專利名稱：一種含硼高速鋼軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鋼軋輥及其制備方法，特別涉及一種含硼高速鋼軋輥及其制備方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軋輥的品種和制造工藝隨冶金技術(shù)的進(jìn)步和軋鋼設(shè)備的演變而不斷發(fā)展。中世紀(jì)軋制軟的有色金屬時(shí)使用強(qiáng)度低的灰鑄鐵軋輥。18世紀(jì)中葉英國(guó)掌握了軋制鋼板用的冷硬鑄鐵軋輥的生產(chǎn)技術(shù)。19世紀(jì)下半葉歐洲煉鋼技術(shù)的進(jìn)步要求軋制更大噸位的鋼錠，無(wú)論是灰鑄鐵或冷硬鑄鐵軋輥的強(qiáng)度均已不能滿足要求。含碳量為0. 4% 0. 6%普通鑄鋼軋輥相應(yīng)誕生。重型鍛壓設(shè)備的出現(xiàn)更使這種成分的鍛造軋輥的強(qiáng)韌性得到進(jìn)一步提高。 20世紀(jì)初期合金元素的使用和熱處理的引入顯著改善鑄鋼和鍛鋼熱軋輥和冷軋輥的耐磨性和強(qiáng)韌性。熱軋板帶用的鑄鐵軋輥中加入鉬后改善了軋材的表面質(zhì)量。軋輥中大量使用合金元素是在第二次世界大戰(zhàn)以后，這是軋鋼設(shè)備朝著大型化、連續(xù)化、高速化、自動(dòng)化發(fā)展以及軋材強(qiáng)度提高、變形抗力加大后對(duì)軋輥性能提出更高要求的結(jié)果。這段時(shí)期中先后出現(xiàn)了半鋼軋輥以及球墨鑄鐵軋輥。20世紀(jì)60年代以后又研制成功了粉末碳化鎢軋輥。 70年代初期在日本和歐洲廣泛推廣的軋輥的離心鑄造技術(shù)、差溫?zé)崽幚砑夹g(shù)等使板帶軋輥的綜合性能顯著改善。復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥也成功地用于熱帶軋機(jī)上。同期，鍛造白口鐵和半鋼軋輥在日本得到應(yīng)用。80年代歐洲又推出高鉻鋼軋輥及超深淬硬層的冷軋輥以及用于小型型鋼及線材精軋的特殊合金鑄鐵軋輥。當(dāng)代軋鋼技術(shù)的發(fā)展促使更高性能軋輥的開發(fā)研制。采用離心鑄造法和新的復(fù)合方法如連續(xù)澆注復(fù)合法(CPC法)、噴射沉積法(Osprey 法)、電渣焊法以及熱等靜壓法生產(chǎn)的芯部為強(qiáng)韌性好的鍛鋼或球墨鑄鐵、外層為高速鋼系列的復(fù)合軋輥以及金屬陶瓷軋輥已分別在歐洲、日本新一代型材、線材、帶鋼軋機(jī)上得到應(yīng)用。為了提高軋輥的性能，日本專利JP2009214122-A公開了一種熱軋復(fù)合軋輥制備方法，該軋輥的的主要化學(xué)成分是1-2% C，0. 2-2% Si，0. 2-2% Mn, 4-8% V, 2-5% Cr,
2-8%Mo和/或W，0. 05-0. 3% Ti,該軋輥采用CPC法成形，在軋輥外層澆注過程中，還加入不超過3%且尺寸小于50 μ m的金屬碳化物，以改善軋輥性能。日本專利JP200^64^8-A 也公開了一種復(fù)合軋輥制備方法，其外層含有1-3% C、0. 2-2% Si、0. 2-2% Mn,3-10% V、
3-10%Cr、2-10% W和/或Mo、小于0. 2% Ti、其余是！^和不可避免的微量雜質(zhì)。復(fù)合軋輥采用連續(xù)鑄造方法成形，軋輥外徑250-620mm。為了進(jìn)一步提高軋輥性能，還加入0. 2-5% Ni，0. 2-10% Co和/或0. 2-2% Nb。韓國(guó)專利KR777673-B1還公開了一種復(fù)合軋輥制造方法，即先采用鑄造方法制造一根普通軋輥，能后通過堆焊方法在輥面形成一層含13% Cr的耐磨堆焊合金層，使軋輥耐磨性得以提高。中國(guó)發(fā)明專利CN1133758則公開了一種具有軋輥外層材料的熱軋用軋輥，軋輥外層材料的含量為 C :2. 5 4. 0%, Cr :6. 0 20%, V :3. 0 10. 0%, Nb :0. 6 5. 0%, Mo 2. 0 15%;Si 3. 0 以下，Mn 3. 0 以下，且滿足下式:10.5(%) ^ 6. 5 ·0(%)-1. 3 ·Υ(%)-0.7-Nb(%)^2-Cr(%)-2%,其余部分為拘和不可避免的雜質(zhì)，產(chǎn)品具有優(yōu)良耐磨性和低摩擦系數(shù)。中國(guó)發(fā)明專利CN101412096還公開了一種原生柱/帶狀硬質(zhì)點(diǎn)復(fù)合耐磨軋輥的制備方法，該方法制備的復(fù)合耐磨軋輥由芯部和表面耐磨層構(gòu)成，芯部材料選用韌性高的鋼材質(zhì)， 表面耐磨層由高硬度柱/帶狀硬質(zhì)點(diǎn)和高韌性金屬材料復(fù)合而成。