一種增強型d2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法

2023-05-16 06:19:46

一種增強型d2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其D2鋼化學組分及重量百分含量是：C為1.7～1.8、Si為0.6～1.0、Mn為0.2～0.5、P≤0.03、S≤0.03、Ni為0.60～1.0、Mo為1.5～2.0、V為1.0～1.5、Cr為11～13、Nb為0.2～0.5、B為0.1～0.3、其餘為Fe和不可避免雜質。該方法通過材料熔煉、爐外孕育變質處理、離心複合澆注、熱處理和精加工成棒線材精軋輥。該棒線材精軋輥具有適中的硬度、較高的衝擊韌度、較高的耐磨性和較高的抗熱疲勞性能，在棒線精軋機架上使用較常規的貝氏體球鐵軋輥單槽過鋼量提高4倍以上，達到了高速鋼軋輥的使用壽命和效果。
【專利說明】一種增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及軋輥鑄造【技術領域】，具體地說是一種性價比高、硬度適中並具有較高 衝擊韌度、較高耐磨性和較高抗熱疲勞性能的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備 方法。

【背景技術】
[0002] 目前國內大概有800多套棒線材軋機，2013年產量在4億噸左右，噸鋼軋輥平均消 耗量在0. 5-0. 6Kg，與國外噸鋼軋輥平均消耗量在0. 35Kg還有一定的差距，且國內在棒線 精軋機架大量使用的是貝氏體球鐵軋輥，其耐磨性差、過鋼量低、孔型維持能力差和輥耗高 等缺點，嚴重影響了軋機的作業效率和產品質量；國內部分棒線精軋機在使用或試用高速 鋼軋輥，均取得了良好的效果，但高速鋼軋輥本身固有的缺點很難消除，製造成本高、熱處 理工藝複雜、使用工況條件要求苛刻、每次下機後熱疲勞層（3-4mm)嚴重，重車量（6-8mm) 大、硬度（80-90HSD)高，加工困難等。相較於高速鋼軋輥增強型D2鋼離心複合棒線材精 軋輥具有更高的性價比、工況條件要求一般、熱疲勞層（I. 5-2mm)淺，重車量（3-4mm)小、硬 度（73-78HSD)適中，加工容易、熱處理工藝要求低等優點。但D2鋼作為一種成熟的工具鋼 材料，大量的被使用在冷作和熱作模具鋼上，由於軋輥作為一種特殊用途的壓延工具，對材 料的工藝性能和使用性能具有更高的要求，D2鋼很難滿足軋輥對工藝性能和使用性能的要 求。
[0003] 美國專利US20060097953公開了一種離心複合軋輥製造方法，其具體化學成分 為：2. 5-9%C，0. 1-3. 5%Si，0. 1-3. 5%Mn，11-40%V，餘量 Fe。日本專利 JP2007056722 也提 供了一種具有高耐磨性、高韌性的高速鋼軋輥材料。中國專利CN1264749公開了一種高 耐磨性鑄造高速鋼，適用於大型耐磨件、複合軋輥工作層，它的具體化學成分(重量％)如 下：1. 8-4. 2C，2-12W，3-12Mo,4-15Cr，0-10Co,2. 5-10V，0. 3-2. 5Nb，0. -I. 5Si，0. 3-0. 8Mn， 0. 02-0. 6A1，0. 02-0. 1N，S < 0. 03，P < 0. 03,其餘為Fe。該發明特點是一種高碳、高釩、高 鉻型鑄造高速鋼，鑄造性能良好，耐磨性及紅硬性好。以上發明提供的軋輥材料都大量使用 Mo、W、V等貴重金屬，製造成本高，且硬度都較高，機加工困難。中國專利CN201410085918 公開了一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥製造方法，同時也公開了其退化、淬火和回火工 藝以保證離心鑄造態及隨後的熱處理過程中得到含有石墨的高速鋼基體，其熱處理過程復 雜、升溫速度慢，生產周期長等缺點。中國專利CN103352171A公開了一種高合金D2鋼的軋 制方法，其製造方法明顯區別於離心複合製造方法，製造的產品為單一材質且離心複合軋 輥比其單位成本太高。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種性價比高、硬度適中並具有 較高衝擊韌度、較高耐磨性和較高抗熱疲勞性能的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的 製備方法。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案解決的： 一種增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在於：所述棒線材精軋輥 的製備方法步驟為： 1) 、熔煉：在中頻爐內加入一定配比的廢鋼、生鐵、鑰鐵、鉻鐵、鈮鐵和純鎳進行熔煉，熔 清後取樣分析，根據爐前樣成分調整爐內化學成分，使D2鋼化學組分及重量百分含量到達 出鋼前的成分要求：C為L 7?I. 8、Si為0? 6?I. 0、Mn為0? 2?0? 5、P彡0? 03、S彡0? 03、 Ni 為 0? 60 ?I. 0、M〇 為 L 5 ?2. 0、V 為 I. 0 ?I. 5、Cr 為 11 ?13、Nb 為 0? 