一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法
阅读：1023发布：2020-07-15
专利汇可以提供一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种含 硼 高速 钢 轧辊 材料的复合处理方法，属于耐磨材料技术领域。处理步骤如下：首先在电炉内熔炼 高速钢 轧辊材料， 钢 水 经脱 氧 、 脱硫 后，将 温度 升至1630～1650℃后出炉，然后将加热至1000～1100℃，并 破碎 至2～6mm的硼 铁 颗粒随流冲入钢包。钢包底部预先加入了含稀土、 钾 、镁、锶、 钙 等多种微量元素的复合变质剂，钢水出炉3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩 净化 处理，吹氩时间6～10分钟，钢水温度达到1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。轧辊具有夹杂物少、 力 学性能高和使用寿命长等特点，推广应用具有很好的经济效益。，下面是一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法专利的具体信息内容。
1.一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，当钢水成分调整合格后，先加入占钢水总质量
0.15～0.25％的硅钙合金预脱氧、脱硫，然后加入0.08～0.15％的铝终脱氧，最后将钢水温度升至1630～1650℃后出炉；
2)钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包。冲入钢包中的硼铁颗粒加入量占钢水总质量的3.0～3.5％，硼铁颗粒的尺寸为2～6mm，硼铁颗粒加入钢包前，须先加热至
1000～1100℃并保温1～2小时，硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃；
3)将经过200～250℃烘烤的复合变质剂放入钢包底部，并用经过650～800℃烘烤的铸铁屑覆盖，复合变质剂颗粒的尺寸为3～8mm，其加入量占钢水总质量的3.0～3.5％，铸铁屑的加入量占钢水总质量的1.0～1.5％，随后用冲入法对钢水进入复合变质处理；
4)钢水出炉3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，氩气流量15～20L/min，氩气压力5～20MPa，吹氩时间6～10分钟，吹氩后钢水的静置时间3～12min，钢水温度达到1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的硅钙合金组成的质量分数(％)为：
55～65Si，Ca≥31，Al≤2.4，C≤0.8，P≤0.04，S≤0.06，余量Fe。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述硼铁颗粒组成的质量分数(％)为：19～
21B，C≤0.5，Si≤4.0，余量Fe。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述复合变质剂组成的质量分数(％)为：
30～40％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～
3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、10～15％钛铁、8～12％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、15～20％含锶硅铁(具体质量百分数为：1.2～3.0％S r，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、6～12％电石(CaC2)、10～15％KMn04。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，所述稀土镁硅铁合金组成质量分数为：8.0～
10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe。
6.按照权利要求4的方法，其特征在于，所述氮化铬铁组成质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe。
7.按照权利要求4的方法，其特征在于，所述含锶硅铁组成质量百分数为：1.2～
3.0％S r，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe。
一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法
技术领域
背景技术
