一种高材质立辊的制备方法与流程

1.本发明涉及一种高材质立辊的制备方法，属于轧辊轧制技术领域。


背景技术：

2.随着热连轧线产量的提高，用户迫切需求可延长在机周期的新产品，随着全线高材质的推广应用，常规机架工作辊已经实现在机周期的延长，但是，目前用于限定板宽的立辊机架，采用的轧辊材质仍以铸钢及锻钢材质为主，上机使用后期板材边部易出现黑边、毛刺等现象，极大地限制了生产线产能的发挥。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高材质立辊的制备方法，生产的立辊耐磨性和冷热疲劳性好，在机周期长。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
6.步骤a、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用工频炉冶炼铁水，外层钢水的熔炼温度为1500-1700℃，芯部钢水的熔炼温度为1450-1600℃，熔炼至铁水一定成分范围后加热升温外层及芯部铁水至温度1600-1800℃出炉；
7.步骤b、温度降至1350-1450℃时浇注，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包或翻包，芯部铁水采用包底加入球化剂和孕育剂的方式，外层钢水采用整体底注的方式进行浇注，浇注满型腔后短时间内以芯部铁水进行置换，置换的方式采用底注式浇注方式进行，芯部浇注铁水重量6-7吨；
8.步骤c、浇注完毕120-200h后冷开箱，然后进行粗加工，粗加工辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm；
9.步骤d、粗加工完毕后采用高温热处理方式对产品进行处理；
10.步骤e、热处理结束后进行精加工、检测直至成品。
11.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤a熔炼铁水成分的范围为：外层合金成分为c：0.5～2.6％，si：0.5～1.5％，mn：0.2～1.2％，p≤0.10％，s≤0.1％，cr：4.0-20.0％，ni：0.5-3.0％，mo：0.5-7.0％，v：0.5-4.0，w：0.5-2.0，nb≤1.0％，余量为fe；芯部化学成分为c：2.3～4.0％，si：1.0～4.0％，mn：0.1～1.0％，p≤0.10％，s≤0.1％，cr≤1.0％，ni≤2.0％，mo：0.1-3.0％，余量为fe。
12.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤b中球化剂加入量为芯部铁水重量的1-5％，孕育剂加入量为芯部铁水重量的1-5％；孕育剂为硅铁、硅钙、硅锆合金和锰铁合金中的一种或多种，球化剂为稀土镁或富铈稀土。
13.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤d的高温热处理方式为在900-1150℃加热60-300min，然后吹风50-80min后空冷至辊温200-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间20-60h。
14.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤d的高温热处理方式采用退火方式进行热处理，退火温度550-600℃，时间35-45h。
15.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
16.本发明通过各合金材质组分的配比及工艺操作的确定，制备出的高材质立辊的耐磨性和冷热疲劳性能好，在实际使用过程中，具有在机周期长的优势。
附图说明
17.图1是本发明实施例1的产品金相组织图。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：
19.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
20.步骤a、采用废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用工频炉冶炼铁水，外层钢水的熔炼温度为1500-1700℃，芯部钢水的熔炼温度为1450-1600℃，熔炼至外层合金成分为c：0.5～2.6％，si：0.5～1.5％，mn：0.2～1.2％，p≤0.10％，s≤0.1％，cr：4.0-20.0％，ni：0.5-3.0％，mo：0.5-7.0％，v：0.5-4.0，w：0.5-2.0，nb≤1.0％，余量为fe；芯部化学成分为c：2.3～4.0％，si：1.0～4.0％，mn：0.1～1.0％，p≤0.10％，s≤0.1％，cr≤1.0％，ni≤2.0％，mo：0.1-3.0％，余量为铁时，外层及芯部铁水加热至温度1600-1800℃出炉；
21.步骤b、温度降至1350-1450℃时浇注，外层采用翻包铁水包，芯部采用底漏式铁水包或翻包，芯部铁水采用包底加入球化剂和孕育剂的方式，球化剂上方采用10-20mm厚度钢板压盖，并在钢板周围采用废钢屑覆盖，球化剂加入量为芯部铁水重量的1-5％，孕育剂加入量为芯部铁水重量的1-5％；孕育剂为硅铁、硅钙、硅锆合金和锰铁合金中的一种或多种，球化剂为稀土镁或富铈稀土；外层钢水采用整体底注的方式进行浇注，浇注满型腔后短时间内以芯部铁水进行置换，置换的方式采用底注式浇注方式进行，芯部浇注铁水重量6-7吨；