首先機(jī)加工出軋輥芯部，再用高合金粉芯絲/帶材(注帶材可由絲材壓制而成)在軋輥芯部表面支撐架上編織出一定厚度的絲/帶材骨架并綁扎或焊接固定好，將編織好的預(yù)制件放入澆鑄型腔中，利用高溫鋼液進(jìn)行澆鑄，對(duì)高合金粉芯絲/帶材進(jìn)行鑄滲、燒結(jié)或熔化，在一定溫度區(qū)間內(nèi)， 合金元素進(jìn)行短程擴(kuò)散，在軋輥表面實(shí)現(xiàn)高硬度柱/帶狀硬質(zhì)點(diǎn)與高韌性基體金屬兩部分的冶金結(jié)合，形成內(nèi)含一定比例的柱/帶狀硬質(zhì)點(diǎn)的表面硬質(zhì)點(diǎn)耐磨復(fù)合層。中國(guó)發(fā)明專利CN1557578還公開了仿生非光滑耐磨軋輥，其技術(shù)方案是為提高軋輥表面耐磨性能，提供一種仿生非光滑耐磨軋輥，有效地提高型材軋輥的使用壽命。該軋輥由耐磨材料輥皮和具有較好韌性的芯部材料復(fù)合而成，其特點(diǎn)是輥皮具有微米級(jí)鱗片狀的非光滑表面，其輥皮表面的鱗片形態(tài)是長(zhǎng)軸為50 200微米、短軸為25 100微米、高度為25 100微米，其分布密度為200 5000個(gè)/100平方毫米。中國(guó)發(fā)明專利CN101985683A還公開了 Crl2MoV 軋輥的淬火工藝，其淬火加熱溫度為650°C，以工件有效壁厚為基準(zhǔn)，每毫米厚保溫2分鐘， 累計(jì)時(shí)間，再加熱至1020°C，以工件有效壁厚為基準(zhǔn)，每毫米厚保溫1分鐘，累計(jì)時(shí)間，工件放入300°C的50% KN03+NaNo2硝鹽溶液中等溫，等溫時(shí)間2小時(shí)取出，工件在180°C回火三次，時(shí)間以工件有效厚度為基準(zhǔn)，每毫米厚保溫10分鐘，累計(jì)時(shí)間。該發(fā)明采用硝鹽淬火，保證了 Crl2MoV軋輥的硬度，增加了使用中的耐磨性。中國(guó)發(fā)明專利CN10201^94A還公開了一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法，軋輥由高韌性耐磨合金外層和高強(qiáng)度鑄鐵內(nèi)層組成，外層的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳3. 2-3. 6，硅< 1. 0，錳0. 8-2. 0， 硫< 0. 05，磷 0. 1-0. 3，鉻 1. 2-1. 8，鎳 3. 6-4. 2，鉬 0. 3-0. 6，鈦< 0. 1，釩< 0. 2，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其特征在于軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分?jǐn)?shù)在10-35%之間。其制造方法包括以下步驟(1)電爐熔煉；( 離心澆注軋輥外層，( 離心澆注軋輥內(nèi)層；(4)內(nèi)層澆注完成后，冷卻到900-800°C時(shí)，將軋輥從模具中取出空冷至400-300°C時(shí)放入保溫爐內(nèi)保持5-15小時(shí)，然后再取出空冷；(5)將成型的合金軋輥經(jīng)機(jī)械加工制得成品。該發(fā)明不易開裂，軋輥面硬度均勻，性能優(yōu)良。中國(guó)發(fā)明專利CN102146M7A還公開了一種合金鋼軋輥及其制造方法，該合金鋼軋輥內(nèi)含有硅、錳、鉻、鉬、鎳、釩、鈮等金屬元素，碳的含量為0. 60 0. 68%，硫和磷的含量均小于等于 0. 025%。其制造方法包括冶煉工藝、鍛造工藝和熱處理工藝，其中的熱處理工藝又包括鍛后熱處理工藝、預(yù)備熱處理工藝、淬火熱處理工藝和最終回火工藝。在淬火熱處理工藝中采用了中頻電磁感應(yīng)加熱裝置和噴水裝置。通過上述材質(zhì)和熱處理工藝的改進(jìn)，該軋輥可延長(zhǎng)連續(xù)軋制時(shí)間2小時(shí)以上，表面硬度、淬火層深度、表面耐磨性能和抗斷裂等事故的能力也明顯提高，綜合性能有了明顯改善，軋輥的損耗也有所降低，換輥頻率明顯減少，使冷軋鋼板的生產(chǎn)效率得到了進(jìn)一步提高。中國(guó)發(fā)明專利CN101880834A還公開了一種具有高耐磨性和粗糙度保持能力的冷軋輥，其材質(zhì)中的化學(xué)組分及重量百分含量為CO. 90 1. 10 ； SiO. 2 1. 00 ；MnO. 40 0. 70 ；Cr4. 80 6. 80 ；Mol. 00 2. 00 ；V0. 10 0. 50 ；Ni 彡 0. 40 ； S^ 0.02 ;P ^ 0. 02 ；其余為狗。冷軋輥的表面硬度為92HSD 100HSD。