一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其製備方法
2023-06-03 09:23:06
專利名稱：：一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於軋鋼
技術領域：
，具體涉及一種熱軋輥及其製備方法，特別涉及一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其製備方法。技術背景軋輥是軋鋼生產中的主要消耗備件，軋輥質量直接影響軋機生產作業率、軋材產量和質量以及軋材的生產成本，開發新型軋輥材質，滿足軋鋼生產需求，是軋輥研製者不斷關注的課題。高鉻鑄鐵中由於含有高硬度的MA型碳化物，且碳化物呈塊狀分布於基體中，使基體連續性增強，因此高鉻鑄鐵具有良好的強韌性和優良的耐磨性，高鉻鑄鐵用於製造熱軋輥，具有良好的使用效果。中國發明專利CN1854328公開了改良的複合高鉻鑄鐵軋輥，其特徵是軋輥工作層成份為C2.5-3.0%,SiO.5~1.2%,Mn0.6~1.2%,Nil.0~1.5%,Crl2~20%,MoO.5~3.5%，VO.05~0.5%，WO.2~1，5%，A10.03~0.3%，NO.03~0.1%，P<0.04%,S《0.04%，其餘為鐵及雜質，經熱處理後其組織主要為表面硬度高的回火馬氏體+碳化物+少量的殘餘奧氏體，有效降低了工作層硬度不均勻性，扎輥工作層硬度不均勻性小於3HSD。中國發明專利CN101015836還公開了焊接鋼管用鑄造高鉻鐵或鑄造高鉻鋼軋輥，其鑄造高鉻鐵軋輥的成分以重量百分比計為C:1.8-2.8%,Si:《1.0%,Mn:《1.0%，P:《0.05%，S:《0.05%,Cr:12—22%，Ni:0.5~3.0%，Mo:0.8-3.0%,Ti:0~0.3%，V:0-1.0%,Cu:0~1.0%，RE:0.01~0.5%，其餘為Fe;該發明採用高鉻鐵或高鉻鋼並採用鑄造工藝生產，其軋輥產品材料組織裡外均勻，耐磨性以及韌性有很大提高，由於採用鑄造成型，縮短了加工工序，減少加工量，材料利用率可以達到70%甚至可達80%。曰本專利JP58116911-A和JP86016334-B公開了一種高4各白口鑄鐵複合軋輥，軋輥外層含有C2.0~3.2%,Si0.5~1.5%，Mn0.5~1.5%,P<0.08%,S<0.06%，Ni1.0~2.0%，Cr10~25°/，Mo0.5~1.5%,餘量為Fe，軋輥硬度為Hs70-80。美國專利US5183518-A也公開了一種高鉻白口鑄鐵軋輥，其化學組成為2.4~3.8%C,0.4~2%Mn，0.2~1.9%Si,0~3%Cu，1.5~4.5%Ni，12~29Cr,餘量為Fe。上述高鉻鑄鐵軋輥材料均含有價格昂貴的鉬、鎳等合金元素，生產成本較高。
發明內容本發明目的是提供一種高鉻錳鑄鐵軋輥的化學成分及其製備方法。本發明是採用一種高鉻錳鑄鐵製作軋輥輥身工作層，用鑄鐵或鑄鋼製作輥芯，採用離心複合鑄造方法，將輥芯與軋輥輥身工作層複合在一起。其主要特點是軋輥輥身不含鎳、鉬等價格昂貴的合金元素，除了含有較高的鉻外，還含有較多的錳，軋輥鑄態組織以奧氏體為主，含有少量馬氏體，軋輥不需要高溫淬火處理，只需在510550。C進行亞溫熱處理，使鑄態奧氏體中析出二次碳化物，降低鑄態奧氏體穩定性，在隨後空冷時，失穩奧氏體轉變成馬氏體，具有較高的硬度和較好的耐磨性。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。本發明軋輥的化學成分及其重量百分比為C:2.7~3.3%，Cr:15.0-22.0%,Mn:4.2~5.0%，Si:0.3~1.2%,N:0.05-0.15%，Ti:0.4~0.8%，Te:0.006~0.012%,Bi:0.02~0.06%,Cu:0.5~1.5%，W:0.6-1.2%，並且5.0<Cr/C<7.0，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。