一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊，是在传统半钢、石墨钢轧辊的冶炼过程中，常规熔炼基础上，向合金熔液中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达到0.02

【技术实现步骤摘要】
一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶金行业用轧辊制造领域，尤其涉及一种在钢液中采用原位再生方法制备含有氮化钛的半钢基钢坯连轧辊及其制备方法。

技术介绍

[0002]现阶段两辊热轧钢基冶金轧辊包括开坯轧机用BD轧辊，钢坯连轧机用轧辊，板带粗轧机用轧辊，型钢粗、中、精轧用轧辊及辊环，其单件净重从3吨到49吨，铸件单重从5吨到近80吨，均属超大型铸件。
[0003]其中，钢坯连轧机，作为特种钢企业的一种特殊机型，介于开坯与型材轧制之间的中间加工工序，是将不便于采用大规模连铸生产的大断面合金钢坯料通过轧制成下道工序所需规格的坯料，与传统普碳低合金钢轧材相比其特点，被加工的钢种合金含量高、材料的变形抗力大、硬度高，对轧辊要求一方面要有较好的强度抵抗轧制冲击，同时要具有较高的耐磨性能。
[0004]另外，两辊板带可逆粗轧机，通常作为中宽带半连轧机的一种机型，主要用于板坯粗轧工序，将来料厚度较厚的板坯，通过可逆往复轧制，加工成后道精轧机组所需的坯料厚度，与型材轧机相比，其轧制坯料宽度较宽，轧辊承受的轧制负荷较大，除了要满足板材表面质量所需的耐磨性外，必须有较高的抗破断强度。
[0005]现用传统轧辊材质包括：传统合金钢、半钢、石墨钢。对于抗破断强度较高的合金钢，由于其耐磨性较差已被传统半钢、石墨钢所替代。
[0006]对于传统半钢与石墨钢目前主要使用的合金化元素为Cr、Ni、Mo等。与合金钢相比，为了提高其耐磨性除了对应Cr、Ni、Mo合金元素调整外，主要含碳量的得到大幅度提高，伴随含碳量的提高，半钢轧辊铸态组织中出现一次碳化物；石墨钢由于对Si含量的调整，组织中除了形成一定数量一次碳化物外，同时还有一定数量的石墨析出；借助孕育+变质处理手段，改变组织中石墨以及一次碳化物形态及比例；再借助于热处理(扩散、淬火、回火)细化和调整基体组织、改善一次碳化物形态及比例，以实现所需的强度、硬度等使用性能。
[0007]随着含碳量的进一步提高一次碳化物、石墨百分比的增多，轧辊耐磨性提高的同时，轧辊强度显著下降，脆性增大，进而限制了含碳量的进一步提高，为了降低碳化物对材料脆性的影响，业内曾采用锻造半钢的制造工艺，使用性能虽得到一定程度提高，制造成本也大大增加。
[0008]同样，随着技术进步，在合金化、高合金化方面，用于棒线材轧机、四辊带钢轧机用轧辊的制备过程中，除了Cr、Ni、Mo合金比例的大幅提高(以Cr元素为例，从1.0％到2.0％、3.0％甚至到4.0％)，同时添加一定数量的V、W、Nb等合金，衍生出了高铬钢、高速钢、半高速钢轧辊，轧辊的耐磨性能得到了显著提高。
[0009]然而，对于两辊钢坯连轧机用辊及两辊板带粗轧可逆轧机用辊来说，随着合金含量的提高，在耐磨性提升的同时，对钢的淬透性、淬硬性，以及淬火脆性、开裂甚至断裂倾向显著增加，制造难度以及轧辊抗事故能力显著下降，制约了超大断面轧辊耐磨性的提升。因
此，限制了超大断面两辊轧机用轧辊Cr、Ni、Mo合金含量进一步提高。
[0010]特别对于孔型较深、轧制力较大，对抗断裂性能要求较高的开坯及型钢粗轧机轧辊，为了解决孔型内耐磨性不足及孔型形状的保持能力差问题，有些钢厂不得已采用了在合金钢材质基础上，孔型内激光熔覆工艺，从而使生产运行费用增加，轧钢生产轧辊车修过程复杂化。
[0011]如何在现用钢基轧辊材质基础上(包括合金钢、半钢、石墨钢材质)，在不破坏现用材料强韧性指标前提下，通过向轧辊中添加一种或几种微量元素(如钨、铌、钒、Ti等)从而大大提升轧辊的耐磨性能，一直是行业技术人员研究的方向。
[0012]例如Ti作为有益元素，已广泛用于航空航天、医疗、精密仪器、仪表、刀具等领域，在抗高温、耐磨、耐蚀、抗氧化等方面发挥了重要作用。然而，对于冶金轧辊领域该大型特别是超大型铸钢类(轧辊)产品上，由于溶入合金熔液中的单质Ti，在凝固过程极容易在晶界析出，造成晶界偏析，恶化钢的材料性能，在高温热处理过程中出现晶界断裂至整个大型铸件报废。也有人曾采用向钢液中利用机械混合的方式如喷吹氮化钛(TiN)粉状陶瓷颗粒的方式力求提高材料耐磨性。但由于TiN粉末比重比钢液轻，喷吹的固态陶瓷颗粒容易漂浮在钢液表面(收得率很低)；另外，由于TiN陶瓷颗粒表面活性较低，且其与钢液之间的表面张力将导致陶瓷颗粒表面与钢基金属很难形成完全冶金结合，而以杂质形式存在于轧辊材料当中，使用时极易出现脱落。
[0013]如何利用Ti合金在钢中的有利作用，消除和解决Ti合金在超大铸钢件中的不利影响，在传统钢基轧辊材质基础上，用较低的成本，通过少量的合金化，在不恶化轧辊性能为条件下，提升传统轧辊的综合机械性能，提高轧辊寿命是本专利技术所要解决的技术问题。