熱處理的淬火加熱溫度為960°C 1020°C，冷處理的溫度為-90°C _50°C，處理時(shí)間為2h 8h，回火保溫溫度為120°C 145°C，保溫時(shí)間為60h 150h。采用該發(fā)明材料和性能制得的冷軋工作輥，具有高的粗糙度保持能力和高耐磨性，在同樣的使用條件下，該發(fā)明軋輥的使用壽命比原來普通鉻鋼系的材料制造的軋輥提高了 50%。中國(guó)發(fā)明專利CN101797630A還公開了一種改進(jìn)型高速鋼軋輥及其制備方法，采用離心復(fù)合鑄造方法成形，軋輥外層是高速鋼，軋輥內(nèi)層是球鐵或高強(qiáng)度鑄鐵。軋輥外層在離心鑄造機(jī)上成形，然后將輥芯鐵水在靜態(tài)下填芯，澆注成高速鋼復(fù)合軋輥。高速鋼軋輥外層的原料組成是(質(zhì)量分?jǐn)?shù))60-65%的M2高速鋼(W6Mo5Cr4V2)廢鋼，1. 0-1. 4 %的金屬鋁，5. 0-5. 5%的硼鐵，9. 2-9. 4%的碳素鉻鐵，
0.2-0. 4%的鈦鐵，1. 0-1. 2%的鎳鎂合金，18-23%的Q235廢鋼。本發(fā)明軋輥利用電爐便可生產(chǎn)，硬度高、不加貴重鐵合金、且取消高溫淬火處理，工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低廉，具有良好的耐磨性。但是，國(guó)內(nèi)外已開發(fā)的各種軋輥普遍存在力學(xué)性能波動(dòng)大和耐磨性較差的不足， 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有軋輥存在等不足，發(fā)明了一種性能優(yōu)異的整體含硼高速鋼軋輥制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含硼高速鋼軋輥及其制備方法。本發(fā)明是在耐磨性能優(yōu)異的M2(W6Mo5Cr4W)高速鋼基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低鎢、鉬、釩等貴重合金元素的含量，并提高鉻、碳元素加入量，另外加入少量硼、鋁、氮、銅等合金元素，以便改善高速鋼軋輥的耐磨性能。另外還加入稀土、鎂、鈦、鉀、鈉、碲、鉍等元素，細(xì)化凝固組織，改善含硼高速鋼軋輥中碳化物的形態(tài)和分布，提高含硼高速鋼軋輥力學(xué)性能和使用性能。本發(fā)明軋輥的輥頸和輥身采用同一材料，為了保證輥頸的高強(qiáng)度以及輥身的高硬度和高耐磨性，軋輥淬火冷卻過程中，輥頸采用隔熱材料保護(hù)緩慢冷卻，而輥身采用噴油冷卻，確保了軋輥具有良好的使用效^ ο本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一種含硼高速鋼軋輥，其特征在于，軋輥的化學(xué)組成成分是(質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % ) :0. 95-1. 15C，8. 5-9. OCr, 1. 0-1. 2Mo，0. 5-0. 8W，0. 5-0. 8V，0. 4-0. 6B，
1.6-1. 8A1，0. 18-0. 25N，0. 4-0. 6Cu, 1. 2-1. 4Si，0. 06-0. 10RE，0. 03-0. 06Mg，0. 04-0. 08Ti, 0. 025-0. 045K，0. 025-0. 045Na，0. 02-0. 04Te，0.02-0.04Bi， < 0. 5Mn, < 0.025S, < 0. 030P，余量為！^和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明上述軋輥的制備方法，其特征在于，軋輥用電爐熔煉，包括以下步驟1)首先用廢鋼、增碳劑、鉻鐵、銅板、鎢鐵和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵，升溫至1520-1550°C時(shí)，加入鋁和含氮鉻鐵，然后依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后，將鋼水溫度升至1560-1580°C，扒渣后出爐。2)將鉍鐵、碲化銅中間合金、含鉀物質(zhì)、含鈉物質(zhì)和稀土鎂合金破碎至粒度小于 IOmm的小塊，經(jīng)180-200°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。3)將鋼水在鑄型中澆注成軋輥，鋼水澆注溫度1460-1480°c。4)澆注10 1 后開箱空冷軋輥，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺。5)軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為 (920-950) 0C X (3-5)h，爐冷至溫度為560_580°C時(shí)，空冷，然后進(jìn)行粗加工。