本發明軋輥用電爐熔煉，其製造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鵠鐵、生鐵或石墨、矽鐵、錳鐵、碲、鉍、鈦鐵和氮化銷4失按目標產物中化學組成的重量百分比進行備料，C:2.7~3.3%,Cr:15.0~22.0%，Mn:4.2~5.0%，Si:0.3~1.2%,N:0.05~0.15%,Ti:0.4~0.8%,Te:0.006~0.012%，Bi:0.02~0.06%，Cu:0.5~1.5%,W:0.6-1.2%，並且5.0<Cr/C<7.0,其餘為Fe和不可避免的微量雜質；②將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵混合加熱熔化，用生鐵或石墨增碳，鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；③爐前調整成分合格後將鐵水溫度升至1540~1580°C,加入佔鐵水重量0.08-0.20%的鋁脫氧，脫氧後加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，得到高鉻錳鑄鐵鐵水，而後出爐；④高鉻錳鑄鐵鐵水經扒渣處理後，當溫度為1390~1420°C,免入離心機上旋轉的鑄型內；澆注完畢10~20分鐘後，用非接觸式測溫儀測量輥身內層溫度，當溫度為1220°C128(TC時，澆入輥芯鑄鐵鐵水或鑄鋼鋼水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1330°C~1350°C，輥芯鑄鋼鋼水的免注溫度為1480~1520°C;⑥軋輥澆注8~20小時後開箱，將軋輥置於保溫爐或緩冷坑，隨後切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑦將軋輥在510550。C進行第一次熱處理，保溫時間610小時，然後空氣冷卻至室溫，隨後在475~500。C進行第二次熱處理，保溫時間12-15小時，然後爐冷至15(TC後出爐空冷，最後加工至規定尺寸。合金材質的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決於化學成分及熱處理工藝，本發明化學成分是這樣確定的C:C是高鉻鑄鐵中重要的元素，高鉻鑄鐵優異的抗磨性來源於組織中存在的高硬度碳化物，而C對碳化物數量影響最大，C、Cr和碳化物(0。)含量之間可按下式計算K%=12,33(C%)+0.55(Cr%)-15.2(1)但C加入量過多，因為碳化物數量過多，增大了材質的脆性，軋輥使用中易開裂和剝落，考慮其利弊，將C含量控制在2.7-3.3%。Cr:Cr除部分形成碳化物，增加耐磨性外，部分Cr溶於基體，增大基體的淬透性和抗氧化性，促使高鉻鑄鐵軋輥使用中易產生緻密的氧化物膜，有利於改善軋輥耐磨性和防止軋輥使用中出現粘鋼現象，也有利於改善軋材表面質量。基體中平均含Cr量可按下式計算%Cr(m)=l.95Cr/C-2.47，m表示基體(matrix)(2)從公式(2)可知，基體的平均含Cr量也與材質的含C量有關(C消耗了部分Cr)。因此，為了保證基體中具有合適的含Cr量，將Cr含量控制在15.0~22.0%,並且使5.0<Cr/C<7.0Mn:Mn是一種擴大奧氏體相區的元素，加入高鉻鑄鐵中，除少部分進入碳化物外，大部分溶於基體，可以改善軋輥淬透性，Mn加入量過多，增大軋輥熱裂傾向，因此Mn含量控制在4.2-5.0%。W:W部分進入碳化物，部分進入基體，進入基體中的W具有提高淬透性和改善回火穩定性的作用，合適的W加入量為0.6~1.2%。Cu:Cu是非碳化物形成元素，溶於基體，可以明顯改善軋輥淬透性，另外，加入Cu還具有細化晶粒的效果，加入過多的Cu，將在晶界析出，對改善軋輥性能不利，合適的Cu加入量為0.5~1.5%。