[发明专利]一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金，尤其涉及一种铁基合金的成分构成。

背景技术

冷轧辊是金属冷轧设备上的必备部件，作为一种特殊工具用来使金属产生塑性变形，轧制出各种轧材产品。轧辊的工作条件非常复杂，服役中会受到各种周期性应力的作用，如弯曲、扭转、剪切、冲击、磨擦和热应力等交互作用。高速运转的轧辊不但要能承受正常轧制时的高磨损应力和高交变应力，而且在轧制出现故障时，还需承受局部应力过载和热负荷过载。因此冷轧辊应具备高的淬硬性、淬透性、耐磨性。

目前普遍使用的是钢号为MC 5的锻造成形冷轧工作辊，其主要化学成分为C：0.8～0.9％；Cr：4.5～5.5％；Ni：0.4～0.6％；Mo：0.2～0.4％；V：0.1～0.2％。在使用状态下，轧辊表面层的金相组织以回火马氏体基体上分布有弥散状的M₇C₃型碳化物为主，使用硬度达到HS90～95。

然而随着冷轧产品向高强度和高合金化方向发展，马氏体沉淀硬化不锈钢及高温合金的冷轧薄板产品在轧制过程中的变形抗力较传统碳素钢有明显提高，当变形量达到50％时，高温合金Inconel718形变强度高达1600MPa，马氏体沉淀硬化不锈钢形变PH15-7Mo强度高达1450MPa，形变强度远高于碳素钢，MC5冷轧辊已经不能满足需要，因此需要高硬度的锻造成形冷轧辊轧制该类材料。

在公开号为CN1132262A，公开日为1996年10月2日，名称为“免冷处理低合金深硬化层冷轧辊用锻钢”的中国专利中，公开了化学成分为C：0.75～1.05％；V：0.05～0.35％；Cr：0.75～1.35％；Mo：0.25～0.65％；Ca：0.003～0.012％；Al：0.55～3.00％；Ce：0.005～0.03％的冷轧辊锻用钢。该技术方案中，0.55～3.00％的Al含量将导致钢中Al₂O₃非金属夹杂物增多，钢的纯净度降低，Al₂O₃非金属夹杂物在锻造变形过程中沿纵向呈链状分布，将会降低钢的横向冲击韧性，此外该技术方案中中轧辊的淬硬层硬度与目前普遍采用的MC5相当，轧制高温合金、马氏体沉淀硬化不锈钢等材料时硬度不能满足生产需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制造锻造成形冷轧辊的高硬度用钢，使用该冷轧辊可以轧制高合金、难变形材料。

本发明的技术构思为通过开发一种含微合金化元素的新型锻造成形冷轧辊高硬度用钢，来克服锻造成形冷轧辊轧制高温合金和马氏体沉淀硬化不锈钢等高合金材料硬度不足的缺点。该种钢是通过沉淀强化作用以及细晶强化作用强化基体，实现硬度的提高的。具体原理如下：

本发明创新性地向钢中添加了微合金元素Be，Be与Fe形成了置换式固溶体，通过固溶强化作用强化基体，形成了金属间化合物Be₂Fe，Be与C形成特殊碳化物Be₂C，具有显著的沉淀强化作用。

由于Be是形成铁素体的元素，故添加Be元素的同时应增大奥氏体形成元素的含量，又由于Mn是强烈推迟珠光体转变的合金元素，有利于提高钢的淬透性并提高强度，故Mn/Be的重量百分比＞2。但由于Mn含量过高有使钢晶粒粗化的倾向，因此将Mn含量控制在0.80～1.5％。

细晶强化作用是通过添加微合金化元素Zr实现的，因为Zr是碳化物形成元素，在炼钢过程中又是强有力的脱氧和脱氮元素，其能细化钢的奥氏体晶粒，还能和S化合成硫化锆，防止钢的热脆性，此外Zr还有降低钢的应变时效现象、提高钢的低温韧性等优点。但过多的Zr不易充分溶入到奥氏体中，会使组织中出现ZrC，这样Zr不仅不能增加钢的淬透性，反而会因为其固定了部分的碳，致使钢的淬透性降低，因此本发明控制Zr的含量在0.10～0.20％范围内。

除上述三种化学元素外，该高硬度钢种中还有下列主要成分：

C元素是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，其固溶强化作用显著，是保证轧辊钢达到所需硬度而必不可少的元素，但C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多，降低韧性。

Si元素也具有固溶强化作用，并且具有较好的脱氧作用，但Si含量过高则会降低钢的韧性。

Cr元素的重要作用是提高轧辊钢的淬透性和耐磨性能，但过高的Cr含量会导致共晶碳化物，从而降低钢的切削性和抗事故能力。因此本发明将Cr含量控制在4.0～6.0％范围内。