一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法

摘要

一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁。轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1～3小时后，然后以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，保温后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，保温后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温。采用本发明热处理含硼低合金高速钢轧辊，不仅能耗低、热处理周期短，而且具有良好的使用效果。

权利要求

一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤：轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁，金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚为δ，其数值按(1)式确定：                δ＝a·D                (1)式中：δ‑铸型壁厚，mm；D‑轧辊辊身直径，mm；a‑铸型系数，a＝0.25～0.45，轧辊辊身直径大于600mm时，a＝0.45，轧辊辊身直径小于400mm时，a＝0.25，400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.25＜a＜0.45；铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.2～1.8mm；喷刷涂料时，铸型温度控制在140～200℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90～130℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50～70℃；轧辊浇注完毕4～10小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口；轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1～3小时后，然后以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，进行第一次热处理保温，保温时间按(2)式确定：            t1＝200+k1·D                (2)式中：t1‑第一次热处理保温时间，min；D‑轧辊辊身直径，mm；k1‑保温系数，min/mm，其中k1＝0.3～0.5，当轧辊辊身直径大于600mm时，k1＝0.5，；轧辊辊身直径小于400mm时，k1＝0.3；400mm ≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.3＜k1＜0.5；然后空冷；再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，进行第二次热处理保温，保温时间按(3)式确定：            t2＝250+k2·D                (3)式中：t2‑第二次热处理保温时间，min；D‑轧辊辊身直径，mm；k2‑保温系数，min/mm，其中k2＝0.4～0.6，当轧辊辊身直径大于600mm时，k2＝0.6；轧辊辊身直径小于400mm时，k2＝0.4；400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.4＜k2＜0.6；然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。 

说明书

一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于轧辊制造技术领域，具体涉及一种轧辊的制备方法，特别涉及一种含 硼低合金高速钢轧辊的制备方法。

背景技术

[0002] 轧辊是轧钢生产中的主要消耗部件，提高轧辊耐磨性的研究，一直受到国内外的 关注。采用高速钢取代高铬铸铁、镍铬铸铁、铬钼铸铁和镍铬钼铸铁等材质制造轧辊，是提 高轧辊耐磨性的主要途径。日本专利公报JP6330235公开了一种离心铸造高速钢轧辊材料 的化学组成如下:C ：1. 4-2. 6%, Si :0. 2-1. 5%, Mn < 1. 5%, Cr ：3~8%, (2Mo+ff) ：6-14%, V :4-8%,Ti :0. 3-2. 5%，余量Fe。美国专利US6095957公开了一种高速钢轧辊材料，其化学 成分(重量％ )是=C :2· 4 〜2. 9, Cr ：12. 0 〜18. Ο,Μο ：3. 0 〜9. 0,V ：3. 0 〜7. 0，Nb ：0. 5 〜 4. 0，Si < 1. 0，Mn < 1. 0, W < 1. 0。中国发明专利CN1807671也公开了一种连续复合高 速钢轧辊工艺配方，外层辊身的工艺配方(重量％)是：1.5-3. 5C,2. 0-7. OCr, 2. 0-7. OMo, 4. 0-10. 0V,4. 0-10. Off,0-10. 0Co，Ni < 2. 0，其余为Fe。上述轧辊材料具有优异的耐磨性， 但含有较多的合金元素，因此生产成本高。

[0003] 研究发现，在高速钢轧辊中，加入适量硼元素，可以部分取代高速钢轧辊中钨、钼、 钒等昂贵合金元素，降低高速钢轧辊生产成本。本发明的目的是对含硼低合金高速钢轧辊 的热处理工艺进行改进，由常规的淬火加回火改为两次回火处理，本发明取消轧辊的高温 淬火，一是可以节约能源，二是可以消除轧辊高温加热时表面的氧化和脱碳，三是可消除轧 辊高温加热时辊芯强度的下降。为了取消含硼低合金高速钢轧辊的高温淬火，轧辊铸态组 织中不应出现珠光体，铸态基体组织应以奥氏体和马氏体为主。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法， 其具体步骤包括：

[0005] 轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁， 金属铸型是灰铸铁，铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1. 2〜1. 8mm ；喷刷涂 料时，铸型温度控制在140〜200°C，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90〜 130°C，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50〜70°C ；轧辊浇注完毕4〜10 小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口 ；

[0006] 轧辊经粗加工后，置于温度低于200°C的加热炉中，保温1〜3小时后，然后以 15〜25°C /小时的升温速度加热至520〜580°C，进行第一次热处理保温，然后空冷；再将 轧辊重新置于温度低于300°C的加热炉中，保温1〜2小时后，然后以28〜40°C /小时的 升温速度加热至480〜510°C，进行第二次热处理保温，然后炉冷至温度低于180°C后，空冷 至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。

[0007] 其中金属铸型的壁厚按下式确定3[0008] δ = a · D (1)

[0009] 式中：δ -铸型壁厚，mm ；D-轧辊辊身直径，mm ；a-铸型系数，a = 0. 25〜0. 45，轧 辊辊身直径大于600mm时，a = 0. 45，轧辊辊身直径小于400mm时，a = 0. 25,400mm彡轧辊 辊身直径彡600mm时，0. 25 < a < 0. 45。

[0010] 第一次热处理保温时间按下式确定：

[0011] ti = 200+ki ‘ D (2)

[0012] 式中：tf第一次热处理保温时间，min ；D-轧辊辊身直径，mm ;kr保温系数，min/ mm，其中Ic1 = 0. 3〜0. 5，当轧辊辊身直径大于600mm时，Ic1 = 0. 5，；轧辊辊身直径小于 400mm 时，Ii1 = 0. 3 ；400mm 彡轧辊辊身直径彡 600mm 时，0. 3 < Ii1 < 0. 5。

[0013] 第二次热处理保温时间按下式确定：

[0014] t2 = 250+k2 · D (3)

[0015] 式中：t2-第二次热处理保温时间，min ；D-轧辊辊身直径，mm ;k2-保温系数，min/ _，其中k2 = 0. 4〜0. 6，当轧辊辊身直径大于600mm时，k2 = 0. 6 ；轧辊辊身直径小于400mm 时，k2 = 0. 4 ；400mm彡轧辊辊身直径彡600mm时，0. 4 < k2 < 0. 6。

[0016] 本发明含硼低合金高速钢轧辊的主要成分（质量分数，％)如下：0.3-1.0C， 1. 0-2. 5Β，5· 0-7. OCr, V < 1. 5, Mo < 1. 5，Nb < 1. 0，Co < 1. 0, W < 1. 0，Si < 1. 5，Mn < 1.5，余量Fe和不可避免的微量杂质，其中，3.0 < V+Mo+Nb+Co+ff < 5.0。

[0017] 为了获得铸态组织中无珠光体的含硼低合金高速钢轧辊，加快轧辊的凝固冷却是 极其必要的，实现凝固快冷的主要措施是控制铸型厚度、浇注温度、铸型温度、涂料及涂料 厚度等。本发明结合含硼低合金高速钢的凝固过程，提出铸型采用导热性好的灰铸铁，为了 提高铸型的蓄热能力，对其铸型厚度需进行严格控制，铸型厚度过薄，蓄热少，轧辊冷却慢， 凝固组织中易出现珠光体，铸型厚度过厚，尽管蓄热能力强，有利于加快轧辊的冷却，但铸 型过大，操作不便，特别是采用离心铸造生产时，还需消耗过多的动力，按式（1)确定铸型 厚度，可确保含硼低合金高速钢轧辊凝固组织中不出现珠光体。

[0018] 铸型表面需喷刷石墨粉涂料，主要是为了保护铸型，防止轧辊与铸型粘连，延长铸 型寿命，石墨粉涂料廉价，且导热性能好。将涂料厚度控制在1. 2〜1. 8mm，喷刷涂料时，铸 型温度控制在140〜20(TC，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90〜130°C， 轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50〜70°C，对获得铸态无珠光体的低合 金高速钢轧辊是极其重要的。

[0019] 由于轧辊的铸态基体组织是以马氏体、奥氏体为主，另外还含有少量贝氏体，铸态 硬度高，超过60HRC，轧辊去掉浇冒口后，可以不经高温淬火而直接回火。直接回火时，轧 辊入炉炉温应低于20(TC，炉温过高，轧辊应力大，易开裂。铸态含硼低合金高速钢轧辊以 15〜25°C /小时的升温速度加热至520〜580°C，保温时间U1)按式（2)确定，然后空冷， 可确保轧辊中残留的奥氏体分解，有利于进一步提高轧辊硬度，改善轧辊耐磨性。

[0020] 残留奥氏体分解会引起体积膨胀，使轧辊内应力增大，因此，需将轧辊重新置于温 度低于300°C的加热炉中，保温1〜2小时后，然后以28〜40°C /小时的升温速度加热至 480〜510°C，保温时间（t2)按式（3)确定，然后炉冷至温度低于180°C后，空冷至室温，可 降低轧辊内应力，确保轧辊使用中不会开裂和剥落。

[0021] 本发明与现有技术相比具有以下优点：[0022] 1)本发明省去了高温淬火工艺，轧辊热处理能耗低、周期短，辊面不会出现氧化和 脱碳，辊芯强度与铸态相当、不会下降；

[0023] 2)本发明工艺获得的轧辊具有很好的使用效果，使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的 4〜5倍，且轧辊使用安全，使用中无断辊现象出现。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明做进一步详述：

[0025] 实施例1 ：

[0026] 本发明用于生产cp360mm轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分（质 量分数，% )如下：0. 38C，2. 46Β，5· llCr,0. 27V, 1. 28Μο，0· 51Nb，0. 27Co，0. 81W, 1. 17Si, 0. 80Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注， 金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚90mm。

[0027] 铸型表面喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1. 2mm。喷刷涂料时，铸型温度控制 在200°C，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在120°C，轧辊浇注温度控制在含 硼低合金高速钢熔点以上70°C。轧辊浇注完毕4小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊 经粗加工后，置于温度低于200°C的加热炉中，保温1小时后，然后以25°C /小时的升温速 度加热至540°C，保温308min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300°C的加热炉中， 保温1小时后，然后以40°C /小时的升温速度加热至500°C，保温394min，然后炉冷至温度 低于180°C后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至cp360.03mm,棍表面光洁度精加工至0. 50 μ m0

[0028] 实施例2 ：

[0029] 本发明用于生产(p650mm轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分（质 量分数，% )如下：0. 95C, 1. 04B，6. 90Cr,0. 85V, 1. 44Μο，0· 31Nb，0. 52Co，0. 63ff,0. 88Si,1. 30Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注， 金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚292. 5mm。

[0030] 铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1. 8mm。喷刷涂料时，铸型温度控 制在140°C，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90°C，轧辊浇注温度控制在含 硼低合金高速钢熔点以上50°C。轧辊浇注完毕10小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊 经粗加工后，置于温度低于200°C的加热炉中，保温3小时后，然后以15°C /小时的升温速 度加热至520°C，保温525min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300°C的加热炉中， 保温2小时后，然后以28°C /小时的升温速度加热至480°C，保温640min，然后炉冷至温度 低于I80°c后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至cp650.01mm,辊表面光洁度精加工至0. 47μΐΉ0

[0031] 实施例3:

[0032] 本发明用于生产(p520mm轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分（质 量分数，% )如下：0. 66C, 1. 81B，5. 68Cr, 1. 35V, 1. ΙΟΜο,Ο. 68Nb，0. 34Co，0. 60W, 1. 24Si,1. 06Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注， 金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚180mm。[0033] 铸型表面喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1. 5mm。喷刷涂料时，铸型温度控制 在170°C，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在130°C，轧辊浇注温度控制在含 硼低合金高速钢熔点以上60°C。轧辊浇注完毕6小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊 经粗加工后，置于温度低于200°C的加热炉中，保温2小时后，然后以20°C /小时的升温速 度加热至580°C，保温410min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300°C的加热炉中， 保温1小时后，然后以35°C /小时的升温速度加热至510°C，保温500min，然后炉冷至温度 低于180°C后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至(p520.06mm,棍表面光洁度精加工至 0. 48 μ m。

[0034] 上述含硼低合金高速钢轧辊硬度达到61〜63HRC，辊面硬度均勻性好，用于热轧 带钢和棒材轧机上，使用安全，无断辊和剥落现象出现，使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的 4〜5倍，而生产成本仅比高镍铬铸铁轧辊提高20〜25%。