Ti:Ti是強碳化物形成元素，加入高鉻鑄鐵中易形成細小且均勻分布的TiC，TiC可作為初生M7C3型碳化物的形核核心，可阻礙^灰化物的長大，細化初生MA型碳化物，有利於改善高鉻鑄鐵的抗鑄造開裂性能和提高高鉻鑄鐵的強度和韌性，加入量O.8%以後，碳化物進一步細化的趨勢不明顯，合適的Ti加入量為0.4~0.8%。N:N加入鋼，除了與Ti反應，生成細小的高熔點TiN，有利於促進凝固組織的細化，部分N溶於基體，可以提高基體淬透性，加入量過多，軋輥中易出現氣孔，合適的N加入量為0.05~0.15%。Te:Te具有很強的促進鑄鐵白口化作用，在高鉻錳鑄鐵軋輥中，加入少量Te，易於得到純白口組織，改善軋輥耐磨性。另外，Te加入高鉻錳鑄鐵軋輥中，使碳化物由方向性很強的長片狀，變成板塊狀，有利於改善高鉻錳鑄鐵軋輥的強度和韌性，但加入量過多，反而增大高鉻錳鑄鐵軋輥的脆性，損害軋輥強度和韌性，合適的Te加入量為0.006~0.012%Bi:在高鉻錳鑄鐵軋輥中加入微量的Bi，可以同時提高軋輥白口層的硬度和深度，且斷面的硬度梯度平緩。另外，加Bi還能提高碳化物的顯微硬度，有利於軋輥宏觀硬度的增加和耐磨性的改善。合適的Bi加入量為0.02~0.06%Si:Si是熔煉脫氧元素，加適量的Si，可防止其它合金元素氧化，但Si又是非碳化物形成元素，主要溶於基體，降低淬透性，考慮其利弊，將Si含量控制在0.3~1.2%。不可避免的微量雜質是原料中帶入的，其中有P和S,均是有害元素，為了保證軋輥的強度、韌性和耐磨性，將P含量控制在0.05%以下，S含量控制在0.04%以下。高鉻錳鑄鐵軋輥的性能還與熱處理工藝有直接關係，其制訂依據是軋輥先在51055(TC進行第一次熱處理，其主要目的是通過析出二次碳化物，從而降低鑄態奧氏體基體組織中合金元素含量，提高Ms點，使鑄態奧氏體基體在隨後空冷時轉變成高硬度馬氏體，有利於提高軋輥硬度，並改善軋輥耐磨性。軋輥在47550(TC進行第二次熱處理，主要是為了消除奧氏體轉變成馬氏體時，殘存在軋輥中的內應力，確保軋輥使用中不變形和開裂。本發明具有以下有益效果①用本發明製備的高鉻錳鑄鐵軋輥，生產工藝簡便，顯微組織中含有20%以上的高硬度M7C3型碳化物，軋輥宏觀硬度高，達到82-85HS,具有優良的耐磨性。②高鉻錳鑄鐵軋輥經Ti和N處理後，凝固組織細小，碳化物明顯細化，導致軋輥力學性能明顯提高，抗彎強度超過850MPa，沖擊韌性大於10J/cm2。③高鉻錳鑄鐵軋輥不需要高溫熱處理，熱處理工藝簡便且降低能耗。④高鉻錳鑄鐵軋輥不含鎳、鉬等貴重合金元素，生產成本比含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥降低30%以上，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥降低15%以上。本發明高鉻錳鑄鐵軋輥的使用壽命與含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥相當，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高50%以上。以下結合具體實施方式對本發明作進一步說明。具體實施方式實施例1本實施例製備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用500公斤容量的中頻感應電爐生產，其製造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵混合加熱熔化，用生鐵增碳，鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；②爐前調整成分合格後將鐵水溫度升至1563°C,加入佔鐵水重量0.15%的鋁脫氧，脫氧後加入鈥鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而後出爐；③高鉻錳鑄鐵鐵水經扒渣處理後，當溫度為1402°C,澆入離心機上旋轉的4壽型內；④澆注完畢15分鐘後，用非接觸式測溫儀測量輥身內層溫度，當溫度為1258。