钒钛无限冷硬球铁轧辊及铸造方法

摘要

本发明为钒钛无限冷硬球铁轧辊及铸造方法，其特征是化学成分中不含Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素，从辊身工作层到芯部均为球墨铸铁。铸造时，使用了稀土镁和铁镁机制球化剂组成的混合球化剂，采用了小剂量孕育剂法和型内退火工艺。本发明生产的轧辊成本低，硬度高、耐磨性好、强度高，轧制钢材时不易断辊，辊槽边不易掉块，用在中小型轧钢机的第一二机架上可代替铸钢轧辊，且其寿命比铸钢轧辊提高20％以上。

说明书

本发明属于无限冷硬铸铁轧辊领域，涉及一种无限冷硬球墨铸铁轧辊及其铸造方法。

现有的无限冷硬球墨铸铁轧辊，其化学成份中均含有Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素，即使是以钒钛生铁为原料生产的球铁轧辊也不例外（见《钢铁钒钛》1989年第10卷第3期P43～48）。轧辊的铸造方法中，球化处理一般使用纯镁或稀土镁作球化剂，孕育处理一般加入较大剂量的孕育剂（0.4～1.0%的Fe-Si75），内应力的消除一般采用低温退火。因此，现有的无限冷硬球铁轧辊不仅成本较高，而且球化率不稳定，强度和硬度不能同时兼顾，不同程度地影响了使用寿命。

专利号为CN86107631.1、名称为《离心复合钒钛铸铁轧辊及铸造方法》的中国专利虽然提供了一种以钒钛生铁为原料，化学成份中不含Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素的铸铁轧辊，但由于其采用离心铸造，因此轧辊的组织、工艺流程有很大差别，而且由于所需设备昂贵，导致同类轧辊的成本高于无限冷硬球铁轧辊。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新材质的无限冷硬球墨铸铁轧辊及其铸造方法，此种轧辊不仅成本低，而且球化率稳定，使用性能好，寿命大幅度提高。

本发明的目的是这样实现的：

在材质方面，以钒钛生铁为原料，充分发挥钒钛合金元素对铸铁基体组织的强化作用。通过合理配料，使轧辊的化学成份为：C3.2～3.8%、Si1.5～2.4%、Mn0.4～1.0%、P≤0.2%、S≤0.03%、V0.2～0.45%、Ti≤0.2%、Mg≥0.25%、Re0.02～0.06%。

在组织方面，通过正确的工艺流程使辊身从工作层到心部均为球墨铸铁，工作层的组织为珠光体+球状石墨+莱氏体，心部的组织为珠光体+铁素体+球状石墨，而且基体组织珠光体的片层从工作层到心部缓慢增大。此种组织保证了轧辊的使用性能，使其硬度从表面到心部也是缓慢下降，每5毫米下降1～3Hs，既满足了工作层硬度的需要，又满足了中心强度的需要。

在铸造方法上，造型工艺与现有技术相同，上下辊颈采用砂型，辊身采用金属型，但熔炼和热处理工艺，相对于现有技术有以下三个特点：

①铁水球化处理使用稀土镁和铁镁机制球化剂组成的混合球化剂，铁镁机制球化剂为专利产品（专利号CN87103635.5），与稀土镁配合使用球化效果好，球化率稳定。

②铁水孕育处理采用小剂量孕育剂法，即加入0～0.1%的Fe-Si75进行孕育，且孕育剂的加入量随着辊身工作层所要求的硬度的增加而减少。当Hs为60～64时，加孕育剂0.05～0.1%;当Hs＞64时，加孕育剂0.03～0.05%或者不加孕育剂，利用球化剂含有的硅量进行孕育。这种孕育方法使轧辊在结晶过程中产生的组织能同时兼顾轧辊的硬度和强度，提高轧辊的使用性能。

③浇注后，采用型内退火工艺消除内应力。这种工艺是在轧辊的冷却过程中采用保温措施降低冷却速度，使其按所需要的速度冷却的一种退火工艺。它既减少了低温退火的加热工序，又提高了轧辊的性能。

本发明所提供的方法，其工艺流程    如图：

工艺流程中控制的主要工艺参数如下：

冲天炉出炉铁水温度1400°～1420℃，浇注温度1260°～1300℃。

混合球化剂的配制比例为：稀土镁60～80%、铁镁机制球化剂20～40%，球化剂的加入量除了根据化学成份的要求计算外，还要考虑炉料成份和焦碳中的实际S含量，若S含量超过了化学成分所规定的量，S每增加0.01%，则球化剂要相应地增加0.01～0.02%。

孕育剂的加入量根据轧辊辊身工作层的硬度要求决定，Hs为60～64，加Fe-Si750.05-0.1%，Hs≥64，加Fe-Si750.03～0.05%或者不加。

浇注时，金属型的温度为50°～100℃。

型内退火的起始温度为600℃，冷却速度为10～30℃/小时。

本发明具有以下优点：

1.由于化学成份中不含Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素，因此，每生产一吨轧辊可节约上述合金元素6～10公斤，与低Ni、Cr、Mo、Cu冷硬轧辊相比，可降低成本10～20%;

2.生产时不需专用设备，与钒钛离心复合轧辊相比，可降低成本30～40%;

3.辊身工作层硬度高、耐磨性好，对于开坯机架轧辊，表面硬度大于60Hs，对于成品机架轧辊，表面硬度大于64Hs，且轴向和径向的硬度差≤5Hs。

4.辊身心部的强度较高，对于开坯机架轧辊，σb≥450MPa，对于成品机架轧辊，σb≥360MPa。

5.辊身工作层有效厚度30～40毫米，且从工作层到心部硬度梯度小，每5毫米下降1～3Hs，因此最适合于型钢轧辊的需要，用在中小型轧钢机的第一、第二机架上可代替铸钢轧辊和半冷硬低合金球铁轧辊，且其寿命长于上述两种轧辊，每反修一次孔型，轧制钢材的产量比上述两种轧辊提高20%以上。

6.球化处理安全可靠，球化率＞80%，产品合格率＞90%。

7.采用型内退火既减少了工序，又可降低成本，提高性能，使轧辊在轧制钢材时不易断辊，辊槽边不易掉块。

实施例：

轧辊尺寸：φ285×600

钒钛生铁60%，轧辊回炉料26.6%，废钢13.3%，Mn65    0.6%、Si75    0.3%。

球化处理：加1.4%    RMg    8-10、0.6%铁镁机制球化剂8-9。

孕育处理：加0.1%Fe-Si75。

化学成份：

球化、孕育处理前，C3.50%、Si1.20%、Mn0.55%、P0.18%、S0.086%、V0.325%、Ti0.064%。

球化、孕育处理后，C3.41%、Si1.95%、Mn0.53%，P0.17%、S0.016%、Re0.032%、Mg0.071%、V0.30%、Ti0.058%。

工艺参数：

金属型浇注温度70℃，涂料为碳质+耐火材料。

铁水出炉温度1410℃，浇注温度1260℃，处理1300公斤铁水浇两支轧辊，浇注时间11秒。

型内退火起始温度600℃，冷却速度20℃/小时。

轧辊质量：

辊身表面硬度65Hs，辊颈硬度40Hs，辊身表面硬度差4.3Hs，鞍形试样抗拉强度545MPa。