6)將粗加工后的軋輥重新加熱至1100-1120°C，保溫2-池，然后輥面噴油冷卻25-30min，輥頸表面則涂敷有隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷。最后將軋輥加熱至500-55(TC，保溫 8-lOh后，爐冷至溫度低于^(TC出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。在本發(fā)明步驟2)中所述的含鉀物質(zhì)為KMnO4經(jīng)350°〇焙燒后得到的固體物質(zhì)； 所述的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的含鈉產(chǎn)物；隔熱材料優(yōu)選為CaO/SiA的混合物或石棉布，Ca0/Si02的混合物導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選為0. 043 (w/m. k)，石棉布導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選 0. 069 (w/m. k)；本發(fā)明的其他原材料為本領(lǐng)域的常規(guī)物質(zhì)，只要最終能達(dá)到本發(fā)明軋輥的化學(xué)組成成分均可。合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的碳碳加入高速鋼軋輥一方面與鎢、鉬、釩、鉻等強(qiáng)碳化物形成元素結(jié)合生成高硬度碳化物，提高軋輥耐磨性，另一方面，高溫?zé)崽幚磉^程中溶于基體，提高基體淬透性和淬硬性，但是，碳加入量過多，高速鋼軋輥脆性增大，合適的加入量為0. 95-1. 15%。鉻鉻在高速鋼中主要是增加淬硬層深度，通常含量均在4%左右。在高速鋼軋輥中適當(dāng)提高鉻含量，可以增加軋輥材料中M7C3型碳化物數(shù)量，有利于改善軋輥耐磨性， 此外鉻含量增加，還可減輕軋輥高溫加熱過程中的氧化和脫碳，綜合考慮將鉻含量控制在 8. 5-9. 0%。鎢和鉬鎢在鋼中既能形成碳化物，又部分溶于固溶體中，提高鋼的回火穩(wěn)定性。 鉬與鎢結(jié)構(gòu)及物理性能相近，可以互相代替，Mo可以代替1.6%-2.0% W，含鉬高速鋼碳化物的不均勻性明顯優(yōu)于鎢系高速鋼，鉬系高速鋼的紅硬性低于鎢系，但其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性明顯好于鎢系高速鋼。但是，鎢、鉬均為價(jià)格昂貴的合金元素，綜合考慮將鎢含量控在 0. 5-0. 8%, Mo 含量控制在 1.0-1.2%。釩釩是強(qiáng)碳化物形成元素，與碳結(jié)合生成高硬度VC，明顯改善軋輥耐磨性，但釩是價(jià)格昂貴的合金元素，綜合考慮將釩含量控在0. 5-0. 8%。硼硼與鐵結(jié)合生成高硬度的!^e2B,明顯改善軋輥耐磨性，此外，硼還可以明顯提高軋輥淬透性，在高速鋼軋輥中，加入適量廉價(jià)的硼元素，取代價(jià)格昂貴的鎢、鉬、釩、鈮、鈷等合金元素，有利于降低軋輥生產(chǎn)成本。但是，加入過多的硼會(huì)降低軋輥的強(qiáng)度和韌性，合適的硼加入量為0. 4-0.6%。鋁、硅和銅鋁、硅和銅均是非碳化物形成元素，加入含硼高速鋼軋輥中，主要固溶于基體，提高基體強(qiáng)度，改善軋輥耐磨性。銅的加入還可以明顯改善軋輥的淬透性。但是， 加入過多的鋁，鋼水熔煉困難，而加入過多的硅，軋輥使用中易出現(xiàn)開裂和剝落，加入過多的銅則增加軋輥生產(chǎn)成本。綜合考慮將鋁含量控在1. 6-1. 8%，硅含量控制在1. 2-1. 4%, 銅含量控制在0. 4-0.6%。氮含硼高速鋼軋輥中，加入氮元素的主要作用有二，其一是提高軋輥材料的淬透性，改善其耐磨性，其二是氮與鋼中的鈦、硼、釩等元素結(jié)合生成高熔點(diǎn)的的VN，TiN, BN等質(zhì)點(diǎn)，可以起凝固核心作用，有利于細(xì)化凝固組織，改善含硼高速鋼軋輥的強(qiáng)韌性，但是，氮加入量過多，軋輥中易出現(xiàn)氣孔，反而降低含硼高速鋼軋輥性能，綜合考慮，將氮含量控制在 0. 18-0. 25%。稀土、鎂、鈦、碲、鉍高速鋼軋輥中，加入稀土、鎂、鈦、碲、鉍的主要目的是為了細(xì)化凝固組織，改善夾雜物形態(tài)和分布，提高含硼高速鋼軋輥的綜合性能，合適的稀土加入量為0. 06-0. 10%，合適的鎂加入量為0. 03-0. 06%，合適的鈦加入量為0. 04-0. 08%，合適的碲加入量為0. 02-0. 04%，合適的鉍加入量為0. 02-0. 04%。