高鉻軋輥鋼及其軋輥的製作方法

2023-06-01 10:33:21 1

專利名稱:高鉻軋輥鋼及其軋輥的製作方法
本發明屬於高碳高鉻鋼及軋鋼機軋輥。
傳統的軋輥材料，其組織結構中的碳化物主要是M3C。當其大量以二次碳化物形式析出時易形成魏氏組織，當其作為共晶組元時則成連續網狀，經常成為軋輥表面的裂紋源及裂紋擴展通道。軋輥中，M7C3型碳化物以硬度高、形態好而優於M3C型。但要獲得M7C3型碳化物，鋼中需加入較高的合金量，故只宜做成複合的。由此產生了離心鑄造高鉻軋輥。如J83030-382、J83010-982、J75037-019、FR2469221、US4436791等就屬於此類技術。
J83030-382、J83010-982、J75037-019等絕大部分此類專利屬於高鉻白口鑄鐵，最佳碳量一般控制在2.7～2.9%。高鉻鑄鐵中共晶的M7C3碳化物具有三角晶繫結構，耐磨，而且以孤立相分布，對靱性和阻止裂紋形核擴展都是有利的。熱軋時，鉻高帶來的抗氧化性有利於軋件的表面質量。鉻高的另一好處是提高淬透性，故用高鉻鑄鐵製造冷軋輥時可免去中間重新淬火。但由於碳量高，大量的共晶M7C3使磨削效率很低。靱性也不如碳低的材料好，導熱性則不如鉻低的好。作冷軋輥時，大量的共晶M7C3給噴丸也帶來困難，很難得到均勻的噴丸表面。
法國專利FR2469221提出的高鉻熱軋輥把碳降到了0.9～1.3%。美國專利US4436791提出的高鉻冷軋輥把碳降到了0.65～0.95%。這雖然解決了磨削及噴丸上的困難，但碳化物含量過低，損失了耐磨性。
本發明的目的是仍以高鉻量為基礎，使軋輥工作層保持主量碳化物為M7C3型幷保持高的淬透性，但適量減少其碳化物數量以換取靱性、磨削性及噴丸表面質量，由此減少的耐磨性靠提高抗回火性來補償。
按傳統觀念與實踐經驗，下列軋輥碳化物量大致為冷軋輥，5～9%;熱帶鋼精軋前段機座工作輥，10～10%;萬能型鋼及線棒材軋輥(精軋不全包括)，10～20%。
因此含碳0.9～2.1%的萊氏體型高碳高鉻鋼可改造為新的軋輥鋼系。低於0.9%C，靱性進一步提高，但耐磨性下降;高於2.1%C時，磨削效率低。
鉻和碳的配合對碳化物類型、淬透性、熱處理以至性能有決定性的作用。冷軋輥需最大限度地利用材料的硬化本領，熱軋輥因碳化物多，基體應較軟。因此本發明在0.9～1.25%C範圍的鉻碳比分7～10和10～13二級，在1.25～1.7%C範圍的鉻碳比分6～8和8～10二級，在1.7～2.1%C範圍的鉻碳比分5～7和7～9二級。
附圖為鐵-鉻-碳三元系相圖在930℃的等溫截面，圖上同時給出了本合金系相應的位置。可見當加熱到930℃時，本合金將全部處在γ+M7C3二相區內。圖中各區域碳和鉻碳比範圍如下碳化物量(%) 碳量(%) 鉻碳Ⅰ區 5～9 0.90～1.25 7～10Ⅱ區 5～9 0.90～1.25 10～13Ⅲ區 9～15 1.25～1.70 6～8Ⅳ區 9～15 1.25～1.70 8～10Ⅴ區 15～20 1.70～2.10 5～7Ⅵ區 15～20 1.70～2.10 7～9
根據用輥經驗擇定碳化物量和鉻碳比(當然，淬透性還要靠其它元素配合)後，由碳化物量可算出碳量，由碳量和鉻碳比可算出鉻量。
本發明合金在奧氏體化條件下，未溶碳化物與含碳量的近似關係式為C＝0.503+0.082K(%) (1)式中K為碳化物百分數，C為碳的百分數。