C時，澆入輥芯鑄鐵鐵水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1339°C;軋輥澆注15小時後開箱，將軋輥置於緩冷坑，隨後切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；軋輥在538。C進行第一次熱處理，保溫時間7小時，然後空氣冷卻至室溫，隨後在490。C進行第二次熱處理，保溫時間14小時，然後爐冷至150tableseeoriginaldocumentpage11表l軋輥化學成分及其含量(重量％)formulaseeoriginaldocumentpage11表2軋輥力學性能實施例2本實施例製備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用1500公斤容量的中頻感應電爐生產，其製造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鎢鐵混合加熱熔化，用石墨增碳，鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；②爐前調整成分合格後將鐵水溫度升至1542°C，加入佔鐵水重量0.08%的鋁脫氧，脫氧後加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而後出爐；③高4各錳鑄鐵鐵水經扒渣處理後，當溫度為1393"C,澆入離心機上旋轉的鑄型內；④澆注完畢18分鐘後，用非接觸式測溫儀測量輥身內層溫度，當溫度為1267。C時，澆入輥芯鑄鋼鋼水，輥芯鑄鋼鋼水的澆注溫度為1498°C;軋輥澆注18小時後開箱，將軋輥置於保溫爐，隨後切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；軋輥在515。C進行第一次熱處理，保溫時間IO小時，然後空氣冷卻至室溫，隨後在480。C進行第二次熱處理，保溫時間15小時，然後爐冷至150。C後出爐空冷，最後加工至規定尺寸。軋輥成分見表3，軋輥力學性能見表4。tableseeoriginaldocumentpage12表3軋輥化學成分及其含量(重量％)tableseeoriginaldocumentpage12表4軋輥力學性能實施例3本實施例製備的高鉻錳鑄鐵軋輥，用iooo公斤容量的中頻感應電爐生產，其製造工藝步驟是①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴿鐵混合加熱熔化，用生鐵增碳，鐵水熔清後加入矽鐵和錳4失；②爐前調整成分合格後將鐵水溫度升至1577°C,加入佔鐵水重量0.19%的鋁脫氧，脫氧後加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，而後出爐；③高鉻錳鑄鐵鐵水經扒渣處理後，當溫度為1416°C,澆入離心機上旋轉的鑄型內；④澆注完畢15分鐘後，用非接觸式測溫儀測量輥身內層溫度，當溫度為1235。C時，澆入輥芯鑄鐵鐵水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1332°C;軋輥淺注18小時後開箱，將軋輥置於緩冷坑，隨後切割澆冒口，清理殘4艮、飛邊、毛刺；軋輥在545。C進行第一次熱處理，保溫時間7小時，然後空氣冷卻至室溫，隨後在495。C進^f亍第二次熱處理，保溫時間13小時，然後爐冷至150。C後出爐空冷，最後加工至規定尺寸。軋輥成分見表5，軋輥力學性能見表6。tableseeoriginaldocumentpage13表5軋輥化學成分及其含量(重量％)tableseeoriginaldocumentpage13表6軋輥力學性能本發明高鉻錳鑄鐵軋輥在速度11m/s棒材軋機精軋機架前架和速度25m/s線材軋機精軋機架上進行了裝機運行考核，結果顯示，本發明高鉻錳鑄鐵軋輥使用安全、可靠，使用中不起皮、不開裂，軋槽磨損均勻，本發明高鉻錳鑄鐵軋輥的使用壽命與含鎳、鉬高鉻鑄鐵軋輥相當，比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高50%以上。