[发明专利]一种耐磨铸造高速钢复合轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种复合轧辊及其制备方法，特别涉及一种耐磨铸造高速钢复合轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产中的重要消耗工具，随着轧钢技术的发展，对轧辊的性能，特别是高温耐磨性能提出了更高的要求，为了提高轧辊高温耐磨性，最重要的途径是在轧辊材料中加入形成高硬度碳化物元素及加入提高基体抗回火稳定性元素，其中最常见的是加入钨、钼、钒、铌等合金元素，由此出现了高速钢轧辊材料。

目前高速钢轧辊已在轧钢生产中获得了广泛应用，为了进一步提高高速钢轧辊性能，中国发明专利CN103624230A公开了一种组合外场下离心铸造高速钢轧辊的方法。在高速钢轧辊旋转离心铸造过程中，在铸模外安置脉冲式磁场，脉冲式磁场的频率10-20Hz，脉冲宽度在15-25μs，使铸型中心部位的磁感应强度在0.01-0.7T，同时，在铸模两端分别安装一个电极，离心浇铸过程中对处于凝固过程中的金属通入稳定的直流电流，直流电流的电流密度为0.1-10A/m²，利用脉冲式磁场和高速旋转铸模内金属液中直流电流的交互作用改变高速钢轧辊凝固过程中析出硬质相的形态，并利用离心铸造的作用控制硬质相的分布。该发明综合了脉冲式磁场、磁电耦合及离心旋转铸造的技术优势，能显著改善高速钢轧辊的内部凝固组织，大幅度提高轧辊的寿命和使用性能。中国发明专利CN103624240A还公开了磁场电场复合作用下离心铸造高硼高速钢轧辊的方法。在高硼高速钢轧辊离心铸造过程中，在铸模外安置固定的稳恒磁场，使铸型中心部位的磁感应强度在0.01-0.7T，同时，在铸模两端分别安装导电环并与电极接触，离心浇铸过程中对处于凝固过程中的铸件通入脉冲电流，脉冲电流的电压为100V-1500V，频率10-20Hz，脉冲宽度在15-25μs，利用脉冲电场的震荡以及磁场内带电旋转铸件形成的电磁震荡作用改变高硼高速钢轧辊凝固过程中析出硬质相的形态，并利用离心铸造的作用控制硬质相的分布。该发明综合了脉冲电场、磁电耦合及离心旋转铸造的技术优势，能显著改善高硼高速钢轧辊的内部凝固组织，大幅度提高轧辊的寿命和使用性能。中国发明专利CN103317115A还公开了一种高速钢复合轧辊的制造方法，包括以下步骤：根据需要熔炼的高速钢轧辊的成分要求将原料置于中频感应炉中进行熔炼；炉前处理；采用三层复合及离心工艺浇注轧辊；粗加工；热处理；精加工；其中，所述熔炼包括外层钢液冶炼、中间层金属液熔化和芯部铁水熔化，所述热处理包括淬火和回火工艺，所述回火工艺为400-450℃保温10-15小时，再随炉冷却至100℃以下后出炉空冷。通过上述方式，该发明能够解决外层和芯部不同材质之间难以结合的问题，实现中间层的过渡结合，具有极好的耐磨性及较高的硬度，可保证辊面质量。中国发明专利CN103305775A还公开了一种高碳高速钢轧辊，包括按质量百分比组成的下列成分：C：1.8-2.8％，W：3-5％，Cr：5-8％，Mo：3.5-4％，V：4-6％，Nb：0.8-1.5％，Co：1-3％，Ni：0.5-1.5％，Al：0.3-0.6％，Si：≤1.0％，其余为Fe和不可避免的微量元素。通过上述方式，该发明的高碳高速钢轧辊能够提高耐磨损和抗热疲劳性能，应用于棒材轧机精轧机架上，可以显著提高轧钢机作业率，降低轧材生产成本，减轻工人劳动强度，提高使用寿命。中国发明专利CN102828123A还公开了一种离心复合浇铸高速钢轧辊外层变质处理的方法，其特征在于，在外层高速钢熔炼完成出炉时，向钢包内加入复合变质剂对高速钢铁水进行变质处理，复合变质剂的加入量为钢水重量的1.0～2.0％，反应温度为1500～1600℃。所述复合变质剂的化学成分重量百分比为：50～55％钒铁FeV50、20～25％稀土硅铁合金FeSiRe21、20～25％硅钡合金FeBa5Si60、5～10％Al。