22.步骤c、浇注完毕120-200h后冷开箱，然后进行粗加工，粗加工辊身直径方向留量5-15mm，轴向留量5-200mm；
23.步骤d、粗加工完毕后采用高温热处理方式对产品进行处理，所述高温热处理方式为在900-1150℃加热60-300min，然后吹风50-80min后空冷至辊温200-450℃回火，回火温度460-600℃，保温时间20-60h或采用退火方式进行热处理，退火温度550-600℃，时间35-45h；
24.步骤e、热处理结束后进行精加工、检测直至成品。
25.实施例1
26.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
27.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1603℃，芯部钢水熔炼温度1450℃，达到高材质立辊设计的成分含量：外层铁水c：0.85％，si：0.85％，mn：0.9％，p：0.05％，s：0.06％，cr：5.6％，ni：0.69％，mo：5.63％，v：3.21％，w：1.56％，余量为fe；芯部铁水c：3.01％，si：1.5％，mn：
0.8％，p：0.08％，s：0.09％，cr：0.05％，ni：0.1％，mo：0.1％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1630℃后出炉；
28.步骤b、浇注温度1360℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后3min开始采用芯部铁水进行底注式浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量1％的稀土镁和硅铁合金，浇注铁水量6.8t；
29.步骤c、浇注完毕后150h冷开箱，粗加工轴向留量25mm，径向直径方向留量12mm；
30.步骤d、采用整体加热方式进行高温热处理，在1090℃加热290min，吹风75min后空冷，辊身400℃时装炉550℃回火50h；
31.步骤e、淬回火结束后进行精加工、检测直至成品。
32.图1为产品的金相组织图片，碳化物分布均匀，组织为马氏体 碳化物，基体具有良好的抗热裂性能及耐磨性。
33.实施例2
34.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
35.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1620℃，芯部钢水熔炼温度1455℃，达到高材质立辊设计成分范围：外层铁水c：1.75％，si：0.79％，mn：0.81％，p：0.03％，s：0.05％，cr：4.9％，ni：0.61％，mo：5.33％，v：2.21％，w：1.36％，余量为fe；芯部铁水c：3.05％，si：1.32％，mn：0.82％，p：0.05％，s：0.08％，cr：0.09％，ni：0.15％，mo：0.15％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1656℃后出炉；
36.步骤b、浇注温度1350℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后6min开始采用芯部铁水进行浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量3％的稀土镁和硅锆合金，浇注铁水量7.0t，
37.步骤c、浇注完毕后160h冷开箱，粗加轴向留量25mm，径向直径方向留量12mm；
38.步骤d、采用退火方式进行热处理，退火温度600℃，保温时间40h；
39.步骤e、退火结束后进行精加工、检测直至成品。
40.实施例3
41.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
42.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1701℃，芯部钢水熔炼温度1530℃，达到高材质立辊设计成分范围：外层铁水c：0.95％，si：0.88％，mn：0.92％，p：0.06％，s：0.07％，cr：5.8％，ni：0.65％，mo：5.68％，v：3.23％，w：1.58％，余量为fe；芯部铁水c：3.02％，si：1.55％，mn：0.82％，p：0.06％，s：0.08％，cr：0.06％，ni：0.12％，mo：0.12％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1750℃后出炉；
43.步骤b、浇注温度1430℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后5min开始采用芯部铁水进行底注式浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量4％的稀土镁和锰铁合金，浇注铁水量6.8t；
44.步骤c、浇注完毕后150h冷开箱，粗加轴向留量25mm，径向直径方向留量12mm；
45.步骤d、采用整体加热方式进行高温热处理，在1085℃加热295min，吹风78min后空冷，辊身310℃时装炉530℃回火25h；
46.步骤e、淬回火结束后进行精加工、检测直至成品。
47.实施例4
48.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