技术实现思路

[0014]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊的制备方法，通过该制备方法制备而成的轧辊，在不破坏原钢基基体强度性能指标的前提下，具有提升耐磨性能的作用。
[0015]一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊的制备方法，是以钢基轧辊原料配比为C1.4
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1.8％、Si0.6
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1.5％、Mn0.5
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1.2％、Cr0.8
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2.0％、Ni0.5
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1.5％、Mo0.2
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1.5％、V0.01
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0.2％、Al0.02
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0.03％为基础，其余为Fe的石墨半钢基合金材料，通过常规熔炼去除有害杂质至其含量为P≤0.03％、S≤0.025％、[O]≤0.0015％后，向合金熔液中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达Ti0.02
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0.05％、氮含量达[N]≥0.020％～0.03％；在中频炉中于1500℃～1680℃下利用电磁感应自然搅拌≥40分钟，使高温熔融状态的合金熔液中的Ti与N相互充分作用，在原位合金熔液中生成以悬浮状态的熔点为2950℃的纳米级(Φ5
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20um)TiN颗粒(即原位再生氮化钛颗粒)；然后在LF精炼钢包(或精炼炉)中向所得合金悬液中吹入纯氮气，使合金悬液中总氮含量达[N]0.03
‑
0.04％，借助于高富氮气泡的作用与合金悬液中残留的Ti，进一步生成高熔点纳米级原位再生TiN微颗粒，得原位再生氮化钛钢基轧辊的合金悬液；再通过孕育、变质处理得合金混合悬液，浇注、热处理得原位再生氮化钛钢基轧辊。
[0016]优选地，含钛合金选自氮化铬铁(如FeNCr
10
)。
[0017]优选地，含氮合金选自钛铁(如FeTi
50
)。
[0018]优选地，浇注是根据不同铸造工艺的需要，采用静态整体铸造、或静态冲洗复合铸造，将经原位再生氮化钛处理的合金混合悬液注入所需的轧辊铸型内。该铸型包括铸造下辊颈部位的底座箱、铸造辊身部位的冷型、铸造上辊颈部位的上箱、冒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊，其特征在于，是在传统钢基轧辊的冶炼过程中，通过常规熔炼粗调合金熔液后，向其中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达到0.02
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0.05％、氮含量达到0.02
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0.03％；再在1500℃～1600℃下搅拌，使Ti与N相互充分作用生成TiN颗粒；随后向所得合金悬液中吹入纯氮气，使合金悬液中总氮含量达0.03
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0.04％，此时高富氮气泡与合金悬液中残留的单质Ti，继续生成TiN颗粒；再通过孕育、变质处理，浇注、热处理得到的原位再生氮化钛钢基轧辊。2.根据权利要求1所述的原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊，其特征在于，粗调合金熔液中化学含量为C1.4
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1.8％、Si0.6
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1.5％、Mn0.5
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1.2％、Cr0.8
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2.0％、Ni0.5
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1.5％、Mo0.2
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1.5％、V0.01
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0.2％、Al0.02
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0.03％，其余为Fe的石墨半钢基合金材料，及不可避免的有害杂质。3.根据权利要求1所述的原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤a)造型：对各铸造部位分别进行造型，合箱；步骤b)冶炼：按配比将各原料加入中频炉中熔炼至金属熔融，去除炉内残渣，合金熔液在≥1500℃下粗调合金熔液的化学含量，加入含钛与含氮合金至其中Ti含量为0.02
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0.05％、[N]含量为≥0.02％，在1500℃～1600℃温度条件下，搅拌30分钟以上，使高温熔融状态的合金熔液中的Ti与N相互充分反应生成当量Φ5
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20nm的TiN颗粒；步骤c)精炼：将步骤b)所得合金悬液出钢至带底吹装置的LF精炼钢包中，通过包底吹入氮气，至合金悬液中N含量为0.03
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0.04％，在1500℃～1600℃温度条件下，高富氮气泡在与合金悬液混合搅拌上升的过程中，继续与残存在合金悬液中的单质Ti充分接触，并发生反应生成TiN颗粒，再进行孕育及变质处理，得合金混合悬液；步骤d)浇注：对步骤c)所得合金混合悬液进行浇注，合金混合悬液凝固后得钢基轧辊粗胚；步骤e)热处理：对步骤d)所得钢基轧辊胚进行扩散退火、正火+回火。4.根据权利要求3所述的原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊的制备方法，其特征在于：步骤a中的造型用铸型包括：铸造下辊颈部位的底座箱铸型、铸造辊身部位的冷型、铸造上辊颈部位的上箱部位、冒口箱部位以及浇道系统。5.根据权利要求4所述的原位再生氮化钛石墨半钢基钢坯连轧辊的制备方法，其特征在于：所述底座箱铸型是由金属型箱体内壁挂15
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25mm砂型+3
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【专利技术属性】
技术研发人员：周守行，彭辉，花志仁，郝瑞华，戴鹏宇，夏杨青，万建荣，万华文，
申请(专利权)人：三鑫重工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：