[发明专利]一种原位再生氮化钛石墨半钢基型钢轧辊及辊环及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位再生氮化钛石墨半钢基型钢轧辊及辊环，是在传统钢基轧辊的冶炼过程中，常规熔炼基础上，向合金熔液中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达到0.02‑0.05％、氮含量达到0.020‑0.03％后，使Ti与N相互充分作用生成TiN颗粒；再向所得合金悬液中吹入纯氮气，使合金悬液中总氮含量达0.03‑0.04％，此时高富氮气泡与合金悬液中残留的单质Ti，继续生成TiN颗粒；再通过孕育、变质处理，浇注、热处理得原位再生氮化钛石墨半钢基型钢轧辊及辊环。与现有技术相比，本发明提供的原位再生氮化钛石墨半钢基型钢轧辊及辊环，在不破坏原钢基基体强度性能指标的前提下，具有提升耐磨性能的作用。

技术领域

本发明属于钢铁冶金行业用轧辊制造领域，尤其涉及一种在钢液中采用原位再生方法制备含有氮化钛的石墨半钢基型材轧制用轧辊的制备方法。

背景技术

型钢轧机主要机型：两辊式轧制模式与万能式轧制模式两种。

两辊式型钢轧机现用轧辊结构特点：轧辊辊颈较细、辊身孔型深，对轧辊的使用要求，辊颈要有较好的强韧性，辊身工作层(孔型内)要有较好的耐磨性，以及较小的硬度落差。传统两辊式型钢轧机用辊材质：粗轧机架有合金钢、半钢、珠光体Ⅰ球墨铸铁；中轧机架有半钢、珠光体Ⅱ球墨铸铁；精轧机架有珠光体Ⅲ球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁；以上轧辊多采用静态整体铸造方法生产。

万能式型钢轧机现用轧辊材质：粗、中、精轧机架多为半钢；主流制造方法采用离心复合制造+轴环装配。

存在的主要问题是，传统合金钢强韧性过剩耐磨性不足；半钢强韧性适中但容易粘钢；球墨铸铁用于粗轧机架强度偏低，工作层硬度落差较大，中、后期耐磨性差。

随着市场竞争的日益激烈，轧钢生产规模大型化、连续化要求，提升轧辊在机时间，成为了目前主要矛盾。

传统轧辊制造主要采取的手段：合金化与高合金化，除了不断提高Cr、Ni、Mo合金比例，同时向钢液中添加适量的V、W、Nb等耐磨合金轧辊耐磨性能得到了显著改善。但其负作用是，在提升耐磨性的同时，脆性增大、抗事故能力下降。成为了高硬度轧辊进一步提高合金含量、提升耐磨性的主要制约因素。

特别对于孔型较深、轧制力较大，对抗断裂性能要求较高的型钢粗轧机轧辊，为了解决孔型内耐磨性不足及孔型形状的保持能力差问题，许多钢厂不得已采用了合金钢材质孔型内激光熔覆或孔型堆焊工艺，从而使生产运行费用增加，轧钢生产轧辊车修过程复杂化。

如何在现用钢基轧辊材质基础上，在不破坏现用材料强韧性指标前提下，通过向轧辊中添加一种或几种微量元素(如钨、铌、钒、Ti等)从而大大提升轧辊的耐磨性能，一直是行业技术人员研究的方向。

本发明整体解决思路：采用以石墨半钢材质为基础，替代传统合金钢提高耐磨性，通过组织中增加适量的石墨改善半钢粘钢，采用开孔型淬火工艺方法代替传统球墨铸铁轧辊，解决孔型内的硬度落差大的问题。根据不同使用机架在传统合金化基础上，添加一种高耐磨相(如TiN)在不破坏原有材料强韧性指标基础上，使耐磨性得到进一步提升。

Ti作为有益元素，已广泛用于航空航天、医疗、精密仪器、仪表、刀具等领域得到广泛应用。然而，对于超大断面铸件中的冶金轧辊，溶入金属液中的单质Ti，在凝固过程极容易在晶界析出，造成晶界偏析，恶化钢的材料性能，在高温热处理过程中出现晶界断裂至整个轧辊报废。也有人曾采用向钢液中利用机械混合的方式如喷吹氮化钛(TiN)粉状陶瓷颗粒的方式力求提高材料耐磨性。但由于TiN粉末比重比钢液轻，喷吹的固态陶瓷颗粒容易漂浮在钢液表面(收得率很低)；另外，由于TiN陶瓷颗粒表面活性较低，且其与钢液之间的表面张力将导致陶瓷颗粒表面与钢基金属很难形成完全冶金结合，而以杂质形式存在于轧辊材料当中，使用时极易出现脱落。