[0002] 在钢铁生产工艺链中，无论是生产板带材，还是轧制型管材和棒线材，轧辊是唯一不可缺少的工具。近年来，日益激烈的热轧板带材和棒线材市场全球化竞争给国内轧辊制造厂家带来了严峻的挑战，开发高性能轧辊日益得到重视。其中用廉价的硼元素取代部分钒、钼、钨、铌、钴等昂贵合金元素，开发而成的含硼高速钢轧辊材料，具有硬度高和耐磨性好等特点，其推广和应用已受到轧辊制造和使用部门的关注。
[0003] 中国发明专利CN101445892公开了一种高硼高速钢轧辊材料，该发明轧辊材料的化学组成成分是(重量％)：0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4Al、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02 ～
0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn＜0.5、P＜0.04、S＜0.04，余量为Fe，化学成分的总和为100％，其中3.5％＜W+2Mo＜52％。中国发明专利CN101623751也公开了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。中国发明专利CN101831590A也公开了一种高硼低合金高速钢轧辊及其制造方法，该轧辊由辊身(1)和辊芯(2)两部分组成，轧辊辊身化学组成成分是(质量分数，％)：C：0.32～0.55％、B：1.42～2.13％、Cr：52～6.5％、W：2.5～4.5％、V：1.6～1.8％、Nb：0.5～1.0％、Si：0.3～1.0％、Mn：
0.3～1.0％、Ti：0.10～0.20％、N：0.05～0.12％、Y：0.04～0.12％、Mg：0.08～0.15％、P＜0.04％、S＜0.04％，余量为Fe。中国发明专利CN101805869A还公开了一种含硼高铬高速钢轧辊材料及其热处理方法，其化学成分(质量分数，％)是：2.6-3.0C，2.0-2.8Mo，
1.0-1.5W，0.6-1.0Nb，1.0-1.5V，24-28Cr，0.5-0.8B，0.7-1.2Ni，0.5-1.0Si，0.5-1.2Mn，
0.008-0.015Ca，0.06-0.08Zn，0.02-0.05Ta，0.03-0.06RE，0.04-0.10K，其余为Fe和不可避免的微量杂质，该轧辊材料经熔炼、炉外变质、浇注和热处理后，精加工成轧辊。中国发明专利CN101797630A还公开了一种改进型高速钢轧辊及其制备方法，采用离心复合铸造方法成形，轧辊外层是高速钢，轧辊内层是球铁或高强度铸铁。轧辊外层在离心铸造机上成形，然后将辊芯铁水在静态下填芯，浇注成高速钢复合轧辊。高速钢轧辊外层的原料组成是(质量分数)：60-65％的M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)废钢，1.0-1.4％的金属铝，5.0-5.5％的硼铁，9.2-9.4％的碳素铬铁，0.2-0.4％的钛铁，1.0-1.2％的镍镁合金，18-23％的Q235废钢。但是，硼加入高速钢轧辊中易形成脆性的碳硼化合物，降低轧辊强度和韧性，轧辊使用中易发生剥落和开裂事故，影响轧辊的安全使用。
0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn＜0.5、P＜0.04、S＜0.04，余量为Fe，化学成分的总和为100％，其中3.5％＜W+2Mo＜52％。中国发明专利CN101623751也公开了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。中国发明专利CN101831590A也公开了一种高硼低合金高速钢轧辊及其制造方法，该轧辊由辊身(1)和辊芯(2)两部分组成，轧辊辊身化学组成成分是(质量分数，％)：C：0.32～0.55％、B：1.42～2.13％、Cr：52～6.5％、W：2.5～4.5％、V：1.6～1.8％、Nb：0.5～1.0％、Si：0.3～1.0％、Mn：
0.3～1.0％、Ti：0.10～0.20％、N：0.05～0.12％、Y：0.04～0.12％、Mg：0.08～0.15％、P＜0.04％、S＜0.04％，余量为Fe。中国发明专利CN101805869A还公开了一种含硼高铬高速钢轧辊材料及其热处理方法，其化学成分(质量分数，％)是：2.6-3.0C，2.0-2.8Mo，
1.0-1.5W，0.6-1.0Nb，1.0-1.5V，24-28Cr，0.5-0.8B，0.7-1.2Ni，0.5-1.0Si，0.5-1.2Mn，
