一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊，该高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的化学成分分外层和心部两部分配置，其中外层化学成分为：C：2.80‑3.30％；Si：0.50‑1.00％；Mn：0.50‑1.20％；Cr：10.00‑15.00％；Ni：1.50‑2.50％；Mo：1.00‑1.50％；V：0.20‑0.60％；Nb：0.10‑0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；心部化学成分为：C：3.00‑3.40％；Si：1.80‑2.50％；Mn：0.30‑0.70％；Nb≥0.10％；Ni≥0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；Mg：0.04‑0.07％；余量为Fe及少量残余元素。本发明与普通轧辊相比，通过优化配置，提高型钢轧辊的表面质量，延长轧辊使用寿命，降低型钢轧辊的生产成本，增强了产品的市场竞争力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊及其制备方法。

背景技术

目前，大中型钢轧辊的孔型深、孔型多、磨损不均匀和轧辊要求高等作业特点，使轧辊表面硬度与孔型槽底、侧壁、R角等部位有硬度不均匀以及硬度有落差等问题，对型钢轧辊的产量也有一定的制约。因此，需要进一步解决上述问题。

发明内容

本发明的针对上述问题，首先，提供一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的技术方案。

一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊，该高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的化学成分分外层和心部两部分配置，其中外层化学成分为：C：2.80-3.30％；Si：0.50-1.00％；Mn：0.50-1.20％；Cr：10.00-15.00％；Ni：1.50-2.50％；Mo：1.00-1.50％；V：0.20-0.60％；Nb：0.10-0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；心部化学成分为：C：3.00-3.40％；Si：1.80-2.50％；Mn：0.30-0.70％；Nb≥0.10％；Ni≥0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；Mg：0.04-0.07％；余量为Fe及少量残余元素。

所述高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的辊面工作层硬度为65-75HSD，辊面至孔型槽底硬度落差≤2HSD。

所述高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的工作层厚度为80-180mm。

所述高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊金相基体组织为Cr₇C₃、Mo₂C、VC、NbC细粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。

其次，提供一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法的技术方案。

一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、确定化学成分：该高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的化学成分分外层和心部两部分配置，其中外层化学成分为：C：2.80-3.30％；Si：0.50-1.00％；Mn：0.50-1.20％；Cr：10.00-15.00％；Ni：1.50-2.50％；Mo：1.00-1.50％；V：0.20-0.60％；Nb：0.10-0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；心部化学成分为：C：3.00-3.40％；Si：1.80-2.50％；Mn：0.30-0.70％；Nb≥0.10％；Ni≥0.30％；P≤0.03％；S≤0.025％；Mg：0.04-0.07％；余量为Fe及少量残余元素；

步骤二、浇注，通过随流孕育，将配置好的外层和心部的元素经电炉熔炼，通过离心机，将钢液浇注到模具中；；

步骤三：冷开箱热处理，得到符合硬度、强度以及相应的金相基体组织要求的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊。

所述一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤二为，先浇注高硬度强韧性的外层工作层，浇注外层时在浇杯前侧装有60目金属丝网的辅助漏斗，内装微型粒状的SiCaBa孕育剂，铁水进入浇口道向型腔内流通时，轻微振动辅助漏斗，将孕育剂缓慢漏入浇道内和流动的铁水熔合成一体，注到模具中。

所述一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤三中，轧辊浇注后缓慢冷却至常温时开箱，然后装炉热处理，热处理时从常温升至最高温时，设计2-3个保温平台，温度范围如30℃至950℃，Acm+50-80℃(A指固相温度，基体组织的转化)。

最后，提供一种轧辊的组件的技术方案。

一种轧辊的组件，包括两根金相基体组织为Cr₇C₃、Mo₂C、VC、NbC细粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊，其中一根作为主轴，另一根作为副轴，两者相互啮合；主轴包括位于中部的辊身和位于辊身两端的辊颈、轴承挡辊颈；副轴包括位于中部的辊身和位于辊身两端的辊颈、轴承挡辊颈。