本發明高鉻錳鑄鐵軋輥不含價格昂貴的鉬、鎳等合金元素，生產成本低廉，生產工藝簡便，不需要高溫熱處理，能耗低，推廣使用本發明高鉻錳鑄鐵軋輥具有良好的經濟和社會效益。權利要求1.一種高鉻錳鑄鐵軋輥，其特徵在於，軋輥的化學成分及其重量百分比為C2.7～3.3％，Cr15.0～22.0％，Mn4.2～5.0％，Si0.3～1.2％，N0.05～0.15％，Ti0.4～0.8％，Te0.006～0.012％，Bi0.02～0.06％，Cu0.5～1.5％，W0.6～1.2％，並且5.0＜Cr/C＜7.0，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。2、根據權利要求1所述的一種高鉻錳鑄鐵軋輥的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟①將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鴒鐵、生鐵或石墨、矽鐵、錳鐵、碲、鉍、鈦鐵和氮化鉻鐵按目標產物中化學成分的重量百分比進行備料，C:2.7-3.3%,Cr:15.0—22.0%，Mn:4.2~5.0%,Si:0.3~1.2%，N:0.05—0.15%，Ti:0.4~0.8%，Te:0.006~0.012%，Bi:0.02~0.06%,Cu:0.5~1,5%，W:0.6-1.2%，並且5.0<Cr/C<7.0，其餘為Fe和不可避免的孩史量雜質；②將普通廢鋼、碳素鉻鐵、銅板、鎢鐵混合加熱熔化，用生鐵或石墨增碳，鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；③爐前調整成分合格後將鐵水溫度升至1540~1580°C，加入佔鐵水重量0.08-0.20%的鋁脫氧，脫氧後加入鈦鐵、氮化鉻鐵、碲和鉍，得到高鉻錳鑄鐵鐵水，而後出爐；④高鉻錳鑄鐵鐵水經扒渣處理後，當溫度為1390-1420'C時，澆入離心機上旋轉的鑄型內；⑤澆注完畢10~20分鐘後，用非接觸式測溫儀測量輥身內層溫度，當溫度為1220°C128(TC時，澆入輥芯鑄鐵鐵水或鑄鋼鋼水，輥芯鑄鐵鐵水澆注溫度為1330°C~1350°C，輥芯鑄鋼鋼水的澆注溫度為1480~1520°C;軋輥澆注8~20小時後開箱，將軋輥置於保溫爐或緩冷坑，隨後切割澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑦將軋輥在51055(TC進行第一次熱處理，保溫時間610小時，然後空氣冷卻至室溫，隨後在475500。C進行第二次熱處理，保溫時間12~15小時，然後爐冷至15(TC後出爐空冷，最後加工至規定尺寸，製得高鉻錳鑄鐵軋輥。全文摘要一種高鉻錳鑄鐵軋輥及其製備方法屬於軋鋼
技術領域：
。現有高鉻鑄鐵軋輥生產成本高。本發明中的軋輥化學成分及其重量百分比為C2.7～3.3，Cr15.0～22.0，Mn4.2～5.0，Si0.3～1.2，N0.05～0.15，Ti0.4～0.8，Te0.006～0.012，Bi0.02～0.06，Cu0.5～1.5，W0.6～1.2，且5.0＜Cr/C＜7.0，其餘為Fe和微量雜質。本發明通過熔煉和離心澆注，以及510～550℃進行第一次熱處理和475～500℃進行第二次熱處理，製得高鉻錳鑄鐵軋輥。本發明具有軋輥硬度高、耐磨性好、使用壽命長、生產成本低，製備方法簡單等優點。文檔編號C22C37/10GK101265547SQ200810104990公開日2008年9月17日申請日期2008年4月25日優先權日2008年4月25日發明者吳中偉,輝李,健林,符寒光,雷永平申請人:北京工業大學