[发明专利]热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊制造技术领域，尤其涉及热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊及其制备方法。

背景技术

近年来，我国大量引进、新建先进的钢管生产机组，拥有世界上所有先进的轧管机机型和大型机组，其中不乏世界首创。我国已成为世界上最大的钢管生产国和消费国，钢管轧辊消耗量世界最大。先进的钢管生产机组和高级别合金钢管的生产对轧辊提出了更高的要求。

热轧无缝钢管连轧机轧辊服役条件恶劣，工作温度一般为1120-1200℃，轧辊同时还要承受冷却水的激冷激热作用。当工作温度低于1100℃时，由于轧件变形抗力增加，易损坏轧辊和芯棒。连轧机轧辊在使用中需经过多次车削修复，要求连轧辊同时具有高强度、高韧性、耐激冷激热性和足够厚的耐磨损的工作层。因此，国内外热轧无缝钢管连轧机轧辊选用材料通常为合金球墨铸铁，依靠合金元素来提高钢管连轧机轧辊的的性能。

热轧无缝钢管连轧机轧辊属厚大件，其制造难点在于获得球化率和球化级别较高的基体，以及进行等温淬火获得较高的综合性能。目前国内外热轧无缝钢管连轧机轧辊化学成分中由于含有较高含量的镍、钼成分，而厚大件铸造时易产生球化衰退，使得球化率和球化级别较低，碳化物含量较高；又因为厚大件等温淬火难度较大，故采用相对简单的正、回火热处理工艺，从而使其力学性能较差：抗拉强度一般为390-500MPa、冲击韧性只有2.2-3.2J/cm²，因此在使用中易产生碎裂而影响生产。

连轧机轧辊每次使用后均需修复孔型，车削量一般为3mm左右，虽然报废轧辊可以回收重熔，但报废轧辊重量一般要损失10-20％。而真正在生产中的磨损量比车削量要少，绝大部分都在修复中变为废屑。尤其是在轧制批量小的钢管时，有时使用寿命仅为正常的20％左右，用过后仍需修复。因此，现有技术所生产的轧辊由于所使用的材料尤其是贵重金属镍、铬的大量加入以及轧辊力学性能不佳，使轧辊的修复量加大，造成了轧辊制造和使用企业生产成本的增加以及贵重金属材料的很大浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种无镍无铬以及低钼合金减量化成分设计的热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊及其制备方法。本发明采用特殊的铸造方法提高球化率和球化级别、采用等温淬火热处理提高轧辊的综合性能，解决了厚大件球墨铸铁铸造及等温淬火难的问题，制造出满足服役条件的热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊，避免轧辊在使用中碎裂，降低制造和使用成本，减少贵重金属镍、铬、钼和能源的消耗。

目前，在金属产品的材料设计中，合金减量化设计成为设计者的追求目标。即在满足产品服役条件的前提下，尽可能的减少合金含量，尤其是减少贵重金属含量的加入成为低碳要求、节约材料和能源的重要原则。而本发明正是遵循这一原则进行实施的过程。

本发明采用两种技术方案完成其目的。本发明的一方面为一种热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊，该轧辊的特点在于采用了合金减量化设计，轧辊的化学成分以重量百分比计为：C：3.2-4.0％、Si：2.3-2.9％、Mn：≤0.30％、Cu：0.2-0.6％、Mo：0.2-0.4％、Ti：0.05-0.1％、Al：0.02-0.05％、Bi：0.002-0.005％、Mg：0.04-0.06％、P≤0.06、S≤0.02，余量为铁。

本发明的另一方面为一种热轧无缝钢管连轧机球墨铸铁轧辊制备方法，该方法采用以下步骤：

铸型设计：根据轧辊的结构形状，选用圆截面变径式或圆截面近等厚式纯砂或复合砂型，铸型浇道为独立设置；其中，所述圆截面变径式砂型是指将砂型根据连轧辊的形状分为上部短轴、中间辊环和下部长轴3部分，每部分圆砂箱直径根据连轧辊该部分直径确定，整体砂型呈阶梯状，同时使砂型的厚度从下到上逐步增加；所述上部短轴部分砂型厚度为150-250mm纯砂型；中间辊环上、下及外圆部分砂型厚度为130-200mm复合砂型，靠型腔内部厚度约为15-25mm纯砂型；下部长轴部分砂型厚度为100-160mm复合砂型，靠型腔内部厚度约为15-25mm纯砂型；砂型上刷涂有掺入0.05％-0.1％碲粉的涂料；所使用的复合砂型是在型砂中混有Φ30-40mm钢球。

冶炼：选用合金减量化设计轧辊材料进行冶炼，获得所需要的浇铸液；

浇铸：轧辊材料中的铋为在铸型内孕育；在临近浇铸时选用含锶、钡孕育剂以及球化剂进行临近浇铸孕育和球化，浇铸时加入2％-5％的悬浮剂，使其均匀分布于浇铸液中，凝固时间控制在2小时之内；