0.008-0.015Ca，0.06-0.08Zn，0.02-0.05Ta，0.03-0.06RE，0.04-0.10K，其余为Fe和不可避免的微量杂质，该轧辊材料经熔炼、炉外变质、浇注和热处理后，精加工成轧辊。中国发明专利CN101797630A还公开了一种改进型高速钢轧辊及其制备方法，采用离心复合铸造方法成形，轧辊外层是高速钢，轧辊内层是球铁或高强度铸铁。轧辊外层在离心铸造机上成形，然后将辊芯铁水在静态下填芯，浇注成高速钢复合轧辊。高速钢轧辊外层的原料组成是(质量分数)：60-65％的M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)废钢，1.0-1.4％的金属铝，5.0-5.5％的硼铁，9.2-9.4％的碳素铬铁，0.2-0.4％的钛铁，1.0-1.2％的镍镁合金，18-23％的Q235废钢。但是，硼加入高速钢轧辊中易形成脆性的碳硼化合物，降低轧辊强度和韧性，轧辊使用中易发生剥落和开裂事故，影响轧辊的安全使用。
[0004] 为了改善铸造合金的组织和性能，常加入各种变质剂。中国发明专利CN1428443公开了用于锌及锌合金熔体处理工艺的锌变质剂，它的一种重量百分比原料组分是：Al20-40％，Ti2-5％，B0.5-1.5％，Xt0.5-1％，Zn55-75％；而其另一种重量百分比原料组分是：Ti2-4％，B0.5-1.5％，Xt0.5-1.5％，Zn94-97％；其中，Xt为铈系混合稀土。应用该发明的锌变质剂，能使锌及锌合金实现同时均匀结晶而形成等轴细晶粒组织，从而使产品使用性能指标得到显著提高。中国发明专利CN1046192也公开了一种氯化稀土变质剂，由氯化稀土、冰晶石和氯化钾等成分组成。该变质剂用于处理含硅量大于6％的铝硅合金，可以很好的解决稀土在合金中偏聚和富集的问题避免造成铸件热裂的不良现象，从而保证了变质效果和铸件的产品质量。中国发明专利CN87101615还公开了一种含稀土、硅、钙、锰、碳、硫等元素的新型变质剂，它由稀土硅铁、硅钙合金、锰铁和铸造焦机械混合组成，它能有效地提高形核率，改善石墨形态，消除碳化物，是生产薄壁铸件的良好变质剂。中国发明专利CN1316528还公开了钢铁用多元叠加效应变质剂，它是一种含有Re、Mg、Ca、Ti、Al、B等合金元素的强效复合变质剂，主要用于钢的变质处理，细化钢的晶粒组织，改变夹杂物形态，去气净化，提高钢的强韧性和耐磨性。这种变质剂的特征在于是由经过破碎的、颗粒≤2-5mm的含有Re-Mg-Ca-Ti-Al-B等多种合金元素的铁合金组成的，将其放入钢包底部，用冲入法利用钢熔体自身的热量将其熔化，起到净化钢液、细化晶粒组织、改善铸钢综合力学性能的作用。中国发明专利CN101250604还公开了一种冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂及其制造方法，它应用于铸造铸铁营养煎盘时对铸铁液进行变质处理。该发明的变质剂包括对人体具有较大营养作用的元素Ca、Zn、Mg、Cu、Sr、B、Si。其中各化学成分的重量百分含量为：Ca 2～5％，Zn 2～5％，Mg 1～4％，Cu 2～10％，Sr 0.1～0.8％，B 0.1～0.5％，Si 37～50％，余量为Fe。利用该发明的变质剂生产的铁锅或者煎盘等炊事用具，不但能提高炊具的强度等机械性能、增强铸铁的珠光体化能力和保证足够的墨化能力，而且还使炊具具有营养保健功能，并且变质剂的脆性较大，容易破碎成生产所需要的粒度，使用方便。中国发明专利CN101220419还公开了一种能够明显提高铝铜合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，涉及铝合金材料中应用的一种添加剂，其特征为：组分按重量百分比计算，稀土为20～80％，其中，Ce为稀土重量的62-80％、La为稀土重量的5-20％、Y为稀土重量的3-10％、Pr+Nb+Eu+Gd+Tb+Ho+Er+Tm+Lu为稀土重量的10-20％；Cd为0～
8％、Zr为0-6％、B为0～7％、V为0～7％，余量为铝。所述变质剂为块状灰白色合金，熔点范围700-1200℃，复合稀土变质剂加入量范围为0.1-1.0％。该发明能够明显提高铝铜锰钛合金热疲劳性能。中国发明专利CN101768680A还公开了一种适用于引线框架用铜合金的复合变质剂，属铜加工技术领域，该复合变质剂包含有稀土镧(La)、铈(Ce)、钇(Y)、钪(Sc)中的一种或两种以上、铬(Cr)和镁(Mg)，也可加入锆(Zr)和钛(Ti)中的一种或两种，所有成分必须预先制作成铜中间合金。其各组分的加入量，按合金熔体重量百分比计分别为：稀土(RE)0.005-0.02％，铬(Cr)0.001-0.01％，镁(Mg)0.001-0.01％，锆(Zr)和钛(Ti)总量不超过合金熔体重量的0.005％。该发明用于引线框架用铜合金的熔炼过程，可净化熔体，细化晶粒，改善铸坯质量，提高加工性能，改善最终产品的强度和导电率。中国发明专利CN101716658A还公开了过共晶变质剂，属于铸造用熔剂。该发明的特征是由赤磷粉P25-35％；硫磺粉S10-20％；氯化钾粉KCl10-20％；氟化钙粉CaF25-15％；硫酸钠(元明粉)Na2SO45-15％；其余加入氯化钠粉NaCl至100％组成过共晶变质剂。经试用显示了反应平稳，操作安全，不污染环境；初晶硅细化达到30微米以下，变质细化后的铝硅合金浇铸件切削加工性能好；铝硅合金成品的耐高温、耐磨性高，线膨胀系数小，因而尺寸稳定性好。中国发明专利CN101716672A还公开了锶钠双重变质剂，属于铸造用熔剂。该发明的特征是其由碳酸锶SrCO315-25％；氟硅酸钠Na2SiF610-20％；氯化钠NaCl10-20％；氯化钾KCl5-15％；氟化钙CaF25-15％；碳酸钠(纯碱)Na2CO35-15％；硫酸钠(元明粉)Na2SO45-15％；
其余加入白云石粉(CaCO3∶MgCO3＝4∶6)至100％组成锶钠双重变质剂。试用中显示了如下效果：变质作用起效快、作用持续时间长达6小时以上，提高了熔体的流动性能，使浇铸件更为均匀；也使可浇铸时间大幅度延长，可以适应浇铸大型铸件的需要。中国发明专利CN101705427A还公开了一种能使FCB合金显微组织发生改变的变质剂，该发明包括下列物料，按重量百分比计：氮化铬铁60-70％、钛铁10-30％、稀土金属丝5-10％；制备方法如下：将氮化铬铁、钛铁破碎，粒度≤15mm，稀土金属丝切割，长度≤15mm，再将上述物料混合，在200℃-300℃温度下充分烘干即可。该发明使FCB合金组织细化，M2B共晶硼化物呈断网状，以短杆状、团球状或颗粒状分布，从而使FCB合金的冲击韧性显著提高。中国发明专利CN101792846A还公开了一种含稀土钢铁变质剂，其组份(重量％)为：RE5-35％、Mg2-6％、Ti2-12％、B0-5％、Ca0.5-5％、Ba0-5％、Si0-30％、其余为Fe及少量杂质元素。其制备方法是：将钛铁、硼铁、硅钙、硅钡中的一种或多种与稀土中间合金为原料在回转混料机中破碎；再将铁粉、镁粒一起放入充分混匀；将料加热至150-300℃；之后将料送入压力压片机料斗里，通过溜槽加入到金属模具型腔内；调节压力为15-40kN，保持载荷为1-5s；
卸载，出模，即得成品。该发明的含稀土钢铁变质剂的制备方法，采用压力压片生产钢铁变质剂的生产工艺，设备简单安全，所生产的钢铁变质剂化学成分稳定、成本低。中国发明专利CN1718822公开了一种钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，变质剂的化学成分(重量％)为：RE 5-60％，Si 5-50％，Ti 2-15％，B 0-10％，Mg 0-10％，Al 0-20％，Nb 0-15％，V
0-15％，Ca 0.5-15％，Ba 0-15％，Y为RE重量的40-99.9％、La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu为RE重量的0-60％，余量为铁。该变质剂能有效地细化晶粒、强化基体、改善碳化物形态和分布，可减少或取代抗磨合金中钼、镍、铜的使用，降低生产成本，可明显提高材料的冲击韧性、强度和耐磨性，从而延长耐磨合金的服役寿命，全面提高材料使用性能，降低生产成本。中国发明专利CN101289723还公开了一种用于奥锰钢的新型复合变质剂，包括稀土合金、钛铁、硅钙和铝，用量分别为含Re占钢液重量0.20％～0.25％的稀土合金、钛占钢液重量0.02％～0.03％的钛铁、占钢液重量0.20％～0.25％的硅钙和占钢液重量0.15％～0.20％的铝；炉内处理是在调整钢液成份的合金化阶段加入，加入时间是在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，向熔池中加入1/3的稀土合金，出钢前加入铝；炉外处理是在钢包中加入硅钙、2/3的稀土合金和钛铁。采用Re-Ca-Ti-Al多元素复合变质剂，钢液变质过程的有效时间延长，变质效果好。
8％、Zr为0-6％、B为0～7％、V为0～7％，余量为铝。所述变质剂为块状灰白色合金，熔点范围700-1200℃，复合稀土变质剂加入量范围为0.1-1.0％。该发明能够明显提高铝铜锰钛合金热疲劳性能。中国发明专利CN101768680A还公开了一种适用于引线框架用铜合金的复合变质剂，属铜加工技术领域，该复合变质剂包含有稀土镧(La)、铈(Ce)、钇(Y)、钪(Sc)中的一种或两种以上、铬(Cr)和镁(Mg)，也可加入锆(Zr)和钛(Ti)中的一种或两种，所有成分必须预先制作成铜中间合金。其各组分的加入量，按合金熔体重量百分比计分别为：稀土(RE)0.005-0.02％，铬(Cr)0.001-0.01％，镁(Mg)0.001-0.01％，锆(Zr)和钛(Ti)总量不超过合金熔体重量的0.005％。该发明用于引线框架用铜合金的熔炼过程，可净化熔体，细化晶粒，改善铸坯质量，提高加工性能，改善最终产品的强度和导电率。中国发明专利CN101716658A还公开了过共晶变质剂，属于铸造用熔剂。该发明的特征是由赤磷粉P25-35％；硫磺粉S10-20％；氯化钾粉KCl10-20％；氟化钙粉CaF25-15％；硫酸钠(元明粉)Na2SO45-15％；其余加入氯化钠粉NaCl至100％组成过共晶变质剂。经试用显示了反应平稳，操作安全，不污染环境；初晶硅细化达到30微米以下，变质细化后的铝硅合金浇铸件切削加工性能好；铝硅合金成品的耐高温、耐磨性高，线膨胀系数小，因而尺寸稳定性好。中国发明专利CN101716672A还公开了锶钠双重变质剂，属于铸造用熔剂。该发明的特征是其由碳酸锶SrCO315-25％；氟硅酸钠Na2SiF610-20％；氯化钠NaCl10-20％；氯化钾KCl5-15％；氟化钙CaF25-15％；碳酸钠(纯碱)Na2CO35-15％；硫酸钠(元明粉)Na2SO45-15％；
其余加入白云石粉(CaCO3∶MgCO3＝4∶6)至100％组成锶钠双重变质剂。试用中显示了如下效果：变质作用起效快、作用持续时间长达6小时以上，提高了熔体的流动性能，使浇铸件更为均匀；也使可浇铸时间大幅度延长，可以适应浇铸大型铸件的需要。中国发明专利CN101705427A还公开了一种能使FCB合金显微组织发生改变的变质剂，该发明包括下列物料，按重量百分比计：氮化铬铁60-70％、钛铁10-30％、稀土金属丝5-10％；制备方法如下：将氮化铬铁、钛铁破碎，粒度≤15mm，稀土金属丝切割，长度≤15mm，再将上述物料混合，在200℃-300℃温度下充分烘干即可。该发明使FCB合金组织细化，M2B共晶硼化物呈断网状，以短杆状、团球状或颗粒状分布，从而使FCB合金的冲击韧性显著提高。中国发明专利CN101792846A还公开了一种含稀土钢铁变质剂，其组份(重量％)为：RE5-35％、Mg2-6％、Ti2-12％、B0-5％、Ca0.5-5％、Ba0-5％、Si0-30％、其余为Fe及少量杂质元素。其制备方法是：将钛铁、硼铁、硅钙、硅钡中的一种或多种与稀土中间合金为原料在回转混料机中破碎；再将铁粉、镁粒一起放入充分混匀；将料加热至150-300℃；之后将料送入压力压片机料斗里，通过溜槽加入到金属模具型腔内；调节压力为15-40kN，保持载荷为1-5s；
卸载，出模，即得成品。该发明的含稀土钢铁变质剂的制备方法，采用压力压片生产钢铁变质剂的生产工艺，设备简单安全，所生产的钢铁变质剂化学成分稳定、成本低。中国发明专利CN1718822公开了一种钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，变质剂的化学成分(重量％)为：RE 5-60％，Si 5-50％，Ti 2-15％，B 0-10％，Mg 0-10％，Al 0-20％，Nb 0-15％，V
0-15％，Ca 0.5-15％，Ba 0-15％，Y为RE重量的40-99.9％、La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu为RE重量的0-60％，余量为铁。该变质剂能有效地细化晶粒、强化基体、改善碳化物形态和分布，可减少或取代抗磨合金中钼、镍、铜的使用，降低生产成本，可明显提高材料的冲击韧性、强度和耐磨性，从而延长耐磨合金的服役寿命，全面提高材料使用性能，降低生产成本。中国发明专利CN101289723还公开了一种用于奥锰钢的新型复合变质剂，包括稀土合金、钛铁、硅钙和铝，用量分别为含Re占钢液重量0.20％～0.25％的稀土合金、钛占钢液重量0.02％～0.03％的钛铁、占钢液重量0.20％～0.25％的硅钙和占钢液重量0.15％～0.20％的铝；炉内处理是在调整钢液成份的合金化阶段加入，加入时间是在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，向熔池中加入1/3的稀土合金，出钢前加入铝；炉外处理是在钢包中加入硅钙、2/3的稀土合金和钛铁。采用Re-Ca-Ti-Al多元素复合变质剂，钢液变质过程的有效时间延长，变质效果好。
[0005] 但是，高速钢轧辊中加入硼元素后，易出现脆性的碳硼化合物，且采用常用方法处理含硼高速钢轧辊材料，碳硼化合物的形态和分布变化不明显。碳硼化合物的出现，尽管可以提高轧辊材料的硬度，对改善轧辊耐磨性有利，但明显降低轧辊的强度和韧性，导致轧辊使用中易出现剥落甚至发生断辊事故，影响设备的正常运行。因此，对含硼高速钢轧辊材料进行改善组织，提高强韧性的处理是非常必要的。
发明内容
[0006] 本发明目的是提供一种含硼高速钢轧辊材料的复合处理方法。本发明在含硼高速钢轧辊材料的熔炼后期，先对轧辊材料进行脱氧、脱硫处理，然后将硼铁随流加入浇包，并加入含多种微量元素的复合变质剂，有利于减轻合金元素损耗，细化碳硼化合物和凝固组织，提高轧辊力学性能和使用性能。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 首先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，钢水经脱氧、脱硫后，将温度升至1630～1650℃后出炉，然后将加热至1000～1100℃，并破碎至2～6mm的硼铁颗粒随流冲入钢包。钢包底部预先加入了含稀土、钾、镁、锶、钙等多种微量元素的复合变质剂，钢水出炉
3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，吹氩时间6～10分钟，钢水温度达到