所述轧辊的组件的主轴辊身包括环绕辊身的4个齿，副轴辊身包括环绕辊身的3个齿；副轴环绕辊身的3个齿与主轴环绕辊身的4个齿之间的凹槽相啮合。

所述轧辊的组件的主轴辊颈位于所述辊身两端，通过轴承挡辊颈与辊身相连；轴承挡辊颈与辊身有个30％弧度角相连；所述轧辊的组件的副轴辊颈位于所述辊身两端，通过轴承挡辊颈与辊身相连；轴承挡辊颈与辊身有个30％弧度角相连。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的优点：

(1)本发明通过对成分的优化配置(碳化物元素：Mn、Ni、Mo、Cr、V、Nb；石墨化元素：C、Si；脆性元素：P、S)，尤其是加入了铬(Cr)，含量在10.00-15.00％，能显著提高轧辊的强度、硬度、耐磨性，抗氧化性和耐腐蚀性，但同时降低轧辊的塑性和韧性。而为了克服轧辊韧性的降低，发挥其更好的性能，配入一些与之相克，去除坯作用部分的镍、钼、钒、铌，增加韧性生成Mo2C6、Mo2C、Mo6C、NbC、VC、V4C3细粒状碳化物，达到提高轧辊耐磨性、冲击韧性、抗拉强度、抗热疲劳裂纹的综合性能的目的。

(2)本发明采用特殊的冶炼、铸造方法，充分发挥所含合金的作用，提高轧辊的使用性能、制造出满足条件的高铬铸铁复合铸造型钢产品，使产品具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点，更适应市场需求，提升了产品的市场竞争力。

(3)本发明在冶炼时铁水升温至1580℃时，将破碎成微粒的钒、铌合金装3-5mm的铁罐内，插入炉中，升温至1600-1620℃，保温5分钟，使其完全熔化于铁液中均匀分布，解决了这两种元素在高熔点时难熔，稍有不慎，合金会沉入炉底的问题。

(4)本发明的热处理在升温适时度、升温速度、保温时间、喷淬、正火、回火次数的综合运用，提升了轧辊的加工精度、消除了复合应力，同时使产品降低了生产成本，提高了轧辊的产量和质量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的结构示意图。

附图中的标号为：

主轴1、主轴辊身1-1、主轴辊颈1-2、主轴轴承挡辊颈1-3、副轴2、副轴辊身2-1、副轴辊颈2-2、副轴轴承挡辊颈2-3。

具体实施方式

【实施例1】本实施例的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的结构如图1所示：一种高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的组件：包括两根金相基体组织为Cr₇C₃、Mo₂C、VC、NbC细粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊，其中一根作为主轴1，另一根作为副轴2，两者相互啮合；主轴包括位于中部的辊身1-1和位于辊身两端的辊颈1-2、轴承挡辊颈1-3；副轴2包括位于中部的辊身2-1和位于辊身两端的辊颈2-2、轴承挡辊颈2-3。

所述轧辊的组件的主轴辊身1-1包括环绕辊身1-1的4个齿，副轴辊身2-1包括环绕辊身2-1的3个齿；副轴环绕辊身2-1的3个齿与主轴环绕辊身1-1的4个齿之间的凹槽相啮合。

所述轧辊的组件的主轴辊颈1-2位于所述辊身1-1两端，通过轴承挡辊颈1-3与辊身1-1相连；轴承挡辊颈1-3与辊身1-1有个30％弧度角相连；所述轧辊的组件的副轴辊颈2-2位于所述辊身2-1两端，通过轴承挡辊颈2-3与辊身2-1相连；轴承挡辊颈2-3与辊身2-1有个30％弧度角相连。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的配置化学成分为：外层化学成分为：C：2.90％；Si：0.50％；Mn：1.00％；Cr：12.00％；Ni：1.60％；Mo：1.00％；V：0.60％；Nb：0.20％；P：0.02％；S：0.02％；心部化学成分为：C：3.00％；Si：1.90％；Mn：0.35％；Nb：0.1:5％；Ni：0.40％；P：0.02％；S：0.02％；Mg：0.04％；余量为Fe及少量残余元素。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的辊面工作层硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为74.5HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.2HSD；高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的工作层厚度设计值为80-180mm，实物产品实测为107mm；高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊金相基体组织经特殊热处理为：Cr₇C₃、Mo₂C、VC、NbC细粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、确定化学成分：该高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的化学成分分外层和心部两部分配置，其中外层化学成分为：C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、P、S；心部化学成分为：C、Si、Mn、Nb、Ni、P、S、Mg，余量为Fe及少量残余元素；

