用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》是中鋼集團邢台機械軋輥有限公司於2014年10月16日申請的發明專利，該專利的申請號為2014105461748，公布號為CN104353798A，授權公布日為2015年2月18日，發明人是劉娣、楊昱東、朱志磊、王延青、高夢潔。

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其餘為Fe和不可避免雜質。其製造方法包括熔煉、孕育及球化處理、澆注、熱處理步驟，該發明通過設計合理的合金成分和生產工藝，得到了特殊的石墨與金相組織。熱連軋精軋後段高碳高速鋼軋輥能夠有效控制了軋輥下機後表面質量，同時提高了軋輥的耐磨性以及抗熱裂性。

2019年9月29日，《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》獲2018年河北省專利獎三等獎。

（概述圖為《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》摘要附圖）

基本介紹

中文名：用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法
公布號：CN104353798A
公布日：2015年2月18日
申請號：2014105461748
申請日：2014年10月16日
申請人：中鋼集團邢台機械軋輥有限公司
地址：河北省邢台市橋西區新興西大街1號
發明人：劉娣、楊昱東、朱志磊、王延青、高夢潔
Int.Cl.：B22D13/02(2006.01)I、B22D19/16(2006.01)I、C22C37/10(2006.01)I、C21D5/00(2006.01)I
代理機構：石家莊眾志華清智慧財產權事務所（特殊普通合夥）
代理人：張明月
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

ICDP軋輥二十世紀三十年代問世，主要用於帶鋼熱連軋工作輥，由於含有較多的合金元素，一般不採用整體鑄造方式生產。受裝備限制，早期的ICDP軋輥採用反射爐熔煉、全沖洗複合方式生產，直至臥式離心機的研製成功及投入使用，同時套用工頻感應爐熔煉設備，離心複合ICDP軋輥質量有了質的提高。基於普通型ICDP軋輥基礎上研發的改進型ICDP軋輥，通過添加特殊碳化物形成元素，增加組織中高顯微硬度耐磨質點，使得軋輥耐磨性提高、輥型保持能力增強，綜合使用效果提高10％以上。

隨著鋼鐵工業的發展，對板材表面質量、尺寸精度、板面平整度要求越來越高。鋼鐵企業為進一步提高板材質量等級、持續降低生產成本，對精軋後段產品耐磨性、表面粗糙度保持能力併兼備良好的抗事故能力等方面提出更高需求，改進型ICDP軋輥受材質及工藝方法的限制難以進一步滿足要求。

發明內容

專利目的

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》需要解決的技術問題是提供一種用於熱連軋精軋後段工作輥的高碳高速鋼軋輥，使軋輥的耐磨性能和抗熱裂性能提高。

技術方案

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》包括採用離心鑄造方法製造而成的由輥身工作層和軋輥芯部構成的輥身及輥頸，所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其餘為Fe和不可避免雜質；輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。

該發明進一步改進在於包括以下工藝過程：

a）冶煉：按照輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量，將生鐵、廢鋼、合金放入感應爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450℃～1550℃，出爐前加入矽鐵孕育劑，添加量為0.6～1.0%；軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450℃～1530℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為矽鐵，添加量為0.2%～1.0%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%～1.5%；

b）離心鑄造：首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300℃～1400℃，澆注時離心機轉速為600～700轉/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成後，將離心機轉速調整為450～550轉/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900℃～1100℃；

c）合箱澆注芯部及輥頸：將澆注好輥身工作層的砂箱與用於澆注輥頸的砂箱進行合併，將處理好的鐵水澆注到合併後的砂箱內，澆注溫度為1300℃～1380℃；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷120小時～170小時後，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理採用採用兩段或三段式回火工藝，回火溫度450℃～550℃，回火時間總計150小時～260小時。

有益效果

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》通過設計合理的合金成分和生產工藝，使軋輥中的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V等合金元素能夠發揮更好的協同作用，有效改善了工作輥的機械性能，並且具有良好的抗事故性和耐磨性，能夠大幅提升軋機的工作效率。

該發明採用複合離心鑄造的方式生產，在保證工作層高硬度高耐磨性的同時，保證了軋輥芯部的韌性，提高了軋輥的表面質量和使用壽命。

該發明中軋輥的工作層和芯部採用不同的材質和不同的冶煉工藝，然後通過離心鑄造的方法將工作層和芯部複合到一起，既滿足了軋輥工作層高硬度、高耐磨性的需求，又保證了芯部和輥頸處具有較好的韌性。

該發明中軋輥工作層澆注時，離心機的轉速控制在600～700轉/分鐘，可以使軋輥工作層在澆注過程中具有較高的緻密度，當輥身工作層的鋼水澆注完成後，將離心機的轉速調整到450～550轉/分鐘，降低了離心機轉速，可以使鋼水冷的收縮過程順利進行，有效減少比重偏析。

該發明中鑄件在砂箱中的緩冷時間為120小時～170小時，保證了鑄件的均勻冷卻，避免了開裂。

該發明中軋輥的特殊熱處理工藝進一步改善了軋輥石墨、組織及碳化物形態，工作層內石墨、碳化物分布更加均勻一致，保證了軋輥在使用後期仍有穩定的軋制表現。

該發明中的軋輥可直接替代傳統ICDP軋輥上機使用，且不需要對軋機進行任何調整，實際軋制效果表明，高碳高速鋼軋輥毫米軋制量可達到傳統ICDP的2倍以上，軋輥下機後表面質量好，徹底解決了ICDP軋輥常見的下機後表面粗化、色差、波紋等現象。