2 ?0? 5、B 為 0. 1?0.3、其餘為Fe和不可避免雜質，並升溫至1600?1630°C時出鋼； 2) 、爐外孕育變質處理：出鋼過程中隨流加入2?4Kg/噸鋼的矽鈣合金和2?4Kg/噸 鋼的75FeSi合金對鋼水進行孕育變質處理； 3) 、離心複合澆註：當包內鋼水降溫至1420?1460°C時快速將鋼水澆入高速旋轉的 離心鑄型內，澆完後向鑄型內加入5?lOKg/m2的保護渣，當軋輥外層內表面的溫度降至 1200?1250°C時向鑄型內澆入1300?1360°C的球鐵水形成10?50mm厚的過渡層，當過 渡層內表面溫度降至1080?1130°C時停機合箱，隨後向軋輥鑄型內填入1320?1370°C的 芯部球鐵水，澆完後對鑄型進行保溫處理，冷卻5?8天後開箱； 4) 、粗加工及熱處理：對粗加工後的軋輥分別進行淬火和回火熱處理； 5) 、後期精加工：對熱處理完成後的軋輥進行精加工即得到符合要求的棒線材精軋輥。
[0006] 步驟4)中的淬火工藝流程為：把粗加工好的軋輥裝入臺車式電阻熱處理爐內， 以50?100°C /h的速度升溫至900?950°C並保溫4?6小時，隨後快速升溫至1020? 1070°C並保溫2?6小時，隨後出爐進行風冷淬火，當軋輥表面溫度降至400?450°C時停 止風冷淬火，隨後把軋輥吊入臺車式電阻熱處理爐內進行450?500°C的均溫處理，保溫 18?24小時後把軋輥吊出臺車式電阻熱處理爐進行空冷至室溫即完成淬火工藝。
[0007] 步驟4)中的回火熱處理包括三段式回火熱處理，且回火溫度依序升高。
[0008] 第一次回火工藝流程為：把淬火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?100°C /h的 速度升溫至480?520°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空 冷至室溫。
[0009] 第二次回火工藝流程為：把第一次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50? l〇〇°C /h的速度升溫至520?540°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥 吊出爐內空冷至室溫。
[0010] 第三次回火工藝流程為：把第二次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50? l〇〇°C /h的速度升溫至540?560°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥 吊出爐內空冷至室溫，至此完成軋輥的熱處理工藝。
[0011] 步驟3)中離心鑄型的轉速為20?28m/s。
[0012] 步驟3)中外層高溫高速鋼鋼水澆注時鑄型溫度為80?120°C。
[0013] 本發明相比現有技術有如下優點： 本發明在D2鋼材料的基礎上通過增加 C、Ni、Mo、V、Cr、B等化學組分的含量，提高了材 料的淬透性、碳化物含量由原來的15-18%增加了 20-25%，形成了一定數量的高硬硼化物耐 磨質點，提高了材料的耐磨性，且Nb的加入改善了鑄態性能；另外通過淬火和三次回火熱 處理使軋輥獲得一個滿意的金相組織，使得製備的棒線材精軋輥具有性價比高、硬度適中、 較高的衝擊韌度、較高的耐磨性以及較高的抗熱疲勞性能等優點，在棒線精軋機架使用較 常規的貝氏體球鐵軋輥單槽過鋼量提高4倍以上，達到了高速鋼軋輥的使用壽命和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖1為本發明的棒線材精軋輥熱處理淬火工藝流程示意圖； 附圖2為本發明的棒線材精軋輥熱處理第一次回火工藝流程示意圖； 附圖3為本發明的棒線材精軋輥熱處理第二次回火工藝流程示意圖； 附圖4為本發明的棒線材精軋輥熱處理第三次回火工藝流程示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。
[0016] 如圖1-4所示：一種增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，該棒線材精 軋輥的製備方法步驟為：1)、熔煉：在中頻爐內加入一定配比的廢鋼、生鐵、鑰鐵、鉻鐵、鈮 鐵和純鎳進行熔煉，熔清後取樣分析，根據爐前樣成分調整爐內化學成分，使D2鋼化學組 分及重量百分含量到達出鋼前的成分要求：C為1. 7?1. 8、Si為0. 6?1. 0、Mn為0. 2? 0? 5、P 彡 0? 03、S 彡 0? 03、Ni 為 0? 60 ?I. 0、M〇 為 1. 5 ?2. 0、V 為 I. 0 ?I. 5、Cr 為 11 ? 13、Nb為0. 2?0. 5、B為0. 1?0. 3、其餘為Fe和不可避免雜質，並升溫至1600?1630°C 時出鋼；2)、爐外孕育變質處理：出鋼過程中隨流加入2?4Kg/噸鋼的矽鈣合金和2? 