鉀和鈉鉀和鈉可降低含硼高速鋼的初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度，初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度的下降，有助于鋼水在液相線和共晶區(qū)過冷，而合金的結(jié)晶過冷度增大， 會(huì)使形核率大大增加，因此，鉀、鈉使初晶奧氏體晶核增多，初晶奧氏體得以細(xì)化，初晶奧氏體的細(xì)化導(dǎo)致共晶反應(yīng)時(shí)殘留鋼液相互被隔開的趨勢(shì)增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致共晶組織的細(xì)化。此外，鉀、鈉在共晶結(jié)晶時(shí)選擇性地吸附在共晶碳化物擇優(yōu)生長(zhǎng)方向的表面上，形成吸附薄膜，阻礙鋼液中的Fe、W、M0、Cr、C等原子長(zhǎng)入共晶碳化物晶體，降低了共晶碳化物
擇優(yōu)方向的長(zhǎng)大速度，導(dǎo)致
方向長(zhǎng)大減慢，而W01]、[100]方向長(zhǎng)大速度增大，導(dǎo)致共晶碳化物變成不規(guī)則的團(tuán)塊狀。初晶奧氏體的細(xì)化和共晶碳化物形態(tài)的改善，有利于高速鋼機(jī)械性能，特別是沖擊韌性的大幅度提高。值得注意的是，鉀、鈉非?；顫?，極易氧化和揮發(fā)，比重小，不易直接加入金屬液中，而且純的鉀、鈉價(jià)格高，直接加入含硼高速鋼軋輥經(jīng)濟(jì)上也不合理。本發(fā)明的含鉀物質(zhì)為經(jīng)350°C焙燒過的ΚΜη04。加入鋼水之前，KMnO4經(jīng)過350°C焙燒，由于KMnO4不穩(wěn)定，在焙燒過程中會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)AKMnO4 240°c > AMnO2 + IK2O + 302 個(gè)式(1)AKMnO4 2m°c > IMn2O3 + IK2O + AO2 個(gè)式 O)因此，加入到鋼水中含鉀物質(zhì)的主要成分其實(shí)是Μη02、Μη203*Κ20三種物質(zhì)，而K2O 在鋼水高溫作用下，又會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)IK1O 881°c > 4K + O2 個(gè)式(3)本發(fā)明的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的產(chǎn)物。其主要反應(yīng)式為6Na0H+2C — 2Na2C03+2Na+3H2式鉀、鈉加入量過少，對(duì)含硼高速鋼的性能影響不大，加入量過多，導(dǎo)致合金中夾雜物數(shù)量增多，對(duì)機(jī)械性能也有不良影響，綜合考慮，將鉀含量控制在0. 025-0. 045 %，鈉含量控制在 0. 025-0. 045%錳錳降低含硼高速鋼軋輥的硬度，損害含硼高速鋼軋輥耐磨性，將其含量控制在 0. 5%以下。硫和磷硫和磷是含硼高速鋼軋輥中的有害元素，對(duì)其含量應(yīng)嚴(yán)格控制，其中磷含量控制在0. 03%以下，硫控制在0. 025%以下。含硼高速鋼軋輥的性能還與熱處理工藝有關(guān)。本發(fā)明熱處理工藝制訂的理由如下本發(fā)明含硼高速鋼軋輥鑄態(tài)硬度較高，達(dá)到52-56HRC，直接加工效率低，且刀具消耗多，軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為(920-950) °C X(3-5)h， 爐冷至溫度為560-580°C時(shí)，進(jìn)行空冷，其室溫硬度降至280-320HB，具有較好的機(jī)械加工性能，粗加工效率高，刀具消耗少。將粗加工后的軋輥重新加熱至1100_1120°C進(jìn)行奧氏體化，并保溫2_3h，一方面可以提高高溫奧氏體中合金元素含量，改善軋輥淬透性和耐磨性，另一方面，高溫加熱和保溫過程中，可以進(jìn)一步改善碳化物和硼化物的形態(tài)和分布，有利于提高軋輥的綜合機(jī)械性能。但是加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長(zhǎng)，既增加能耗，也加快軋輥的氧化和脫碳以及促進(jìn)軋輥組織的晶粒長(zhǎng)大，降低軋輥力學(xué)性能和使用性能，軋輥淬火加熱溫度控制在 1100-1120°C，保溫時(shí)間控制在2-3h，效果最好。