如當本發明用於熱帶鋼精軋前段工作輥時，碳化物應保持在14%左右，鉻碳比在8左右。按(1)式算出的碳量為0.503+0.082×14＝1.65%，而鉻量則為8×1.65＝13.2%。用於冷軋輥時，碳化物應在6%左右、鉻碳比在11左右。按(1)式求出的碳量為1，而鉻量為11%。
除鉻、碳外，本發明的又一特徵是含多種改善抗回火性的元素，包括Me、W、Ce、Nb、V、Ti等。
W≤2.0%，Me0.5～2%均可提高淬透性、高溫硬度和抗回火性，過量會產生M23C6型碳化物。
Cc提高抗回火性及高溫硬度，但大件提高淬火溫度有一定困難，故控制在2%以下。
V、Nb、Ti在0.1～1.0%範圍可生成MC型碳化物，細化晶粒和改善耐磨性、抗回火性及高溫硬度，超過此範圍將使碳化物總量明顯減少。
此外，0.5～1.5% Ni可提高淬透性，改善靱性，高於1.5%會導致殘餘奧氏體增加，低於0.5%作用不明顯。
歸納起來，作為軋輥外層材料，本發明成分範圍為0.9～2.1% C，0.2～0.6%Si，0.3～0.8%Mn，6.0～19.0%Cr，0.5～2.0%Me，≤2.0%W，0.5～1.5%Ni，≤2.0%Ce，以及下列元素之一種或二種，0.1～1.0%Nb，0.1～1.0%V，0.1～0.5%Ti，≤0.05%Mg，其餘為鐵。
本發明高鉻軋輥之製造方法如下採用離心鑄造方法生產。除了可用兩種成分兩次澆注和三種成分分三次澆注外，還可用兩種成分分三次澆注。即先在離心機上澆注外層(本發明合金)，添加保護渣，待外層內表面降至1100℃以下，澆注中間層，待中間層內表面降至1050℃以下，用重力法澆注芯部鐵水，直至終點。中間層和芯部可同爐鐵水，採用優質灰口鑄鐵或球墨鑄鐵，但孕育可不同。
為了配合對碳化物量的控制，鑄後加罩緩冷，前期罩內適當供熱，後期自然冷至500℃揭罩。根據緩冷效果確定奧氏體化條件，分階段冷卻以控制組織和應力，回火過程可繼續調整硬度。本發明最終硬度範圍為HS55～90。
本發明與現有技術相比，其差別及優點如下1.碳化物對軋輥的耐磨性起重要作用，本發明控制在不低於5%，相應碳量為0.9%，與專利US4436791的上限相當。
2.本合金系低碳範圍，適用於冷軋輥，該低碳範圍，碳化物偏少，不足以維持高溫下的耐磨性。而專利FR246922把相應的碳量用於熱軋輥。
3.為避免過多碳化物的不利影響，本發明含碳在2.1%以內，與專利J83030-382、J83010-982、J75037-019的下限相當。
4.由於其它成分的不同，本合金的抗回火性或高溫硬度可優於上述各項專利。
5.製造工藝上的改善有助於保證結合層質量和碳化物數量。
6.易於磨削，一般不需添置專門的磨床，噴丸表面均勻。
7.對冷卻要求不象高鉻鑄鐵輥那樣嚴格，或在同樣冷卻條件下，熱裂紋可相對減少。
8.適用範圍廣當用本發明製造熱帶鋼精軋前段機座工作輥時，該軋輥的外層成分可為1.5～1.7%C，0.3～0.5%Si，0.4～0.6%Mn，12～14%Cr，0.6～1.2%Me，0.5～1.0%Ni，0.2～0.4%V，芯部用優質灰口鑄鐵，成分為2.8～3.0%C，2.2～2.6%Si，0.4～0.8%Mn，0.2～0.5%Ni，0.1～0.3%Me，分三次澆注，鑄後加罩控制冷卻，930℃以上奧氏體化，霧冷接空冷，至250℃以下入爐回火。