49.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1693℃，芯部钢水熔炼温度1580℃，达到高材质立辊设计成分范围：外层铁水c：0.96％，si：0.85％，mn：0.96％，p：0.05％，s：0.06％，cr：5.75％，ni：0.68％，mo：5.86％，v：3.28％，w：1.69％，余量为fe；芯部铁水c：3.05％，si：1.58％，mn：0.85％，p：0.08％，s：0.09％，cr：0.07％，ni：0.15％，mo：0.15％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1630℃后出炉；
50.步骤b、浇注温度1360℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后2min开始采用芯部铁水进行底注式浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量1％的稀土镁和硅铁合金，浇注铁水量6.1t；
51.步骤c、浇注完毕后155h冷开箱，粗加轴向留量23mm，径向直径方向留量11mm，
52.步骤d、采用整体加热方式进行高温热处理，在1088℃加热293min，吹风75min后空冷，辊身415℃时装炉490℃回火51h；
53.步骤e、淬回火结束后进行精加工、检测直至成品。
54.实施例5
55.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
56.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1653℃，芯部钢水熔炼温度1550℃，达到高材质立辊设计成分范围：外层铁水c：0.91％，si：0.88％，mn：0.98％，p：0.06％，s：0.07％，cr：5.68％，ni：0.78％，mo：5.26％，v：3.18％，w：0.56％，余量为fe；芯部铁水c：3.07％，si：1.59％，mn：0.86％，p：0.07％，s0.08％，cr：0.06％，ni：0.13％，mo：0.11％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1730℃后出炉；
57.步骤b、浇注温度1420℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后3min开始采用芯部铁水进行浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量3％的稀土镁和硅钙合金，浇注铁水量6.6t；
58.步骤c、浇注完毕后128h冷开箱，粗加轴向留量21mm，径向直径方向留量11mm，
59.步骤d、采用整体加热方式进行高温热处理，在908℃加热293min，吹风75min后空冷，辊身415℃时装炉580℃回火51h；
60.步骤e、淬回火结束后进行精加工、检测直至成品。
61.实施例6
62.一种高材质立辊的制备方法，包括如下步骤：
63.步骤a、以废钢、镍铁、钒铁、铬铁、钼铁、钨铁、电极粉作为原料，采用电磁感应炉熔炼，外层钢水的熔炼温度为1523℃，芯部钢水熔炼温度1450℃，达到高材质立辊设计成分范围：外层铁水c：1.85％，si：0.89％，mn：0.95％，p：0.05％，s：0.06％，cr：5.65％，ni：0.75％，mo：5.21％，v：3.10％，w：0.51％，余量为fe；芯部铁水c：3.01％，si：1.51％，mn：0.81％，p：0.03％，s：0.05％，cr：0.05％，ni：0.11％，mo：0.08％，余量为fe；成分达标后外层及芯部铁水升温至1630℃后出炉；
64.步骤b、浇注温度1353℃，外层钢水采用翻包铁水包、整体底注式浇注，外层浇注完毕后3min开始采用芯部铁水进行浇注，芯部采用底漏式铁水包，包底分别加入芯部铁水重量5％的富铈稀土和锰铁合金，浇注铁水量7.0t；
65.步骤c、浇注完毕后125h冷开箱，粗加工轴向留量50mm，径向直径方向留量13mm；
66.步骤d、采用整体加热方式进行高温热处理，在1085℃加热291min，吹风71min后空冷，辊身210℃时装炉500℃回火45h；
67.步骤e、淬回火结束后进行精加工、检测直至成品。
68.对照例1
69.对照例1为常规半钢立辊产品。
70.对照例2
71.与实施例4的差别为：芯部铁水的熔炼温度为1350℃，浇铸过程中浇铸管冷凝，芯部钢水置换不完全，冷开箱因应力大开裂。
72.对照例3
73.与实施例4的差别为：芯部铁水的浇注量为5.5t，外层比例大，高温热处理过程中开裂率达到50％。
74.对照例4
75.与实施例4的差别为：没有外层铁水和芯部铁水的区别，成分均为外层铁水，外层比例过大，冷开箱及高温热处理过程中均容易开裂。
76.取实施例1-6和对照例1-4的产品进行试样拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准gb/t228，检测结果见表1：
77.表1实施例产品性能检测结果
[0078][0079]
通过对高材质立辊按复合法进行制备，获得高材质外层与芯部的冶金结合，研制的高材质立辊耐磨性明显高于常规半钢立辊耐磨性，冷热疲劳性能高于常规半钢立辊。
[0080]
根据性能检测结果，研制的高材质立辊具有良好的耐磨性及抗热裂性，在实际使用过程中，能较好解决常规半钢下机辊面粗糙、不耐磨的问题。