此外，軋輥淬火冷卻過程中，直接采用風(fēng)冷或空冷，輥面硬度低，耐磨性差，而直接采用水冷或油冷，輥面冷卻過快，應(yīng)力過大，極易出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明高速鋼軋輥淬火冷卻過程中，輥面采用噴油冷卻25-30min，可確保輥面高硬度和優(yōu)異的耐磨性，又不會(huì)因應(yīng)力過大而出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明高速鋼軋輥冷卻過程中，輥頸表面涂敷隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷，輥頸中不會(huì)出現(xiàn)脆性的馬氏體組織，輥頸獲得細(xì)小的屈氏體組織，可以獲得較高的強(qiáng)度和較好的韌性。 淬火后的軋輥應(yīng)力大，需要及時(shí)回火處理，消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織。本發(fā)明軋輥經(jīng)500-550°C 并保溫8-lOh的回火處理后，可以獲得內(nèi)應(yīng)力小、組織穩(wěn)定、硬度高和耐磨性好的高速鋼軋棍。本發(fā)明效果(1)用本發(fā)明制造的軋輥，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，金相組織中含有15-18%高硬度共晶碳化物和3-5%的高硬度共晶硼化物，導(dǎo)致軋輥輥面宏觀硬度高，達(dá)到85-88HSD，具有優(yōu)良的耐磨性。(2)含硼高速鋼軋輥經(jīng)稀土、鎂、鈦、碲、鉍、鉀和鈉變質(zhì)處理后，基體組織明顯細(xì)化，共晶碳化物、硼化物由條、帶狀變成小塊狀和團(tuán)球狀，導(dǎo)致高速鋼軋輥性能大幅度提高， 輥身抗拉強(qiáng)度達(dá)到620-650MPa，沖擊韌性達(dá)到7-9J/cm2。(3)本發(fā)明含硼高速鋼軋輥淬火冷卻過程中，輥頸表面通過涂敷隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷，輥頸組織中不會(huì)出現(xiàn)脆性的馬氏體組織，輥頸獲得細(xì)小的屈氏體組織，可以獲得較高的強(qiáng)度和較好的韌性，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到840-870MPa，沖擊韌性達(dá)到15-18J/cm2。(4)本發(fā)明含硼高速鋼軋輥輥頸和輥身采用同一材料鑄造成形，方便了使用報(bào)廢后軋輥的回收，解決了雙金屬?gòu)?fù)合軋輥使用報(bào)廢后回收利用的難題。(5)本發(fā)明軋輥的使用壽命比Crl2MoV和GCrl5軋輥提高5倍以上。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1 用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉含硼高速鋼軋輥材料，其具體制造工藝步驟是1)首先用廢鋼、增碳劑、鉻鐵、銅板、鎢鐵和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵，升溫至15M°C時(shí)，加入鋁和含氮鉻鐵，然后依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后，將鋼水溫度升至1563°C，扒渣后出爐。2)將鉍鐵、碲化銅中間合金、含鉀物質(zhì)、含鈉物質(zhì)和稀土鎂合金(具體稀土元素是鈰)破碎至粒度小于IOmm的小塊，經(jīng)200°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。3)將鋼水在鑄型中澆注成軋輥，鋼水澆注溫度1461°C。4)澆注IOh后開箱空冷軋輥，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺。5)軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為950°C X!3h，爐冷至溫度為580°C時(shí)，空冷，然后進(jìn)行粗加工。6)將粗加工后的軋輥重新加熱至1120°C，保溫池，然后輥面噴油冷卻30min，輥頸表面則涂敷有隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷。最后將軋輥加熱至550°C，保溫他后，爐冷至溫度低于 260°C出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。含硼高速鋼軋輥成分見表1，含硼高速鋼軋輥性能見表2。