當用本發明製造帶鋼冷軋機工作輥時，該軋輥的外層成分可為0.9～1.0%C，0.3～0.5%Si，0.5～0.8%Mn，10～12%Cr，1.3～1.5%Me，1.0～1.5%Ni，0.2～0.5%V，≤0.05%Mg，芯部用球墨鑄鐵，成分為2.8～3.0%C，2.2～2.6%Si，0.4～0.8%Mn，0.2～0.5%Ni，0.1～0.3%Me，≤0.05Mg，分三次澆注，鑄後加罩控冷，900℃以上奧氏體化，霧冷至500℃以下靜冷，500℃以下回火。
附圖為鐵-鉻-碳三元系相圖在930℃的等溫截面。橫座標為碳含量(%)，縱座標為鉻含量(%)。圖中1～10代表相區，即1-α相區;2-α+γ二相區;3-γ相區;4-α+M23C6二相區;5-α+γ+M23C6三相區;6-γ+M23C6二相區;7-γ+M23C6+M7C3三相區;8-γ+M7C3二相區;9-γ+M7C3+M3C三相區;10-γ+M3C二相區。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六個區為本發明在γ+M7C3二相區內所處的成分區域範圍。
權利要求
1.用作軋輥外層的高鉻軋輥鋼，其特徵在於該鋼總的成分範圍為0.9～2.1%C，0.2～0.6%Si，0.3～0.8%Mn，6.0～19.0%Cr，0.5～2.0%Mo，≤2.0%W，0.5～1.5%Ni，≤2.0%Co，以及下列元素之一或二種0.1～1.0%Nb，0.1～1.0%V，0.1～0.5Ti，≤0.05%Mg。
2.根據權利要求
1所述的高鉻軋輥鋼，其特徵在於當用作製造熱軋寬帶軋機組前段機座工作輥外層時，其具體成分為1.5～1.7%C0.3～0.5%Si，0.4～0.6%Mn，12～14%Cr，0.6～1.2%Mo，0.5～1.0%Ni，0.2～0.4%V。
3.根據權利要求
1所述的高鉻軋輥鋼，其特徵在於當用作帶鋼冷軋機工作輥外層時，其具有成分範圍為0.9～1.0%C，0.3～0.5%Si，0.5～0.8%Mn，10～12%Cr，1.3～1.5%Mn 1.0～1.5%Ni，0.2～0.5%V，≤0.05%Mg。
4.採用離心澆注技術製造高鉻軋輥的方法，其特徵在於採用兩種成分分三次澆注和鑄後緩冷工藝。
5.根據權利要求
4所述的製造高鉻軋輥的方法，其特徵在於先在離心機上澆注外層，待外層內表面溫度降至1090℃以下時澆注中間層，當中間層內表面溫度降至1050℃以下時，用重力法澆注芯部，直至終點。
6.根據權利要求
4和5所述的製造高鉻軋輥的方法，其特徵在於中間層和芯部可採用同爐鐵水。
7.根據權利要求
4所述的製造高鉻軋輥的方法，其特徵在於鑄後加罩緩冷，前期罩內適當供熱，後期自然冷至500℃揭罩。
專利摘要
本發明屬於高碳高鉻鋼及軋鋼機軋輥。主要用於製造離心鑄造複合軋輥。在成分上除含有高碳高鉻外，還含有一定量的Mo、W、Ni、Co、Nb、V、Ti等元素，使鋼具有較高的淬透性、抗回火性。鋼中主量碳化物類型為M
文檔編號B22D13/00GK85102865SQ85102865
公開日1987年3月4日 申請日期1985年4月18日
發明者崔佩滽, 吳樹高, 王緒 申請人:冶金部鋼鐵研究總院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan