[发明专利]多元复合强化合金半钢定/减径机轧辊及其制备方法

说明书

本发明提供一种多元复合强化合金半钢定/减径机轧辊及其制备方法，用于热轧无缝钢管定径机或减径机的多元复合强化合金半钢轧辊，本发明的轧辊由多元复合合金以及复合强化粒子制成，其中：在冶炼过程中进行多元合金的强化复合，按照设计比例将多种元素与复合强化粒子等均匀地混合在一起，使之在熔液中快速熔化并与熔液充分均匀熔合进行强化复合；本发明可降低Ni、Mo等贵重金属的消耗，兼顾了高温激冷下的耐磨、耐蚀、抗侵入变形和机加工等性能优点，使用后轧辊表面光亮，使用寿命为高镍钼合金球铁钢管轧辊的1.5倍以上，使用性能优良并且节省材料。

技术领域

本发明涉及铸造轧辊制造技术领域，尤其涉及热轧无缝钢管用多元复合强化合金半钢定径机或减径机轧辊及其制备方法。

背景技术

钢管的定径和减径是热轧无缝钢管生产中最后一道荒管热变形工序，其主要作用是消除前道工序轧制过程中造成的荒管外径不一，以提高热轧成品管的外径精度和圆度。无缝钢管的定、减径过程是钢管不带芯棒的多机架连轧过程。定径是在较小的总减径率和小的单机架减径率下将钢管轧成有一定要求的尺寸精度和真圆度，并进一步提高钢管的表面质量。减径除了有定径的作用外，还要求减径率较大，以实现大管料生产小口径钢管。定/减径机的工作机架数一般为3～14架或更多，机架数是根据轧制钢管的规格确定。定/减径机的工作机架通常是三辊式，即每架均用3只轧辊组成，安装在1个机架上进行工作。无缝钢管定、减径轧辊单重从每件十几公斤到每件2吨，通常工作在800～980℃的高温及冷却水激冷作用下，受到切向拉伸和径向压缩的复合应力，并同时承受交变热应力作用。轧辊工作表面与钢管之间产生滚动与滑动摩擦，特别是在张力减径下磨损非常严重。因此要求定、减径轧辊具有高强度、高韧性和良好的耐磨性、抗冷热疲劳性。实际生产中对定、减径轧辊的磨损程度控制十分严格，一旦超过要求就必须进行修复，以满足热轧无缝钢管负公差轧制的需要。一般1-2个班次就需更换一套轧辊。由于在使用中需要经过多次修复重车，要求轧辊表面要有较厚的工作层，通常在修复时需要加工掉50％甚至更多。

定/减径轧辊有很高的组合加工精度要求，三辊组合孔型为圆形或橢圆形，为保证加工精度，需要专用的数控机床加工。将三只轧辊安装到机架上，然后将机架装到数控机床上进行孔型精加工及使用后孔型的修复。由于专用的数控机床性能是按照加工合金球铁材料设计的，当加工高硬度的耐磨材料时很困难，导致加工效率太低影响生产，因而许多高硬度的耐磨材料如硬质合金、高速钢、高铬铸铁等就因为加工难度太大而无法在实际生产中推广应用，因此要求定/减径轧辊必须具有良好的机加工性能。

上世纪末，国际先进水平的无缝钢管生产线开始采用高镍钼合金球铁(Ni3Mo1)钢管定/减径轧辊，成分包括C3.0～3.6、Ni3.0～3.5、Mo0.8～1.2、Cr0.5～1.0。使用高镍钼合金球铁(Ni3Mo1)钢管定/减径轧辊采用专用数控机床加工和修复目前仍是国内外无缝钢管生产的主流。

高镍钼合金球铁(Ni3Mo1)钢管定/减径轧辊具有耐高温和激冷性能优良，同时具有良好的机加工性能。但存在的缺陷和不足是耐磨性差、轧辊消耗量大，基体组织为贝氏体或珠光体，基体在高温下硬度更低，尤其是在轧制高钢级、合金钢管时易粘钢失效；抗拉强度只有300～400MPa、冲击韧性只有2.2～3J/cm²，使用后期易开裂失效，耐磨耐蚀性差，在高温和冷却水的交替作用下，轧辊表面易发生原电池反应，表现为使用后轧辊表面粗糙，易形成“虎皮斑”，严重影响钢管的表面质量。而高镍钼合金球铁钢的合金含量较高，尤其是贵重金属镍、钼等含量较高，使得生产成本增高。

此外，钢管定/减径轧辊属异形轧辊，其剖面的一半近似“M”形，常规铸造难度大，目前多釆用离心铸造成带内孔的圆柱体再进行加工，因此，材料利用率较低。

发明内容