其中，步驟2)中所述的含鉀物質(zhì)為KMnO4經(jīng)350°C焙燒后得到的固體物質(zhì)；所述的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的產(chǎn)物；步驟6)所述的隔熱材料是導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 043 (w/m. k)的 Ca0/Si02 的混合物。實(shí)施例2 用750公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉含硼高速鋼軋輥材料，其具體制造工藝步驟是1)首先用廢鋼、增碳劑、鉻鐵、銅板、鎢鐵和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵，升溫至1549°C時(shí)，加入鋁和含氮鉻鐵，然后依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后，將鋼水溫度升至1580°C，扒渣后出爐。2)將鉍鐵、碲化銅中間合金、含鉀物質(zhì)、含鈉物質(zhì)和稀土鎂合金(具體稀土元素是鑭)破碎至粒度小于IOmm的小塊，經(jīng)180°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。3)將鋼水在鑄型中澆注成軋輥，鋼水澆注溫度1477°C。4)澆注1 后開箱空冷軋輥，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺。5)軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為920°C X^i，爐冷至溫度為560°C時(shí)，空冷，然后進(jìn)行粗加工。6)將粗加工后的軋輥重新加熱至1100°C，保溫池，然后輥面噴油冷卻25min，輥頸表面則涂敷有隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷。最后將軋輥加熱至500°C，保溫IOh后，爐冷至溫度低于 260°C出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。含硼高速鋼軋輥成分見表1，含硼高速鋼軋輥性能見表2。其中，步驟2)中所述的含鉀物質(zhì)為KMnO4經(jīng)350°〇焙燒過的固體物質(zhì)；所述的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的產(chǎn)物；步驟6)所述的隔熱材料是導(dǎo)熱系數(shù)為0. 043 (w/ m. k)的 Ca0/Si02。實(shí)施例3 用750公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉含硼高速鋼軋輥材料，其制造工藝步驟是1)首先用廢鋼、增碳劑、鉻鐵、銅板、鎢鐵和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵，升溫至1536°C時(shí)，加入鋁和含氮鉻鐵，然后依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后，將鋼水溫度升至1571°C，扒渣后出爐。2)將鉍鐵、碲化銅中間合金、含鉀物質(zhì)、含鈉物質(zhì)和稀土鎂合金(具體稀土元素是釔)破碎至粒度小于IOmm的小塊，經(jīng)190°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。3)將鋼水在鑄型中澆注成軋輥，鋼水澆注溫度1472°C。4)澆注1 后開箱空冷軋輥，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺。5)軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為940°C X4h，爐冷至溫度為570°C時(shí)，空冷，然后進(jìn)行粗加工。6)將粗加工后的軋輥重新加熱至11101，保溫》1，然后輥面噴油冷卻^min，輥頸表面則涂敷有隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷。最后將軋輥加熱至530°C，保溫9h后，爐冷至溫度低于260°C出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。含硼高速鋼軋輥成分見表1，含硼高速鋼軋輥性能見表2。其中，步驟2)中所述的含鉀物質(zhì)為KMnO4經(jīng)350°〇焙燒過的固體物質(zhì)；所述的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的產(chǎn)物；步驟6)所述的隔熱材料是導(dǎo)熱系數(shù)為0. 069 (w/ m. k)的石棉布。表1含硼高速鋼軋輥成分