4Kg/噸鋼的75FeSi合金對鋼水進行孕育變質處理；3)、離心複合澆註：當包內鋼水降溫至 1420?1460°C時快速將鋼水澆入轉速為20?28m/s且溫度為80?120°C的離心鑄型內， 澆完後向鑄型內加入5?lOKg/m2的保護渣，當軋輥外層內表面的溫度降至1200?1250°C 時向鑄型內澆入1300?1360°C的球鐵水形成10?50mm厚的過渡層，當過渡層內表面溫 度降至1080?1130°C時停機合箱，隨後向軋輥鑄型內填入1320?1370°C的芯部球鐵水， 澆完後對鑄型進行保溫處理，冷卻5?8天後開箱；4)、粗加工及熱處理：①把粗加工好的 軋輥裝入臺車式電阻熱處理爐內，以50?100°C /h的速度升溫至900?950°C並保溫4? 6小時，隨後快速升溫至1020?1070°C並保溫2?6小時，隨後出爐進行風冷淬火，當軋輥 表面溫度降至400?450°C時停止風冷淬火，隨後把軋輥吊入臺車式電阻熱處理爐內進行 450?500°C的均溫處理，保溫18?24小時後把軋輥吊出臺車式電阻熱處理爐進行空冷至 室溫即完成淬火工藝，該過程的工藝流程示意圖如圖1所示；②把淬火冷卻後的軋輥裝入 回火爐內，以50?100°C /h的速度升溫至480?520°C並保溫18?24小時進行回火處 理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至室溫，該過程的工藝流程示意圖如圖2所示；③把第 一次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?100°C /h的速度升溫至520?540°C並保溫 18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至室溫，該過程的工藝流程示 意圖如圖3所示；④把第二次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?100°C /h的速度升 溫至540?560°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至室 溫，該過程的工藝流程示意圖如圖4所示，至此完成軋輥的熱處理工藝；5)、後期精加工：對 熱處理完成後的軋輥進行精加工即得到符合要求的棒線材精軋輥。
[0017] 下面分別通過具體實施例來對本發明作進一步的說明。
[0018] 實施例一 當需要鑄造一種規格為0 380 x 650mm的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥時，該棒 線材精軋輥的性能要求為：外層硬度75?80HSD、衝擊韌度> 40J、抗拉強度> 850Mpa ;外 層厚度彡55mm ;芯部抗拉強度彡400Mpa ;外層增強型D2鋼目標化學成分及重量百分含量 是：C 為 L 7 ?I. 8、Si 為 0? 6 ?I. 0、Mn 為 0? 2 ?0? 5、P 彡 0? 03、S 彡 0? 03、Ni 為 0? 60 ? I. 0、M〇 為 L 5 ?2. 0、V 為 I. 0 ?I. 5、Cr 為 11 ?13、Nb 為 0? 2 ?0? 5、B 為 0? 1 ?0? 3、其 餘為Fe和不可避免雜質。該棒線材精軋輥的製備方法詳細步驟如下：1)、熔煉：在一噸中頻 爐內加入120Kg廢鋼、280Kg生鐵、50Kg鉻鐵、I IKg鑰鐵、2Kg鈮鐵和2. 5Kg純鎳加熱熔化，熔 清後取樣分析，爐前成分調整到目標化學成分的範圍後升溫至1610?1625°C，保溫數分鐘 後出鋼，其中外層增強型D2鋼終樣化學成分及重量百分含量是：C為I. 72、Si為0. 74、Mn為 0? 25、P 為 0? 025、S 為 0? 019、Ni 為 0? 75、Mo 為 I. 63、V 為 I. 2、Cr 為 11. 6、Nb 為 0? 31、B 為 〇. 16、其餘為Fe和不可避免雜質，且最終出鋼溫度為1623°C ;2)、爐外孕育變質處理：出鋼 過程中隨流加入2. 5Kg/噸鋼的矽鈣合金和3Kg/噸鋼的75FeSi合金對鋼水進行孕育變質 處理；3)、離心複合澆註：當包內鋼水降溫至1433°C時快速將鋼水澆入轉速為25m/s且溫度 為80?120°C的離心鑄型內，澆完後向鑄型內加入5. 5Kg/m2的保護渣，當軋輥外層內表面 的溫度降至1225°C時向鑄型內澆入1324°C的球鐵水形成15mm厚的過渡層，當過渡層內表 面溫度降至l〇88°C時停機合箱，隨後向軋輥鑄型內填入1336°C的芯部球鐵水，澆完後對鑄 型進行保溫處理，冷卻6天後開箱；4)、粗加工及熱處理：①把粗加工好的軋輥裝入臺車式 電阻熱處理爐內，以62°C /h的速度升溫至915°C並保溫4. 5小時，隨後快速升溫至1030°C 並保溫3小時，隨後出爐進行風冷淬火，當軋輥表面溫度降至400?450°C時停止風冷淬火， 隨後把軋輥吊入臺車式電阻熱處理爐內進行450?500°C的均溫處理，保溫18?24小時後 把軋輥吊出臺車式電阻熱處理爐進行空冷至室溫即完成淬火工藝；②把淬火冷卻後的軋輥 裝入回火爐內，以55°C /h的速度升溫至485°C並保溫19小時進行回火處理，保溫結束後把 軋輥吊出爐內空冷至室溫；③把第一次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以80°C /h的速度 升溫至530°C並保溫20小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至室溫；④把 第二次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以92°C /h的速度升溫至550°C並保溫23小時進 行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至室溫，至此完成軋輥的熱處理工藝；5)、後 期精加工：對熱處理完成後的軋輥進行精加工即得到符合要求的棒線材精軋輥。
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【權利要求】
1. 一種增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在於：所述棒線材精軋 輥的製備方法步驟為： 1) 、熔煉：在中頻爐內加入一定配比的廢鋼、生鐵、鑰鐵、鉻鐵、鈮鐵和純鎳進行熔煉，熔 清後取樣分析，根據爐前樣成分調整爐內化學成分，使D2鋼化學組分及重量百分含量到達 出鋼前的成分要求：C為L 7?I. 8、Si為0? 6?I. 0、Mn為0? 2?0? 5、P彡0? 03、S彡0? 03、 Ni 為 0? 60 ?I. 0、M〇 為 L 5 ?2. 0、V 為 I. 0 ?I. 5、Cr 為 11 ?13、Nb 為 0? 2 ?0? 5、B 為 0. 1?0. 3、其餘為Fe和不可避免雜質，並升溫至1600?1630°C時出鋼； 2) 、爐外孕育變質處理：出鋼過程中隨流加入2?4Kg/噸鋼的矽鈣合金和2?4Kg/噸 鋼的75FeSi合金對鋼水進行孕育變質處理； 3) 、離心複合澆註：當包內鋼水降溫至1420?1460°C時快速將鋼水澆入高速旋轉的 離心鑄型內，澆完後向鑄型內加入5?lOKg/m 2的保護渣，當軋輥外層內表面的溫度降至 1200?1250°C時向鑄型內澆入1300?1360°C的球鐵水形成10?50mm厚的過渡層，當過 渡層內表面溫度降至1080?1130°C時停機合箱，隨後向軋輥鑄型內填入1320?1370°C的 芯部球鐵水，澆完後對鑄型進行保溫處理，冷卻5?8天後開箱； 4) 、粗加工及熱處理：對粗加工後的軋輥分別進行淬火和回火熱處理； 5) 、後期精加工：對熱處理完成後的軋輥進行精加工即得到符合要求的棒線材精軋輥。
2. 根據權利要求1所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：步驟4)中的淬火工藝流程為：把粗加工好的軋輥裝入臺車式電阻熱處理爐內，以50? 100°C /h的速度升溫至900?950°C並保溫4?6小時，隨後快速升溫至1020?1070°C並 保溫2?6小時，隨後出爐進行風冷淬火，當軋輥表面溫度降至400?450°C時停止風冷淬 火，隨後把軋輥吊入臺車式電阻熱處理爐內進行450?500°C的均溫處理，保溫18?24小 時後把軋輥吊出臺車式電阻熱處理爐進行空冷至室溫即完成淬火工藝。
3. 根據權利要求1所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：步驟4)中的回火熱處理包括三段式回火熱處理，且回火溫度依序升高。
4. 根據權利要求3所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：第一次回火工藝流程為：把淬火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?KKTC /h的速度 升溫至480?520°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內空冷至 室溫。
5. 根據權利要求3所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：第二次回火工藝流程為：把第一次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?100°C /h 的速度升溫至520?540°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內 空冷至室溫。
6. 根據權利要求3所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：第三次回火工藝流程為：把第二次回火冷卻後的軋輥裝入回火爐內，以50?KKTC /h 的速度升溫至540?560°C並保溫18?24小時進行回火處理，保溫結束後把軋輥吊出爐內 空冷至室溫，至此完成軋輥的熱處理工藝。
7. 根據權利要求1所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在 於：步驟3)中離心鑄型的轉速為20?28m/s。
8. 根據權利要求1所述的增強型D2鋼離心複合棒線材精軋輥的製備方法，其特徵在
【文檔編號】C22C38/56GK104308112SQ201410492980
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】張文君, 李武, 吳蘭, 邵順才 申請人:江蘇共昌軋輥股份有限公司