一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊制造技术

本发明专利技术涉及一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其轧辊辊身工作层采用含有石墨的贝氏体半钢材质，利用离心复合铸造、整体铸造、静态冲洗复合铸造，辊轴采用抗破断强度较高的中碳低合金钢、高碳低合金钢、低合金半钢、低合金石墨钢材料铸造，并借助于特殊的热处理工艺方法，辊面硬度在65‑75HSD。用于板带(特别是不锈钢带钢)粗工作辊综合使用寿命较传统半钢、石墨钢‑等材质提高30～50％以上，具有优良的使用特性、经济实用性和推广价值。

A kind of working roll for roughing bainite semi steel plate with graphite

The invention relates to a working roll of bainite semi steel plate with rough rolling containing graphite. The working layer of the roll body is made of bainite semi steel containing graphite. The roll body is made of centrifugal composite casting, integral casting and static washing composite casting. The roll shaft is made of medium carbon low alloy steel, high carbon low alloy steel, low alloy semi steel and low alloy graphite steel with high breaking strength The hardness of the roll surface is 65 \u2011 75hsd. The comprehensive service life of rough work roll used for plate and strip (especially stainless steel strip) is more than 30-50% longer than that of traditional semi steel and graphite steel. It has excellent use characteristics, economic practicability and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊
本专利技术涉及一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，该轧辊广泛用于热轧碳钢及不锈钢轧制的板带粗轧两辊可逆工作辊，以及粗轧四辊可逆工作辊；还可以应用于大型H型钢中、精轧万能水平辊环、立轧辊环、轧边机工作辊；还可以应用于大型槽、角型材中、精轧及成品轧制工作辊。
技术介绍
现阶段热轧碳钢、不锈钢板带粗轧机，分为两辊粗轧机和四辊粗轧机两种，其工作环境，特别是不锈钢轧制，其粗轧温度高(开轧温度1200～1260℃)、轧制变形抗力大。对轧辊要求：同时满足高的抗热裂纹敏感性、耐磨性，以及良好的咬入性能，目前现阶段使用的传统轧辊包括：普通半钢、普通石墨钢轧辊材质，其硬度范围45-55HSD。主要存在的问题，传统半钢轧辊抗热裂能力差，在出现卡钢事故时，表现为裂纹较深，传统石墨钢轧辊主要表现为耐磨性不足，特别在不锈钢生产过程尤为突出。传统半钢、石墨钢轧辊制造方法，现阶段应用在粗轧使用的半钢、石墨钢轧辊均采用整体静态铸造方法生产；对于铸钢系列轧辊(非半钢及石墨钢)还有一种制造方法，即冲洗复合制造方法，该方法多用于复合制造的四辊轧机的大型支承辊生产，其支承辊使用环境不接触热的轧制工件(即红热的钢坯、板)，工作温度较低，主要承受轧制载荷(轧制压力)及与工作辊之间的接触应力。故冲洗复合铸钢支承辊不用考虑使用中的热交变载荷对组织的影响，其支承辊硬度可借助热处理手段实现硬度60-65HSD的要求。对于热轧带钢粗轧辊来说，要想提高其使用寿命，必须在现阶段提高其轧辊硬度，目标在现阶段45-55HSD基础上，提高到65-75HSD，同时还要保证该硬度的轧辊能够满足高温热交变载荷的使用热冲击。因此，必须配合科学的合金化，同时配合与之匹配的特殊热处理手段，最终制造出热稳定性好、耐磨性高、同时具有良好咬入性的使用环境的轧辊。本专利技术基于传统半钢、石墨钢轧辊材质，通过对C及Cr、Ni、Mo等主要合金元素的再设计研究，保留传统半钢、石墨钢两种轧辊各自的优点，即设计外层组织中含有足够的石墨析出(1～2％)，适量的合金一次碳化物(10～15％)，基体组织以强韧性较好、耐磨性较高兼顾良好热稳定性、良好咬入性的粒状回火贝氏体基体上镶嵌大量二次碳化物颗粒轧辊。基于以上设计理念，本专利技术从合金化、材料的孕育+变质处理、到与之匹配的热处理技术入手，构成了一种新型的含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊新材质。在满足板带粗轧工作辊使用要求(特别是两辊可逆轧机对辊颈较高的强度指标要求)的基础上，为降低制造成本以及改善整体铸造轧辊应力状态，为客户创造物美价廉的高耐磨性、抗事故性的高性价比产品，基于传统离心复合铸造基本原理，并力求突破创造出钢(含石墨的贝氏体半钢外层)+高强度低合金钢芯的离心复合产品。为确保高合金钢外层与低合金钢心部复合浇注的良好冶金结合，本专利技术创造性的采用了低熔点中间层，在动态离心过程将低熔点中间层浇入旋转着的半固态外层壳体内腔使其得到良好冶金结合，并在填入心部金属液时将中间层融掉，从而实现外层高合金与心部低合金的钢+钢复合制造；构成了一种新型的含石墨的贝氏体半钢板带粗轧钢芯复合工作辊新材质。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，该工作辊辊身工作层硬度65-75HSD；辊颈抗拉强度550-750Mpa；用于板带钢粗轧机架，耐磨性能比传统半钢、石墨钢轧辊的综合使用寿命提高30-50％。为解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身、辊颈和轴头所组成，其特征在于：包括设置在辊身上的工作层组织，所述的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5-1.8、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50-90mm，辊面硬度65-75HSD；所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0-1.4、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度550-750Mpa；所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的混合组织，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体组织的基体和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2％，一次碳化物的面积百分比为10～15％，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65％，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20％；所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5-12分钟，添加一层厚度在15-30mm的Fe基、低熔点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；其中，中间层金属液之一化学成分：C2.8-3.3、Si1.5-1.8、Mn0.5-1.0、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03。进一步：所述的离心钢芯复合制造即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，外层含石墨的贝氏体半钢处于半凝固状态下，填入一定厚度的低熔点无害中间层，并在静态填入低合金石墨钢心部时，将无害中间层融掉，实现外层含石墨的贝氏体半钢与心部低合金石墨钢的良好冶金结合。又进一步：中间层金属液的填入温度：T中间层＝TL外层金属液相线+(40～60)℃，保证与外层良好冶金结合的同时，保证外层内杂质的外浮，以及外层顺序凝固所需的温度场分布，消除外层宏观组织疏松、缩孔缺陷，提高外层金属的有效利用；再然后待中间层温度T中间层＝TS中间层金属固相线-(70～120)℃时停转，将旋转金属型合箱到下箱上，再依次将上箱+冒口箱合到金属型上；最后进行心部金属液填芯，心部金属液填芯温度T芯＝TL外层金属液相线+(35～60)℃；同时满足T芯＝TL填芯金属液相线+(40～90)℃，并根据轧辊填芯重量偏小的取上限原则。又进一步：所述的心部金属液的成分包括：C1.0-1.4、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；所述的心部金属液填芯是指：将滑动水口对准中轧辊内腔中心线，进行浇铸，金属液从进入下箱然后充型至纯冒口箱前，进行大流快速浇铸，将已凝固的中间层及保护渣融化、混合及有效上浮，形成高合金的外层与低合金的心部材料得到良好冶金结合，再然后进入纯冒口后放缓浇铸流，浇至距冒口上沿50～100mm，放置冒口保温剂。又进一步：所述的心部金属液填芯后15～35分钟用同炉心部金属液补点冒口进行补缩，点冒口的浇注温度T点＝TL芯+(60～90)℃，冒口上方通过覆盖发热剂和保温剂进行保温。又进一步：所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身1-1、辊颈1-2和轴头1-3所组成，其特征在于：包括设置在辊身上的工作层组织，所述的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5-1.8、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50-90mm，辊面硬度65-75HSD；/n所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0-1.4、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度550-750Mpa；/n所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2％，一次碳化物的面积百分比为10～15％，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65％，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20％；/n所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5-12分钟，添加一层厚度在15-30mm的Fe基、低熔点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；其中，中间层金属液之一化学成分：C2.8-3.3、Si1.5-1.8、Mn0.5-1.0、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身1-1、辊颈1-2和轴头1-3所组成，其特征在于：包括设置在辊身上的工作层组织，所述的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5-1.8、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50-90mm，辊面硬度65-75HSD；
所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0-1.4、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度550-750Mpa；
所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2％，一次碳化物的面积百分比为10～15％，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65％，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20％；
所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5-12分钟，添加一层厚度在15-30mm的Fe基、低熔点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；其中，中间层金属液之一化学成分：C2.8-3.3、Si1.5-1.8、Mn0.5-1.0、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03。