与现有技术相比，该发明的优点是：细化铸造晶粒和改善铬、碳化物形态，均匀弥散分布的细小球状ＭＣ型碳化物，提高了高速钢轧辊外层的耐磨和耐热性，使轧辊毫米轧材同比增加25～30％。中国发明专利CN102615108B还公开了一种离心铸造高速钢复合轧辊及其制造方法，复合轧辊由外层高速钢、中间层石墨钢和芯部高强度球铁通过离心复合而成。本发明是在现有高碳高钒高速钢轧辊基础上，适当降低钒含量，同时加入铌元素，且Nb/V控制在0.3-0.5，使Nb与V形成复合碳化物(V，Nb)C，从而避免了在离心力作用下形成偏析。高速钢复合轧辊的辊芯采用高强度球墨铸铁，为防止浇注球铁时与外层高速钢熔合混入Cr，B等引起脆化的元素，在外层和辊芯之间浇注多元石墨钢中间层。为防止轧辊离心铸造过程中出现裂纹，对辊面高速钢材料和中间层石墨钢进行细化组织的微合金化处理，达到提高轧辊材料抗热裂能力的目的。中国发明专利CN102366822A还公开了一种高速钢轧辊材料的钢水处理方法，将变质元素稀土镁硅铁合金、钒铁、钛铁、铌铁、锆铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁、硼铁和锌破碎成60～100目的粉末，按质量分数混合均匀；采用厚度0.15～0.22mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径φ5-8mm金属包芯线；采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内浇注高速钢轧辊的钢水中，金属包芯线的加入量为8～10kg/T钢水。该发明工艺简便，变质元素收得率高，变质效果稳定，导致高速钢轧辊的力学性能和使用性能明显提高。中国发明专利CN102274856A还公开了一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，轧辊包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：1.8～2.6％C、3～10％Cr、0.2～1.0％Nb、4～10％Mo、5～10％V、4～10％W、2～10％Co，其余为Fe及不可避免的杂质，其工作步骤如下：1)中频炉熔炼；2)进行变质处理；3)离心铸造；4)芯部浇铸；5)采用台车式差温炉进行热处理。与现有技术相比，该发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400MPa以上，防止高速钢外层的剥落。中国发明专利CN101812646A还公开了轧辊用高速钢合金的铸造工艺，该工艺先采用快淬甩带法分别制得薄片状的纳米晶稀土硅铁孕育剂和薄片状的纳米晶硼铁细化剂，再用由该纳米晶稀土硅铁孕育剂和纳米晶硼铁细化剂构成的变质剂对轧辊用高速钢合金组织进行晶粒和组织细化处理，以克服高速钢合金铸造的缺陷，显著细化了其基体晶粒并使碳化物断网，从而明显地提高了所制得的高速钢轧辊的综合力学性能。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。该低合金高速钢轧辊材料含有较少的钨、钼合金元素，不含价格昂贵的钴元素，生产成本低，具有良好的红硬性、强韧性和耐磨性。中国发明专利CN1999804还公开了一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法，该发明中高碳高钨高速钢轧辊含有：碳2.0～3.0％，钨6.0～18.0％，钒2.0～4.0％，钼1.0～3.0％，铬3.0～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％；制成的该高碳高钨高速钢轧辊含有钒、钨系的ＭＣ型复合碳化物。该发明中高碳高钨高速钢轧辊的制备方法是，将高碳高钨高速钢加热到1580～1620℃后脱氧；在1400～1500℃浇铸，同时对离心铸型施加0.05～0.25T的稳恒磁场，并以600～1800转/分钟转速旋转至成型。