[发明专利]用于制造轧辊的多元低合金高速钢

说明书

技术领域：

本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种高速钢轧辊材料，尤其是一种用于制造轧辊的多元低合金高速钢。

背景技术：

高速钢是由大量钨、钼、铬、钒、钴等合金元素组成的高合金钢，以往多用作工具钢和模具钢。高速钢的淬火温度通常为1250～1320℃，淬火后在500～600℃回火，组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。经淬火、回火处理后，高速钢具有很高的硬度，可达HRC64～67。与普通材料相比，高速钢具有良好的红硬性。近年来，将高速钢用于制造热轧辊，代替半钢轧辊、高铬铸铁轧辊和高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，均取得了良好的效果。日本日立金属公司若松厂开发了以高速钢作为外层材质的工作辊。高速钢轧辊与高铬铸钢轧辊相比，前者的碳化物为10～15％，硬度HS75～85，基体硬度600℃时为Hv200～300，而后者则分别为碳化物20～25％，硬度HS70～80，600℃时基体硬度Hv100～200。模拟磨损试验表明，半钢轧辊的磨损量为36μm，高铬铸钢轧辊为18μm，高速钢轧辊仅为8μm。高速钢轧辊的耐磨性比半钢轧辊和高铬铸钢轧辊好得多。该厂已向三个公司提供了高速钢轧辊，使用寿命与高铬铸钢轧辊和半钢轧辊相比，提高幅度十分明显。日本日新制钢吴厂为了提高2^#热连轧机作业率，精轧工作辊使用高速钢轧辊，与原来高铬铸钢轧辊和高镍铬无限冷硬铸铁轧辊相比，耐磨性更好，表面磨损后粗糙度也小。使用高速钢轧辊的主要效果有：由于轧辊磨损少，带钢凸度小，与中间辊位移配合，可分散磨损程度，提高带钢表面质量，有利于无序轧制，热轧生产线换辊次数减少，磨辊车间工作量减少，F1～F3机架约减少60％换辊次数，F4～F7机架约减少30％换辊次数，轧制车间总的工作量可减少30％，轧制线生产率提高，轧辊单耗下降至0.22Kg/t钢。