該發明中的軋輥在延長換輥周期、減少在機磨損、降低磨削量、提高板材等級等方面有突出貢獻。

附圖說明

圖1和圖2是《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》的輥身工作層的金相組織圖。

權利要求

1.《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》包括採用離心鑄造方法製造而成的由輥身工作層和軋輥芯部構成的輥身及輥頸，其特徵在於：所述輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量為：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其餘為Fe和不可避免雜質；輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。

2.根據權利要求1所述的用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法，其特徵在於包括以下工藝過程：

a）冶煉：按照輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量，將生鐵、廢鋼、合金放入感應爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450℃～1550℃，出爐前加入矽鐵孕育劑，添加量為0.6～1.0%；軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450℃～1530℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為矽鐵，添加量為0.2%～1.0%球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%～1.5%；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷120小時～170小時後，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理採用採用兩段或三段式回火工藝，回火溫度450℃～550℃，回火時間總計150小時～260小時。

實施方式

《用於熱連軋精軋後段的高速鋼工作輥的製造方法》工作輥包括輥身和輥頸，輥身的工作層採用離心鑄造方法製造而成，輥身的工作層澆注完成後，合箱澆注芯部及輥頸。在鑄造該工作輥的過程中，輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量按照下列組分配製原料：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo+V+W+Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其餘為Fe和不可避免雜質。經鑄造、熱處理後輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物；其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。

具體製造時的鑄造及熱處理過程如下（沒有特殊說明時，所有物質的添加量均為重量百分比）。

實施例1

a）冶煉：以生鐵、廢鋼配以適當的合金為原料，按照設定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C2.75%，Si1.7%，Mn0.85%，Cr3.0%，Ni3.50%，Mo+V+W+Nb6.0%，S≤0.05%，P≤0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應爐中進行冶煉，冶煉溫度為1470℃，出爐前加入矽鐵孕育劑，添加量為鋼液重量的1.0%；

軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1520℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為矽鐵，添加量為鋼液重量的0.6%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%；

b）離心鑄造：首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1400℃，澆注時離心機轉速為700轉/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成後，將離心機轉速調整為520轉/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到980℃；

c）合箱澆注芯部及輥頸：將澆注好輥身工作層的砂箱與用於澆注輥頸的砂箱進行合併，將處理好的鐵水澆注到合併後的砂箱內，澆注溫度為1380℃；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷152小時後，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理採用採用兩段式回火工藝，回火溫度480℃（回火溫度可以在450℃～500℃之間波動），回火時間總計180小時。

軋輥經上述配料、鑄造、熱處理後，經化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設定要求。經金相組織分析（金相組織照片如圖1和圖2所示）得知：工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占0.97%，碳化物的含量分別為33.31%。

碳化物以M₃C型共晶碳化物（萊氏體型）為主，中間分布了一定量的MC、M₂C、M₆C型碳化物，較改進型高鎳鉻更加細小，在200倍照片下幾乎不可見。由於MC、M₂C、M₆C型碳化物顯微硬度極高，作為耐磨質點，能夠有效降低軋輥在機磨損量，顯著降低輥耗。

實施例2

a）冶煉：以生鐵、廢鋼配以適當的合金為原料，按照設定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C2.15%，Si0.5%，Mn1.2%，Cr4.5%，Ni2.00%，Mo+V+W+Nb2.00%，S≤0.05%，P≤0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應爐中進行冶煉，冶煉溫度為1450℃，出爐前加入矽鐵孕育劑，添加量為鋼液重量的0.8%；

軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1500℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為矽鐵，添加量為鋼液重量的0.5%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為1.0%；

b）離心鑄造：首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1350℃，澆注時離心機轉速為650轉/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成後，將離心機轉速調整為500轉/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到1000℃；

c）合箱澆注芯部及輥頸：將澆注好輥身工作層的砂箱與用於澆注輥頸的砂箱進行合併，將處理好的鐵水澆注到合併後的砂箱內，澆注溫度為1350℃；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷140小時後，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理採用採用三段式回火工藝，回火溫度500℃，回火時間總計200小時。

軋輥經上述配料、鑄造、熱處理後，經化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設定要求。經金相組織分析（金相組織照片如圖1和圖2所示）得知：工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占1.06%，碳化物的含量分別為33.41%。

實施例3

a）冶煉：以生鐵、廢鋼配以適當的合金為原料，按照設定的輥身工作層的化學成分及各成分的重量百分含量中間值配備原料，即C3.50%，Si2.00%，Mn0.50%，Cr1.50%，Ni5.0%，Mo+V+W+Nb10.0%，S≤0.05%，P≤0.10%準備原料。冶煉時將生鐵、廢鋼、合金放入感應爐中進行冶煉，冶煉溫度為1550℃，出爐前加入矽鐵孕育劑，添加量為鋼液重量的0.6%；

軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為矽鐵，添加量為鋼液重量的1.0%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為1.5%；

b）離心鑄造：首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300℃，澆注時離心機轉速為600轉/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成後，將離心機轉速調整為420轉/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900℃；

c）合箱澆注芯部及輥頸：將澆注好輥身工作層的砂箱與用於澆注輥頸的砂箱進行合併，將處理好的鐵水澆注到合併後的砂箱內，澆注溫度為1300℃；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷120小時後，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理採用採用三段式回火工藝，回火溫度520℃（回火溫度可以在500℃～550℃之間波動），回火時間總計230小時。

軋輥經上述配料、鑄造、熱處理後，經化學成分分析得知軋輥工作層中的化學成分符合上述設定要求。經金相組織分析（金相組織照片如圖1和圖2所示）得知：工作層鋼材的基體以貝氏體為主，貝氏體基體上分布著團狀石墨或者團蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物。其中團狀石墨或者團蟲狀石墨的含量占1.97%，碳化物的含量分別為24.53%。

榮譽表彰