2.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的离心钢芯复合制造即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，外层含石墨的贝氏体半钢处于半凝固状态下，填入一定厚度的低熔点无害中间层，并在静态填入低合金石墨钢心部时，将无害中间层融掉，实现外层含石墨的贝氏体半钢与心部低合金石墨钢的良好冶金结合。


3.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：中间层金属液的填入温度：T中间层＝TL外层金属液相线+40～60℃，保证与外层良好冶金结合的同时，保证外层内杂质的外浮，以及外层顺序凝固所需的温度场分布，消除外层宏观组织疏松、缩孔缺陷，提高外层金属的有效利用；再然后待中间层温度T中间层＝TS中间层金属固相线-(70～120)℃时停转，将旋转金属型合箱到下箱上，再依次将上箱+冒口箱合到金属型上；最后进行心部金属液填芯，心部金属液填芯温度T芯＝TL外层金属液相线+(35～60℃)；同时满足T芯＝TL填芯金属液相线+(40～90)℃，并根据轧辊填芯重量偏小的取上限原则。


4.根据权利要求3所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的心部金属液的成分包括：C1.0-1.4、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；所述的心部金属液填芯是指：将滑动水口对准中轧辊内腔中心线，进行浇铸，金属液从进入下箱充型至纯冒口箱前，进行大流快速浇铸，将已凝固的中间层及保护渣融化并有效上浮，形成高合金的外层与低合金的心部材料得到良好冶金结合，再然后进入纯冒口后放缓浇铸流，浇至距冒口上沿50～100mm，放置冒口保温剂。


5.根据权利要求4所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的心部金属液填芯后15～35分钟用同炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：周守行，戴鹏宇，花之仁，万建荣，华楠，汪晨晨，赵冬华，徐文俊，
申请(专利权)人：三鑫重工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32