[发明专利]一种高碳半钢复合辊环及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轧机用辊环及其制造方法，特别是离心铸造高碳半钢/石墨钢复合辊环及其制造方法，属钢铁铸造技术领域。 

背景技术

近年来，随着H型钢生产线的相继投产，做为主要配件辊环的市场需求量也迅速增加，大型H型钢轧机用辊环的制作主要采用离心铸造，其外层采用半钢或硬质合金，内层采用石墨钢。目前辊环外层材质中大多碳含量较低，一般控制在1.8%以下，其原因是在半钢材质的化学成分区域内，随着碳含量的增加，结晶温度范围逐渐变得很宽，在凝固过程中产生热裂纹的倾向很大，给铸造工艺代来很大的难度，故生产企业为得到较高的产品合格率，尽可能地降低碳含量，一般控制在1.4~1.8%。但这样选择碳含量的结果，使得凝固组织中碳化物耐磨硬质相的数量较少，辊环的耐磨性差，使用寿命短。也有一些辊环外层材质含碳量达到2.0%以上，随碳含量增加无疑提高了辊环的耐磨性，但仍存有下述问题：1.在原料选择方面流于一般概念，使得组织中P、S含量偏高，导致辊环使用过程中易产生热裂纹和冷脆；2.热处理工艺制定不合理，未能够对碳化物形态进行有效改善，导致辊环的抗热疲劳性不佳，使用寿命受到影响。

发明内容

本发明旨在解决已有技术之缺陷而提供一种使用寿命长、具有高硬度、强度及韧性的高碳半钢复合辊环及制造方法。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种高碳半钢复合辊环，它由外层高碳半钢和内层石墨钢复合而成，其特别之处是：所外层材料化学成分重量百分比为：C 2.1-2.5、Si 0.5-0.8、Mn 0.8-1.2、Cr 1.5-2.0、Ni 1.5-2.0、Mo 0.4-0.8、V 0.2~0.5、Al 0.1、P≤0.03、S≤0.03、Re 0.2，余量为Fe；内层材料化学成分重量百分比为：C 1.0-1.5、Si 1.2-1.6、Mn 0.6-0.9、Cr 0.2-0.6、Ni 0.4-0.8、Mo 0.15-0.25、P≤0.03、S≤0.03、Re 0.15，余量为Fe。

上述高碳半钢复合辊环制造方法，它包括熔化外层材料、熔化内层材料、离心浇注复合辊环、复合辊环热处理等工序，所述复合辊环热处理工序按照以下步骤进行：

a. 高温扩散退火：将脱模复合辊环以每小时50 oC升温至700~900 oC，保温6~10小时，再以每小时50 oC升温到 1100~1200 oC，保温4~8小时，炉冷到1000 oC，保持 7~10小时，吊出空冷到400~500 oC，入炉； 

b. 淬火：将已扩散退火的辊环以每小时50 oC升温至650~750 oC ，保温3~6小时，再以每小时50 oC升温到 1000~1100 oC，保温10~14小时，吊出空冷到500 oC，入炉炉冷到400 oC；

 c. 回火：以每小时50 oC升温到 550~650 oC，保温10~14小时，炉冷到200 oC出炉。

上述高碳半钢复合辊环制造方法方法，所述熔化外层材料工序中将磷、硫含量≤0.03%的废钢、增碳剂、镍板、铬铁、硅铁、锰铁和钼铁混合加热熔化，炉前调整成份合格后，将温度升至1590-1620oC，依次加入硅-钙合金、铝脱氧，然后加入钒铁，而后出炉。

本发明针对高碳半钢辊环易出现热裂纹及抗热疲劳性不佳的问题进行了改进，其主要特点体现在如下方法1.优选辊环内外层材料配比，确定辊环外层半钢的高碳含量及合理的合金元素含量，以确保辊环高硬度、高耐磨性的要求；2.辊环外层原料摒弃常规原料中的生铁，并严格控制废钢中的硫、磷含量，直接利用增碳剂达到高碳含量要求，此方法可有效将硫、磷含量控制在≤0.03%，避免或降低辊环热裂纹和冷脆倾向；3.根据外层辊环高碳含量的特点，制定合适的热处理工艺，特别是通过高温扩散退火，改善碳化物结构，使其形成团块或颗粒状结构，有效提高辊环抗热疲劳性能，延长使用寿命。经检验本发明辊环外层硬度为≥58HSD，抗拉强度≥550Mpa，延伸率≥1%，内层抗拉强度≥600Mpa，延伸率>1.5%。与普通离心铸造半钢辊环相比，本发明辊环使用寿命提高30%以上。

具体实施方式