步骤二、浇注，通过随流孕育，将配置好的外层和心部的元素经电炉熔炼，通过离心机，将钢液浇注到模具中；；

步骤三：冷开箱热处理，得到符合硬度、强度以及相应的金相基体组织要求的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤二为，先浇注高硬度强韧性的外层工作层，浇注外层时在浇杯前侧装有60目金属丝网的辅助漏斗，内装微型粒状的SiCaBa孕育剂，铁水进入浇口道向型腔内流通时，轻微振动辅助漏斗，将孕育剂缓慢漏入浇道内和流动的铁水熔合成一体，注到模具中。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤三中，轧辊浇注后缓慢冷却至常温时开箱，然后装炉热处理，热处理时从常温升至最高温时，设计2-3个保温平台，温度范围如850℃，Acm+50℃(A指固相温度，基体组织的转化)。

【实施例2】本实施例的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的配置化学成分为：外层化学成分为：C：3.00％；Si：0.70％；Mn：0.80％；Cr：13.00％；Ni：2.00％；Mo：1.30％；V：0.40％；Nb：0.30％；P：0.02％；S：0.015％；心部化学成分为：C：3.13％；Si：1.87％；Mn：0.54％；Nb：0.16％；Ni：0.35％；P：0.01％；S：0.015％；Mg：0.05％；余量为Fe及少量残余元素。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的辊面工作层硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为73.5HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.2HSD；高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的工作层厚度设计值为80-180mm，实物产品实测为102mm。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤三中，轧辊浇注后缓慢冷却至常温时开箱，然后装炉热处理，热处理时从常温升至最高温时，设计2-3个保温平台，温度范围如850℃，Acm+70℃(A指固相温度，基体组织的转化)。

【实施例3】本实施例的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的配置化学成分为：外层化学成分为：C：3.30％；Si：0.90％；Mn：1.10％；Cr：15.00％；Ni：1.70％；Mo：1.30％；V：0.50％；Nb：0.10％；P：0.01％；S：0.02％；心部化学成分为：C：3.40％；Si：2.00％；Mn：0.50％；Nb：0.23％；Ni：0.42％；P：0.02％；S：0.015％；Mg：0.06％；余量为Fe及少量残余元素。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的辊面工作层硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为74.5HSD；辊面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.1HSD；高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的工作层厚度设计值为80-180mm，实物产品实测为146mm。

高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊的制备方法，步骤三中，轧辊浇注后缓慢冷却至常温时开箱，然后装炉热处理，热处理时从常温升至最高温时，设计2-3个保温平台，温度范围如750℃，Acm+80℃(A指固相温度，基体组织的转化)。

采用本发明制备的高铬铸铁复合铸造型钢产品轧辊其优点在于，通过对成分的优化配置(碳化物元素：Mn、Ni、Mo、Cr、V、Nb；石墨化元素：C、Si；脆性元素：P、S)，尤其是加入了铬(Cr)，含量在10.00-15.00％，能显著提高轧辊的强度、硬度、耐磨性，抗氧化性和耐腐蚀性，但同时降低轧辊的塑性和韧性。而为了克服轧辊韧性的降低，发挥其更好的性能，配入一些与之相克，去除坯作用部分的镍、钼、钒、铌，增加韧性生成Mo2C6、Mo2C、Mo6C、NbC、VC、V4C3细粒状碳化物，达到提高轧辊耐磨性、冲击韧性、抗拉强度、抗热疲劳裂纹的综合性能的目的；采用特殊的冶炼、铸造方法，充分发挥所含合金的作用，提高轧辊的使用性能、制造出满足条件的高铬铸铁复合铸造型钢产品，使产品具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点，更适应市场需求，提升了产品的市场竞争力；在冶炼时铁水升温至1580℃时，将破碎成微粒的钒、铌合金装3-5mm的铁罐内，插入炉中，升温至1600-1620℃，保温5分钟，使其完全熔化于铁液中均匀分布，解决了这两种元素在高熔点时难熔，稍有不慎，合金会沉入炉底的问题；通过热处理在升温适时度、升温速度、保温时间、喷淬、正火、回火次数的综合运用，提升了轧辊的加工精度、消除了复合应力，同时使产品降低了生产成本，提高了轧辊的产量和质量。