(shù)比為I~3:2~4:3 ~7，優(yōu)選 2:3:5。
【權利要求】
1.一種石墨鋼材質的粗軋輥，其特征在于:其合金成分及各合金成分的重量百分含量為 C:1.20 ~2.30%, S1:1.00 ~2.20%, Mn:0.50 ~1.20%, P ≥ 0.03% ；S ( 0.03%, Cr:0.40~3.50%, N1:0.20~2.00%, Mo:0.20~1.00%，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種石墨鋼材質的粗軋輥，其特征在于:各合金成分的重量百分含量為 C: 1.60 ~2.00%, S1: 1.30 ~1.90%,Mn:0.70 ~1.00%, P^0.02% ；S^0.02%,Cr:1.10~2.50%, N1:0.90~1.30%, Mo:0.40~0.80%，其余為Fe和不可避免的雜質。
3.權利要求1或者2任一項所述的一種石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法，包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，其特征在于: 所述熔煉在電弧爐內進行，采用氧化法熔煉，熔煉溫度為1500°C~1600°C，熔煉過程中應防止還原期內P、C升高現(xiàn)象，在還原期內用白渣脫氧，出鋼前用碳粉和硅鐵粉增碳，保證化學成分符合要求； 孕育及球化處理:熔煉好的鋼液采用大口鋼、渣混出方式將電弧爐內鋼液轉移到鋼包中，鋼包中預先加入鋁、稀土硅鐵鎂合金，加入的比例為I噸鋼水加入I~3Kg，出鋼過程中隨鋼流沖入Fe-Si顆粒和S1-Ca顆粒；出鋼完成后對鋼包內鋼液進行吹氬處理，然后鎮(zhèn)靜10分鐘以上，使鋼液溫度到達本鋼液熔點50°C以上的澆注溫度，然后進行澆注； 熱處理:鋼坯開箱后進行退火處理，退火溫度為700°C~80(TC;機械加工后進行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火冷卻方式采用風冷+空的冷卻方式，當軋輥冷卻到400°C時，停止冷卻，進行回火處理，回火溫度為560°C~610°C。
4.根據權利要求3 所述的一種石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法，其特征在于:吹氬氣處理完成后取樣分析，如果鋼 液中含碳量低于標準則采用專用喂絲機向鋼液內喂碳線，直到達到碳含量要求。
5.根據權利要求3所述的一種石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法，其特征在于:所述澆注采用底注切線開放式澆注方式，澆注時使鋼液產生旋轉，將夾雜物匯聚在中心并隨著鋼液上升帶到冒口部位。
6.根據權利要求3所述的一種石墨鋼材質的粗軋輥的制造方法，其特征在于:所述S1-Ca顆粒和Fe-Si顆粒的粒度為10~20mm。
【文檔編號】C21D9/38GK103469109SQ201310420047
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年9月16日
【發(fā)明者】劉娣, 彭書平, 朱志磊 申請人:中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司