一种低合金高速钢轧辊材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种低合金高速钢轧辊材料及制造方法，其材料的化学成分是（重量％）：Ｃ：１．２～１．８％，Ｃｒ：４．５～６．５％，Ｗ：１．０～３．０％，Ｍｏ：１．０～３．０％，Ｖ：３．０～５．０％，Ａｌ：０．６～１．２％，Ｓｉ：０．８～１．２％，Ｎ：０．０５～０．１５％，Ｂ：０．０４～０．１２％，Ｎｂ：０．０５～０．２０％，Ｔｉ：０．０６～０．１８％，Ｙ：０．０４～０．１５％，Ｍｎ＜０．５％，Ｐ＜０．０４％，Ｓ＜０．０４％，余量Ｆｅ，且实际碳含量为：０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０６０Ｃｒ＋０．２００Ｖ＋（０．０８～０．２０）。制造用电炉熔炼，轧辊采用离心复合铸造或连续复合铸造成型，轧辊经过粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度。该低合金高速钢轧辊材料含有较少的钨、钼合金元素，不含价格昂贵的钴元素，生产成本低，具有良好的红硬性、强韧性和耐磨性。本发明专利技术可提高轧机生产率，延长轧辊寿命，降低轧材成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐磨材料
，涉及一种用做轧辊的高速钢材料及其制造，特别涉及一种合金含量少的低合金高速钢轧辊材料及其制造方法。
技术介绍
随着轧钢技术的进步，包括对更高的轧制效率、更高的轧材质量和更低的轧制成本的不懈追求，使轧辊制造技术也在发生飞跃性发展。20世纪80年代末，日本首先开发了高速钢轧辊。之后不久，欧美各国钢铁企业也纷纷开发使用高速钢轧辊。目前高速钢轧辊在国外得到了广泛应用，不仅应用于冷热轧板、带轧机，而且应用于线、棒材轧机、粗轧机、钢管轧机等。近年来，国内轧钢企业也相继从国外引进高速钢轧辊，并成功应用于板带轧机上。此外，国内也有多家轧辊生产企业自行研制成功了高速钢轧辊，并应用于带钢和型材轧机上。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C1.4-2.6％，Si0.2-1.5％，Mn＜1.5％，Cr3-8％，(2Mo+W)6-14％，V4-8％，Ti0.3-2.5％，余量Fe。这种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。美国专利US6095957也公开了一种高速钢轧辊材料，其化学成分(重量％)是C2.4～2.9，Cr12.0～18.0，Mo3.0～9.0，V3.0～7.0，Nb0.5～4.0，Si＜1.0，Mn＜1.0，W＜1.0。这种轧辊材料同样含有较多的合金元素，具有较高的生产成本。中国专利技术专利CN1264749公开了一种高耐磨性铸造高速钢，其具体化学成分(重量％)如下C1.8～4.2％，W2～12％，Mo3～12％，Cr4～15％，Co0～10％，V2.5～10％，Nb0.3～2.5％，Si0.5～1.5％，Mn0.3～0.8，Al0.2～0.6％，N0.02～0.10％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe，该专利技术高碳、高钒、高铬型铸造高速钢，铸造性能良好，耐磨及红硬性好，适用于大型耐磨件、复合轧辊工作层。中国专利技术专利CN1807671公开了连续复合高速钢轧辊工艺配方，高速钢轧辊外层辊身的工艺配方(重量％)是C1.5～3.5，Cr2.0～7.0，Mo2.0～7.0，V4.0～10.0，W4.0～10.0，Co0～10.0，Ni＜2.0，其余为Fe。采用该配方可以开发W、V含量高、偏析轻、耐磨性好的复合高速钢轧辊，来满足热连轧技术的需求。而上述这些高速钢轧辊同样存在贵重合金元素加入多，生产成本高的不足。高速钢之所以在热轧辊生产中得到广泛的应用，是由于它在550℃～620℃之间具有高的红硬性，在高温磨损时，不易软化。其强化机制主要为固溶强化、析出强化、弥散强化。为了使高速钢得到较好的红硬性，通常要加入大量的W、Mo、Cr、V等合金元素，这些合金元素及碳固溶在基体中，使晶格产生畸变，对位错起到钉扎作用，即产生固溶强化。在淬火后的回火过程中，合金元素以高硬度合金碳化物的形式析出，这些析出物细小、弥散地分布在基体中，即产生析出强化和弥散强化。由于多种强化机制的同时存在，使得高速钢具有很高的强韧性，在工业生产中，尤其在制造热轧辊和高速切削工具方面，得到了广泛的应用。近年来，由于W、Mo等合金的价格涨幅很大，在一定程度上限制了高速钢轧辊的应用和发展。因此，从降低成本，节省贵重金属资源，节约能源出发，用廉价的Al、Si、N和B等元素替代部分W、Mo等合金元素，发展经济型的低合金高速钢材料，将是高速钢轧辊发展的一个新方向。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供，该轧辊材料用Al、Si、N和B等元素，替代高速钢轧辊中的部分W、Mo合金元素，达到减少高速钢轧辊中贵重合金元素W、Mo的加入量，从而实现降低轧辊生产成本的目标。本专利技术的目的可以通过以下措施得以实现一种低合金高速钢轧辊材料，其特征在于制得的该轧辊材料的化学成分及其重量百分比为C1.2％～1.8％，Cr4.5％～6.5％，W1.0％～3.0％，Mo1.0％～3.0％，V3.0％～5.0％，Al0.6％～1.2％，Si0.8％～1.2％，N0.05％～0.15％，B0.04％～0.12％，Nb0.05％～0.20％，Ti0.06％～0.18％，Y0.04％～0.15％，Mn＜0.5％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量为Fe，化学成分的总和为100％。上述低合金高速钢轧辊材料中的实际碳含量相对G.Steven公式(G.Steven，Trans A.S.M.，1964，No.11)计算的平衡碳(Cp)约高0.08～0.20。本专利技术的低合金高速钢轧辊材料用电炉熔炼，其制造工艺步骤是①将普通废钢、生铁、铬铁、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和钒铁，出炉前依次加入金属铝、含氮铬铁、铌铁和钛铁；②炉前调整成分合格后将温度升至1580℃～1620℃，而后出炉；③将钇基稀土和硼铁破碎至粒度小于16mm的小块，经200℃以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④采用以下两种方法的任意一种制备高速钢轧辊第一种方法用离心复合铸造方法制造高速钢轧辊，辊芯选用球墨铸铁或高强度铸铁，钢水浇注温度1440℃～1470℃；第二种方法用连续复合铸造方法制造高速钢轧辊，辊芯选用低合金铸钢或锻造碳钢，钢水浇注温度1420℃～1450℃。⑤上述任一方法制作的高速钢轧辊，经过粗加工后进行淬火和回火处理，其中淬火加热温度1060～1150℃，保温时间4～10小时，随后喷水雾冷却至辊面温度低于400℃进行回火处理。回火加热温度530～570℃，保温时间6～15小时，然后空气冷却至室温。相同工艺下回火两次，最后精加工至规定尺寸和精度即成。本专利技术与现有技术相比，具有以下显著的优点①本专利技术的低合金高速钢轧辊材料含有较少的钨、钼合金元素，也不添加价格昂贵的钴元素，与常用高速钢相比，生产成本降低30％以上。②本专利技术低合金高速钢含有铝、硅、氮和硼等廉价合金元素，具有良好的红硬性，600℃的红硬性大于58HRC。③本专利技术低合金高速钢轧辊材料经铌、钛和钇稀土变质处理后，碳化物和基体组织明显细化，因此材料具有良好的强韧性和耐磨性，其中室温硬度大于64HRC，抗弯强度大于3500MPa，冲击韧性大于25J/cm2。④本专利技术的低合金高速钢轧辊材料的使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高6～8倍，比高铬白口铸铁轧辊提高3～5倍。具体实施例方式下面结合本专利技术的低合金高速钢轧辊材料其化学成分制定依据和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步详述。合金材质的性能是由金相组织决定的，而金相组织取决于化学成分及热处理工艺，本专利技术的化学成分是这样确定的碳碳在高速钢中，一方面要保证与碳化物形成元素钨、钼、铬、钒等形成足够数量的碳化物，又要有一定的碳量溶入高温奥氏体中，使高速钢淬火后获得过饱和的马氏体，以此保证轧辊工作层具有高的硬度和耐磨性，以及良好的高温硬度。因此，碳含量必须与钢中的其他合金元素相匹配，含碳量过高或过低都将对其性能有不利影响。若含碳量过低，则不能保证形成足够数量的合金碳化物；同时，在高温奥氏体和随后的马氏体中的含量亦将减少，以致降低轧辊的硬度和耐磨性。与之相反，若含碳量过高，则碳化物数量增加，同时基体组织中碳化物分布的不均匀性也增大，导致轧辊的塑性降低、脆性增加，在轧钢过程中轧辊表面极易发生脆性剥落。为了保证低合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低合金高速钢轧辊材料，其特征在于制得的该轧辊材料的化学成分及其重量百分比为：Ｃ：１．２％～１．８％，Ｃｒ：４．５％～６．５％，Ｗ：１．０％～３．０％，Ｍｏ：１．０％～３．０％，Ｖ：３．０％～５．０％，Ａｌ：０．６％～１．２％，Ｓｉ：０．８％～１．２％，Ｎ：０．０５％～０．１５％，Ｂ：０．０４％～０．１２％，Ｎｂ：０．０５％～０．２０％，Ｔｉ：０．０６％～０．１８％，Ｙ：０．０４％～０．１５％，Ｍｎ＜０．５％，Ｐ＜０．０４％，Ｓ＜０．０４％，余量为Ｆｅ，化学成分的总和为１００％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志强，符寒光，冯锡兰，宗学文，施进发，李明伟，张轶，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]