權(quán)利要求
1.一種含硼高速鋼軋輥，其特征在于，軋輥的化學(xué)組成成分是(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％) 0. 95-1. 15C,8. 5-9. OCr, 1. 0-1. 2Mo,0. 5-0. 8ff,0. 5-0. 8V,0. 4-0. 6B, 1. 6-1. 8A1, 0. 18-0. 25N, 0. 4-0. 6Cu, 1. 2-1. 4Si, 0. 06-0. 10RE, 0. 03-0. 06Mg, 0. 04-0. 08Ti, 0. 025-0. 045K，0. 025-0. 045Na，0. 02-0. 04Te，0.02-0.04Bi， < 0.5Mn, < 0. 025S, < 0. 030P，余量為！^和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種含硼高速鋼軋輥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先用廢鋼、增碳劑、鉻鐵、銅板、鎢鐵和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵， 升溫至1520-1550°C時(shí)，加入鋁和含氮鉻鐵，然后依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后，將鋼水溫度升至1560-1580°C，扒渣后出爐；2)將鉍鐵、碲化銅中間合金、含鉀物質(zhì)、含鈉物質(zhì)和稀土鎂合金破碎至粒度小于IOmm 的小塊，經(jīng)180-200°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；3)將鋼水在鑄型中澆注成軋輥，鋼水澆注溫度1460-1480°C；4)澆注10 1 后開箱空冷軋輥，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺。5)軋輥在機(jī)械加工前需要進(jìn)行軟化退火處理，軟化退火工藝為(920-950)°C X (3-5) h，爐冷至溫度為560-580°C時(shí)，空冷，然后進(jìn)行粗加工；6)將粗加工后的軋輥重新加熱至1100-1120°C，保溫2-池，然后輥面噴油冷卻 25-30min，輥頸表面則涂敷有隔熱材料實(shí)現(xiàn)緩冷，最后將軋輥加熱至500-55(TC，保溫 8-lOh后，爐冷至溫度低于^(TC出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，步驟2)中所述的含鉀物質(zhì)為KMnO4經(jīng)350°〇 焙燒后得到的固體物質(zhì)；所述的含鈉物質(zhì)為NaOH和C經(jīng)熱還原反應(yīng)后的含鈉產(chǎn)物。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，隔熱材料為CaO/SiA的混合物或石棉布。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，CaO/SiA的混合物導(dǎo)熱系數(shù)為0.043 (w/m. k)， 石棉布導(dǎo)熱系數(shù)為0. 069 (w/m. k)。
全文摘要
一種含硼高速鋼軋輥及其制備方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，化學(xué)質(zhì)量組成0.95-1.15C，8.5-9.0Cr，1.0-1.2Mo，0.5-0.8W，0.5-0.8V，0.4-0.6B，1.6-1.8Al，0.18-0.25N，0.4-0.6Cu，1.2-1.4Si，0.06-0.10RE，0.03-0.06Mg，0.04-0.08Ti，0.025-0.045K，0.025-0.045Na，0.02-0.04Te，0.02-0.04Bi，＜0.5Mn，＜0.025S，＜0.030P，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。利用電爐可生產(chǎn)，輥面硬度高、耐磨性好和輥頸強(qiáng)度高、韌性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/60GK102409267SQ20111036010
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者周榮, 岑啟宏, 竇永平, 符寒光, 蔣業(yè)華, 邢建東, 郭紅星, 雷永平 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)