1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。
3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，吹氩时间6～10分钟，钢水温度达到
1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。
[0009] 本发明的具体操作过程如下：
[0010] 1)先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，当钢水成分调整合格后，先加入占钢水总质量0.15～0.25％的硅钙合金预脱氧、脱硫，硅钙合金的质量分数(％)为：55～65Si，Ca≥31，Al≤2.4，C≤0.8，P≤0.04，S≤0.06，余量Fe。然后加入0.08～0.15％的铝终脱氧，最后将钢水温度升至1630～1650℃后出炉。
[0011] 2)钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包。冲入钢包中的硼铁颗粒加入量占钢水总质量的3.0～3.5％。硼铁颗粒的尺寸为2～6mm，硼铁颗粒加入钢包前，须先加热至1000～1100℃并保温1～2小时。硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃，硼铁颗粒的质量分数(％)为：19～21B，C≤0.5，Si≤4.0，余量Fe。
[0012] 3)将经过200～250℃烘烤的复合变质剂放入钢包底部，并用经过650～800℃烘烤的铸铁屑覆盖，复合变质剂颗粒的尺寸为3～8mm，其加入量占钢水总质量的3.0～3.5％，铸铁屑的加入量占钢水总质量的1.0～1.5％。复合变质剂的质量分数(％)为：
30～40％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～
3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、10～15％钛铁、8～12％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、15～20％含锶硅铁(具体质量百分数为：1.2～3.0％S r，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、6～12％电石(CaC2)、10～15％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
30～40％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～
3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、10～15％钛铁、8～12％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、15～20％含锶硅铁(具体质量百分数为：1.2～3.0％S r，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、6～12％电石(CaC2)、10～15％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
[0013] 4)钢水出炉3～5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，氩气流量15～20L/min，氩气压力5～20MPa，吹氩时间6～10分钟，吹氩后钢水的静置时间3～12min，钢水温度达到1460～1480℃后，将钢水浇注成轧辊。
[0014] 本发明在高速钢熔化后，先加入0.15～0.25％的硅钙合金，主要是硅和钙具有良好的脱氧、脱硫能力，硅钙合金中钙含量≥31％，脱硫效果更好，在此基础上加入0.08～0.15％的铝终脱氧，可以进一步降低钢水中的氧含量。铝加入量过多，钢液中易出现过多夹杂物，反而损害高速钢轧辊的性能。本发明轧辊材料中，因硼元素的加入，导致高速钢轧辊材料的熔点明显下降，但出炉温度应控制在1630～1650℃，主要是加入硼铁和变质剂后，会吸热导致钢水温度明显下降。钢水出炉温度过低，随后吹氩时，钢水温度会进一步下降，钢水易粘钢包，影响轧辊的铸造生产，因此钢水出炉温度不应低于1630℃，钢水出炉温度过高，炉衬侵蚀严重，且能耗高，因此钢水出炉温度不应超过1650℃
[0015] 硼铁直接加入炉内，氧化烧损严重，收得率低。直接加入钢包，硼铁不易熔化，且在钢包中偏析严重。本发明先将硼铁破碎成2～6mm的颗粒，然后加热至1000～1100℃并保温1～2小时，在钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包，且硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃。解决了硼铁烧损、偏析和不易熔化等难题，易于获得高质量含硼高速钢轧辊材料。
[0016] 本发明采用复合变质剂对钢水进行变质处理，复合变质剂由30～40％稀土镁硅铁合金、10～15％钛铁、8～12％氮化铬铁、15～20％含锶硅铁、6～12％电石(CaC2)和10～15％KMnO4，具有脱氧、脱硫、细化凝固组织，改善碳硼化合物形态和分布的作用，明显提高含硼高速钢轧辊材料的强度和韧性。
[0017] 吹氩除能搅动钢水外，由于氩气泡小而分散，具有除气作用，从而减少气体和夹杂物含量。另外，钢水吹氩净化处理时，氩气流量过小，则钢水中的气体和夹杂物不能充分向钢包顶部富集，钢水中残留的气体和夹杂物多，氩气流量过大，钢包顶部的钢水翻腾，反而卷入气体，污染钢水。吹氩时间过短，钢水中的夹杂物和气体残留量多，吹氩时间过长后，钢水降温过多，不利于随后的铸件浇注。压气压力小于5MPa时，钢水中残留的气体和夹杂物多，氩气压力超过20MPa后，氩气对钢水的搅拌加剧，易卷入气体和钢包顶部富集的夹杂物，污染钢液。选择氩气流量15～20L/min，氩气压力5～20MPa，吹氩时间6～10分钟，吹氩后钢水的静置时间3～12分钟的吹氩净化处理工艺，钢水净化效果好。吹氩后钢水中夹杂物明显减少，有利于改善高速钢轧辊的强韧性，提高其耐磨性和使用安全性。图1是含硼高速钢熔液的吹氩工艺示意图。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有以下特点：
[0019] 1)本发明含硼高速钢轧辊材料的硼元素收得率高，大于96％，而常规冶炼方法硼元素的收得率仅为75～82％。
[0020] 2)本发明含硼高速钢轧辊材料中夹杂物数量少，夹杂物数量小于0.5％，而采用普通冶炼方法生产的含硼高速钢轧辊材料中的夹杂物数量大于2％。
[0021] 3)本发明含硼高速钢轧辊材料凝固组织细小，碳硼化合物形态和分布明显改善，80％以上的碳硼化合物呈断网和孤立分布，相同热处理条件下，其冲击韧性比普通含硼高速钢轧辊材料提高30％以上，抗拉强度提高25％以上。
附图说明
附图说明
[0022] 图1含硼高速钢熔液的吹氩工艺示意图。
[0023] 1-渣层，2-钢水包，3-钢水，4-多孔透气塞
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] 本发明材料采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体复合处理步骤如下：
[0027] 1)先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，当钢水成分调整合格后，先加入占钢水总质量0.15％的硅钙合金预脱氧、脱硫，硅钙合金的质量分数(％)为：55～65Si，Ca＞31，Al＜2.4，C＜0.8，P≤0.04，S≤0.06，余量Fe。然后加入0.15％的铝终脱氧，最后将钢水温度升至1630℃后出炉。
[0028] 2)钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包。冲入钢包中的硼铁颗粒加入量占钢水总质量的3.0％。硼铁颗粒的尺寸为2～6mm，硼铁颗粒加入钢包前，须先加热至1100℃并保温1小时。硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃，硼铁颗粒的质量分数(％)为：19～21B，C≤0.5，Si≤4.0，余量Fe。
[0029] 3)将经过250℃烘烤的复合变质剂放入钢包底部，并用经过650℃烘烤的铸铁屑覆盖，复合变质剂颗粒的尺寸为3～8mm，其加入量占钢水总质量的3.5％，铸铁屑的加入量占钢水总质量的1.5％。复合变质剂的质量分数(％)为：30％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、15％钛铁、12％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、20％含锶硅铁(具体质量百分数为：
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、12％电石(CaC2)、11％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、12％电石(CaC2)、11％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
[0030] 4)钢水出炉3分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，氩气流量20L/min，氩气压力5MPa，吹氩时间10分钟，吹氩后钢水的静置时间6min，钢水温度达到1463℃后，将钢水浇注成轧辊。轧辊材料经淬火和两次回火热处理后的力学性能见表1。
[0031] 实施例2
[0032] 本发明材料采用500公斤中频感应电炉熔炼，具体复合处理步骤如下：
[0033] 1)先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，当钢水成分调整合格后，先加入占钢水总质量0.25％的硅钙合金预脱氧、脱硫，硅钙合金的质量分数(％)为：55～65Si，Ca≥31，Al≤2.4，C≤0.8，P≤0.04，S≤0.06，余量Fe。然后加入0.08％的铝终脱氧，最后将钢水温度升至1648℃后出炉。
[0034] 2)钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包。冲入钢包中的硼铁颗粒加入量占钢水总质量的3.5％。硼铁颗粒的尺寸为2～6mm，硼铁颗粒加入钢包前，须先加热至1000℃并保温2小时。硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃，硼铁颗粒的质量分数(％)为：19～21B，C≤0.5，Si≤4.0，余量Fe。
[0035] 3)将经过200℃烘烤的复合变质剂放入钢包底部，并用经过800℃烘烤的铸铁屑覆盖，复合变质剂颗粒的尺寸为3～8mm，其加入量占钢水总质量的3.0％，铸铁屑的加入量占钢水总质量的1.0％。复合变质剂的质量分数(％)为：40％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、10％钛铁、8％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、15％含锶硅铁(具体质量百分数为：
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、12％电石(CaC2)、15％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、12％电石(CaC2)、15％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
[0036] 4)钢水出炉5分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，氩气流量15L/min，氩气压力20MPa，吹氩时间6分钟，吹氩后钢水的静置时间8min，钢水温度达到1479℃后，将钢水浇注成轧辊。轧辊材料经淬火和两次回火热处理后的力学性能见表1。
[0037] 实施例3
[0038] 本发明材料采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体复合处理步骤如下：
[0039] 1)先在电炉内熔炼高速钢轧辊材料，当钢水成分调整合格后，先加入占钢水总质量0.18％的硅钙合金预脱氧、脱硫，硅钙合金的质量分数(％)为：55～65Si，Ca≥31，Al≤2.4，C≤0.8，P≤0.04，S≤0.06，余量Fe。然后加入0.12％的铝终脱氧，最后将钢水温度升至1630～1650℃后出炉。
[0040] 2)钢水出炉过程中，将硼铁颗粒随流冲入钢包。冲入钢包中的硼铁颗粒加入量占钢水总质量的3.2％。硼铁颗粒的尺寸为2～6mm，硼铁颗粒加入钢包前，须先加热至1050℃并保温1.5小时。硼铁颗粒冲入钢包时的温度不低于800℃，硼铁颗粒的质量分数(％)为：19～21B，C≤0.5，Si≤4.0，余量Fe。
[0041] 3)将经过220℃烘烤的复合变质剂放入钢包底部，并用经过700℃烘烤的铸铁屑覆盖，复合变质剂颗粒的尺寸为3～8mm，其加入量占钢水总质量的3.2％，铸铁屑的加入量占钢水总质量的1.2％。复合变质剂的质量分数(％)为：38％稀土镁硅铁合金(具体质量分数为：8.0～10.0％RE，8.0～10.0％Mg，1.0～3.0％Ca，Si≤44.0％，Mn≤2.0％，Ti≤1.0％，余量Fe)、13％钛铁、10％氮化铬铁(具体质量百分数为：60～65％Cr，3.5～6.5％N，0.02～0.06％C，0.7～1.5％Si，余量Fe)、20％含锶硅铁(具体质量百分数为：
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、6％电石(CaC2)、13％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
1.2～3.0％Sr，Si≥73％，Al≤0.5％，余量Fe)、6％电石(CaC2)、13％KMnO4。随后用冲入法对钢水进入复合变质处理。
[0042] 4)钢水出炉4分钟后，在钢包底部对钢水进行吹氩净化处理，氩气流量18L/min，氩气压力12MPa，吹氩时间8分钟，吹氩后钢水的静置时间6min，钢水温度达到1471℃后，将钢水浇注成轧辊。轧辊材料经淬火和两次回火热处理后的力学性能见表1。
[0043] 表1含硼高速钢轧辊材料经淬火和两次回火热处理后的力学性能
[0044]
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