为了提高高速钢轧辊性能，中国发明专利CN1631565公开了高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用韧性较好的低合金钢或中碳钢材料制作，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为：C：1.8-3.5％、V：7-12％、Cr：4-5％、Mo：2-4％、Ni：0.5-1.5％，余量为铁。其生产工艺为：辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热顺序凝固结晶方法复合熔铸为一体。本发明轧辊耐磨性好，性价比高，使用安全可靠。轧辊组织致密、均匀，无偏析，两种材料为良好的冶金结合，结合强度高，使用过程中不会发生断裂、碎裂现象，可减少易损件失效而造成的停机次数。有效提高了轧辊的韧性和耐磨性，解决离心铸造法易发生成分偏析，CPC法、ESR法生产工艺复杂、成本高的问题。中国发明专利CN1807671还公开了一种冶金轧辊工艺配方，尤其是公开一种连续铸造复合高速钢轧辊外层辊身的工艺配方。外层辊身的工艺配方(重量％)是：1.5-3.5C，2.0-7.0Cr，2.0-7.0Mo，4.0-10.0V，4.0-10.0W，0-10.0Co，Ni＜2.0，其余为Fe。采用该配方可以开发W、V含量高、偏析轻、耐磨性好的复合高速钢轧辊，来满足热连轧技术的需求，降低轧制中换辊频率，大幅度提高轧机的作业率，降低生产成本，提高经济效益。中国发明专利CN102031442A还公开了轧辊用高速钢组织变质细化用的孕育剂的制备和应用方法，该孕育剂是一种将钒铁、铌铁和生铁按质量比Fe∶V∶Nb＝3.2～5.6∶1.9～4.3∶1.5～3.5配比混合熔炼凝固后经快淬处理得到的薄带，在熔炼轧辊用高速钢过程中加入该孕育剂，使Nb与V原位形成复合碳化物(V，Nb)C，其作为初晶析出时，密度与钢液大致相同，从而作为基体合金液体的孕育变质形核核心，整体细化轧辊用高速钢基体晶粒和组织，从而提高了轧辊用高速钢材料的综合力学性能。中国发明专利CN101078090还公开了一种低合金高速钢轧辊材料及制造方法，其材料的化学成分是(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，且实际碳含量为：0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.200V+(0.08～0.20)。制造用电炉熔炼，轧辊采用离心复合铸造或连续复合铸造成型，轧辊经过粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度。该发明可提高轧机生产率，延长轧辊寿命，降低轧材成本。中国发明专利CN101225500还公开了一种轧辊用高钼高钒微偏析铸造高速钢。其具体化学成分如下(wt％)：C1.2～2.8％，Si0.2～1.0％，Mn0.2～1.0％，Ni0.3～1.2％，Cr3.0～6.0％，Mo5.0～10.0％，V5.0～12.0％，Al0.1～0.7％，P≤0.025％，S≤0.025％，其余为铁。该发明特点是在高速钢中增加Mo、V含量来替代传统轧辊用高速钢中的W元素，以减少重元素W在离心铸造时造成的比重偏析，从而使轧辊径向性能均匀，提高使用稳定性。该发明涉及的高钼高钒高速钢具有铸造偏析小，硬度高，耐磨性强，红硬性好，强韧性优等特点。中国发明专利CN101240402还公开了一种用于制作复合辊环轧辊用铸造高硼高速钢及其热处理方法，它是一种抗热冲击性良好的耐磨材料，其化学成分设计为(重量％)：0.20-1.10C，1.0-2.5B，3.0-5.0Cr，0.5-0.9Si，0.6-1.3Mn，2.0-10.0V，0.5-1.5Ni，1.0-4.0Mo，0.2-4.0W，0.1-2.0Nb，S＜0.04，P＜0.04，其余为Fe；它的热处理方法包括退火，淬火和2-3次回火，退火加热温度为800-860℃，炉冷至小于500℃后炉冷或空冷；淬火加热温度为1020-1150℃，随后风冷或空冷；回火2-3次，加热温度500-550℃，随后炉冷或空冷。与传统高镍铬钼轧辊相比，大幅提高合金耐磨性、耐热性、抗热冲击性，减少轧辊在使用过程中出现的热疲劳裂纹现象及由此产生的掉肉、崩裂，体现出良好的安全性与耐磨性的有机结合。中国发明专利CN1559725还公开了属于高速钢铸造技术范围的一种电磁离心铸造高速钢复合轧辊方法。是先将高速钢液加热到1600℃，脱氧出钢，进行浇铸。在浇铸时，先在离心铸造设备外面加稳恒磁场组成的外加磁场，同时高速旋转铸造设备，产生的离心旋转力与稳恒磁场相结合对钢液产生电磁搅拌，电磁离心铸造既保留了普通离心铸造组织致密，疏松气孔少等优点，又使粗大的柱状晶组织转变为均匀的等轴晶组织，并使第二相的分布趋于均匀，成分偏析得到控制。本方法生产的高速钢复合轧辊有理想的微观组织和界面结合力，使用性能好。中国发明专利CN101177753还公开了一种用于各类轧钢机的高钒高速钢轧辊材料的熔体处理方法，钢水出炉时，随流加入钒铁颗粒，其加入量占钢水总重量的0.80-1.20％。钢水冲入浇包前，在浇包内预先加入钇基稀土镁合金、氮化铬铁、钾盐和金属铝，其中钇基稀土镁合金加入量占钢水重量的0.30-0.80％，氮化铬铁加入量占钢水重量的0.20-0.50％，钾盐加入量占钢水重量的0.30-0.80％，金属铝加入量占钢水重量的0.30-0.60％。当钢水温度达到1450-1480℃时，在离心机上直接浇注成轧辊，在钢水浇注过程中，随流加入颗粒尺寸5mm-8mm的钒铁和钛铁颗粒，其中钒铁颗粒加入量占钢水总量的0.30-0.80％，钛铁颗粒加入量占钢水总量的0.40-1.00％。本发明离心铸造的高钒高速钢轧辊偏析轻，无铸造裂纹，硬度高，耐磨性好。中国发明专利CN101215628还公开了高速钢复合轧辊热处理方法，首先将轧辊进行退火处理，退火温度：870-890℃，保温时间：6-10小时。再在50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280-350℃，预热保温时间6-10小时。淬火加热时，轧辊需要旋转和沿轴向垂直下移。轧辊加热后快速水冷，然后在520-560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4-6小时，随后空冷。再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6-8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷。