一種高硼高速鋼軋輥材料的製作方法

2023-11-30 23:15:06 2

專利名稱：一種高硼高速鋼軋輥材料的製作方法
技術領域：
本發明屬於耐磨材料技術領域，涉及一種用做軋輥的高速鋼材料，特別涉及一種高硼高速鋼軋輥材料。

背景技術：
高速鋼軋輥具有硬度高、紅硬性好等特點，已廣泛應用於軋鋼生產中。
日本專利JP8020837公開了一種高速鋼軋輥材料的化學組成，主要元素如下1.50～3.50％C、<1.50％Si、<1.20％Mn、5.50～12.00％Cr、2.00～8.00％Mo、3.00～10.00％V、0.60～7.00％Nb、0.01～0.200％B、0.08～0.300％N，餘量Fe。
日本專利JP2001294975-A也公開了一種高速鋼軋輥材料的化學組成，主要元素如下1～3.5％C、4.5～10％V、3～10％Cr、0.2～2％Si、0.2～2％Mn、2～15％(Mo+W)，餘量Fe和雜質。
歐洲專利EP1033191-A1公開了一種離心鑄造高速鋼複合軋輥的製造方法，高速鋼主要的化學組成如下2.3～3.5％C、6～8％V，3～9％Mo。為了減輕元素偏析，加入N、Ta，Ha、Zr和Nb等元素，形成含V和Ta，Ha、Zr、Nb的複合氮化物，有利於離心鑄造高速鋼軋輥元素偏析的減輕。但Ta，Ha等元素價格高，將增加軋輥生產成本，另外，加入氮易出現氣孔，損害軋輥性能。
中國發明專利CN1807671公開了一種連續複合高速鋼軋輥工藝配方，外層輥身的工藝配方(重量％)是1.5～3.5C、2.0～7.0Cr、2.0～7.0Mo、4.0～10.0V、4.0～10.0W、0～10.0Co，Ni<2.0，其餘為Fe。
目前用高速鋼軋輥取代半鋼軋輥、高鉻鑄鐵軋輥和鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥，對於提高軋輥壽命，延長軋輥更換周期，都取得了良好的效果。但上述高速鋼軋輥中，都含有較多價格昂貴的釩元素，增加了高速鋼軋輥的生產成本。儘管釩易形成高硬度的MC型碳化物，對提高軋輥耐磨性有利，但釩含量高時，由於沿晶界易出現龜裂，基體易優先磨損，軋材粘附於輥面，輥表面易粗糙，降低軋材表面質量，反而加快了換輥周期。此外MC數量過多，硬度過高，導致磨削加工困難，同時隨著釩含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速鋼軋輥的韌性和熱疲勞性能下降。另外，上述高速鋼軋輥中，碳含量都在1％以上，碳部分進入碳化物，部分進入基體，碳含量高，導致基體韌性低，且熱疲勞性能差。軋輥使用中易出現龜裂，甚至發生剝落現象，影響軋鋼正常生產。


發明內容
本發明的目的在於解決現有技術中的問題，而提供一種高硼高速鋼軋輥材料。本發明採用廉價的硼與鐵反應，生成高硬度的硼化物，利於改善軋輥的耐磨性，另外，硼少量溶於鐵基體中，可改善高速鋼軋輥的淬透性和淬硬性；同時大幅度降低高速鋼軋輥中的釩含量，可減少高速鋼軋輥生產成本，並改善高速鋼軋輥的磨削加工性能；通過降低高速鋼軋輥的碳含量，可明顯提高高速鋼軋輥的抗疲勞性能。
本發明所提供的高硼高速鋼軋輥材料的化學組成成分是(重量％)0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4A1、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn<0.5、P<0.04、S<0.04，餘量為Fe，化學成分的總和為100％，其中3.5<W+2Mo<5.2。
本發明高速鋼材料經熔煉、鑄造、淬火和回火處理後，即可加工成高硼高速鋼軋輥。
軋輥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，本發明高硼高速鋼軋輥材料的化學成分是這樣確定的 碳碳加入高速鋼軋輥中，部分與合金元素化合，形成碳化物，有利於改善軋輥耐磨性，部分進入基體，有利於提高軋輥的淬透性和淬硬性，由於本發明材料中加入硼元素，而硼元素也有提高軋輥的淬透性和淬硬性的作用，因此本發明軋輥材料可以適當降低碳元素加入量，碳元素加入量的下降，有利於淬火熱處理後獲得綜合力學性能好的板條馬氏體組織，促進軋輥抗疲勞性能的改善。本發明高速鋼軋輥材料合適的碳含量為0.25～0.40％。
硼硼加入高速鋼軋輥，少量進入基體，有利於改善基體的淬透性和淬硬性，大部分易與鐵、鉻等元素化合，形成硬度高、熱穩定性好的合金硼化物，有利於改善高速鋼軋輥的耐磨性，加入了過少，合金硼化物數量少，對提高高速鋼軋輥耐磨性影響不明顯，加入量過多，合金硼化物數量多，導致軋輥脆性增大，合適的硼元素加入量為1.8～2.5％。
鉻鉻在高速鋼中部分存在於M6C型碳化物中，也能夠形成M23C6型碳化物，還有40％左右存在於基體中。含鉻的M23C6型碳化物在較低的淬火溫度時便完全溶解，鉻同樣能促使M6C型碳化物更好地溶解在奧氏體中，使高速鋼產生較高的淬硬性和淬透能力。鉻還能提高硼在基體的固溶量。鉻含量過高，多餘的鉻參與回火時沉澱析出的碳化物的形成，這種含鉻碳化物在較低溫度時容易析出，降低了鋼的熱穩定性。因此將鉻含量控制在3.8～4.2％。
鎢和鉬高速鋼軋輥中加入適量的鎢和鉬，主要是為了提高高速鋼軋輥的紅硬性，改善高溫耐磨性。在普通高速鋼中，常加入較多的鎢和鉬元素，如常見的M2高速工具鋼，含有高達5％左右的鎢和6％左右的鉬，但高速鋼軋輥使用中，軋輥表面由於有冷卻水的冷卻，其工作溫度遠低於刀具使用溫度，因此可適當降低鎢和鉬元素的加入量，有利於降低高速鋼軋輥生產成本，本發明將鎢含量控制在1.0～2.0％，鉬含量控制在1.0～2.0％，且3.5％<W+2Mo<5.2％。
釩高速鋼軋輥中加入適量釩元素，可形成高硬度的MC型碳化物，有利於改善高速鋼軋輥耐磨性，但釩含量高時，由於沿晶界易出現龜裂，基體易優先磨損，軋材粘附於輥面，輥表面易粗糙，降低軋材表面質量，反而加快了換輥周期。此外MC數量過多，硬度過高，導致磨削加工困難，同時隨著釩含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速鋼軋輥的韌性和熱疲勞性能下降。釩加入量過多，由於釩元素價格高，導致軋輥生產成本增加，因此將釩含量控制在0.8～1.0％。
矽矽是非碳化物形成元素，主要固溶於基體，能細化回火時析出的二次碳化物，使回火硬度提高。矽還能細化奧氏體晶粒，提高600℃紅硬性及低溫淬火硬度。矽還可以改善高速鋼的磨削性能。但矽加入量過多，易產生夾雜物，反而損害高速鋼軋輥的強度和韌性，因此將矽含量控制在1.5～1.8％。
銅高速鋼軋輥中，加入適量銅，主要是為了改善高速鋼軋輥淬透性，銅元素合適加入量為0.5～0.8％。
鋁鋁溶於基體中，可提高高速鋼的回火穩定性、硬度和紅硬性。鋁還降低M2C共晶碳化物的分解溫度，使共晶碳化物在高溫加熱時易於分解和粒化，有利於提高高速鋼的韌性。但鋁增加高速鋼的脫碳敏感性，且鋁含量太高，鋼液熔煉困難，鋼水澆注時流動性差，軋輥中易出現鑄造缺陷，因此將鋁含量控制在0.2～0.4％。
鈦鈦能細化高速鋼晶粒，提高其強度、韌性和耐磨性，但降低高速鋼紅硬性，綜合考慮將鈦含量控制在0.25～0.40％。
鋯鋯能顯著細化高硼高速鋼凝固組織，改善合金硼化物的形態和分布，促進高硼高速鋼力學性能提高。但鋯加入量過多，將增加高硼高速鋼生產成本，合適的鋯含量控制在0.02～0.05％。
稀土高硼高速鋼軋輥中加入稀土，主要是為了淨化鋼液，細化凝固組織，改善碳化物和硼化物的形態和分布，從而有利於高硼高速鋼軋輥強度和韌性的提高。稀土加入量過多，夾雜物增多，反而降低高硼高速鋼軋輥的強度和韌性。綜合考慮將稀土含量控制在0.05～0.20％。
錳錳促使高硼高速鋼軋輥組織粗大，降低高硼高速鋼軋輥的強度和韌性，將其含量控制在0.5％以下。
硫和磷不可避免的微量雜質是原料中帶入的，其中有硫和磷，均是有害元素，為了保證高硼高速鋼軋輥的強度、韌性和耐磨性，將硫含量控制在0.04％以下，磷含量控制在0.04％以下。
本發明與現有技術相比，具有以下優點 (1)本發明高硼高速鋼軋輥鎢、鉻、鉬、釩等合金元素加入量較少，且不含鈮、鈷、鎳等價格昂貴的合金元素，因此，具有較低的生產成本，比常用高速鋼軋輥降低生產成本30％以上。
(2)本發明軋輥材料碳含量低，軋輥具有優異的抗熱疲勞性能。
(3)本發明軋輥材料含有較多的硼，軋輥組織中含有18～23％的合金硼化物，使軋輥材料硬度達到82～85HSD。
(4)本發明高硼高速鋼軋輥材料用於製作軋輥，其使用壽命比常規高速鋼軋輥提高15～30％。
以下結合具體實施方式
對本發明作進一步說明。

具體實施例方式 下述實施例1-5中均採用電爐熔煉高硼高速鋼軋輥材料，而後鑄造、淬火和回火處理，加工後得到高硼高速鋼軋輥，成分見表1，性能見表2。

表1 實施例1-5中製備的高硼高速鋼軋輥的化學成分(重量％)
表2 實施例1-5中製備的高硼高速鋼軋輥的性能 本發明高硼高速鋼軋輥材料用於製作軋輥，在棒材軋機精軋機前架軋制φ16mm螺紋鋼，單槽過鋼量為1760～1780噸，比常規高速鋼軋輥提高15～30％。由於不含鈮、鈷、鎳等價格昂貴的合金元素，且鎢、鉻、鉬、釩等合金元素加入量較少，生產成本比常用高速鋼軋輥降低30％以上，使用本發明高硼高速鋼軋輥材料，可延長軋輥使用壽命，降低軋材生產成本，改善軋材表面質量，具有顯著的經濟和社會效益。
權利要求
1、一種高硼高速鋼軋輥材料，其特徵在於，所述的軋輥材料的化學組成成分以重量百分比表示為0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4Al、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn<0.5、P<0.04、S<0.04，餘量為Fe，化學成分的總和為100％，其中3.5<W+2Mo<5.2。
全文摘要
一種高硼高速鋼軋輥材料屬於耐磨材料技術領域。現有高速鋼軋輥材料存在成本高，使用性能和加工性能差等多種問題。本發明軋輥材料的化學組成成分是(重量％)0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4Al、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn＜0.5、P＜0.04、S＜0.04，餘量為Fe，化學成分的總和為100％，其中3.5＜W+2Mo＜5.2。本發明軋輥材料具有成本低，使用壽命長，綜合性能好等優點。
文檔編號C22C38/34GK101445892SQ200810246839
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者符寒光, 蔣志強, 馮錫蘭, 胡中豔, 雷永平, 邢建東, 成小樂 申請人:北京工業大學