大型高铬铁辊环及其装配式轧辊的制备方法 |
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| 申请号 | CN202011185193.4 | 申请日 | 2020-10-30 | 公开(公告)号 | CN111996439B | 公开(公告)日 | 2021-03-23 |
| 申请人 | 常州凯达重工科技有限公司; | 发明人 | 许健; 许云鹏; 周群; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种大型高铬 铁 辊环及其装配式 轧辊 的制备方法，各 合金 元素及重量百分比含量为：C 2.30～2.80％，Si 0.30～1.00％，Mn 0.50～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr 12.0～22.0％，Ni 0.70～1.70％，Mo 0.60～1.50％，V 0.10～0.80％，Cu 0.70～1.70％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过设置合理的 合金元素 及配比，通过设置高含量的Cr，进而提高了辊环的 耐磨性 能，微量V可细化组织晶粒，提高强度和韧性，各元素合理配比提高了轧辊的综合使用性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大型高铬铁辊环的制备方法，其特征在于，各合金元素及重量百分比含量为：C |
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| 说明书全文 | 大型高铬铁辊环及其装配式轧辊的制备方法技术领域[0001] 本发明属于轧辊技术领域，具体涉及一种大型高铬铁辊环及其装配式轧辊的制备方法。 背景技术[0002] H型钢广泛用于要求承载能力大、截面稳定型好的大型桥梁，高层建筑，重型设备以及高速公路等方面，在国民经济建设中发挥着重要作用。H型钢轧制方法与其他热轧型钢 有着很大的不同，通常采用万能法轧制，水平辊采用辊环与芯轴装配，辊环通常采用离心复 合材质，外层为高碳半钢或者高碳石墨钢材质，芯部为强韧性较好的石墨钢材质或球墨铸 铁材质。水平辊环主要用于轧制H型钢的腹板及翼缘内侧，由于H型钢的翼缘尺寸较大，因 此，水平辊环的外圆面及两边端面均为工作面进行轧制。轧制过程中辊环端面不同位置处 的线速度差别大造成磨损严重，随着用户轧制H型钢尺寸规格的不断增大，且要求H型钢的 质量逐步提升，高碳半钢或石墨钢材质的耐磨性差、硬度差和冲击韧性较差的问题表现的 越来越突出。 发明内容[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。 [0004] 为此，本发明提出一种大型高铬铁辊环及其装配式轧辊的制备方法，该大型高铬铁辊环具有端面硬度高、使用寿命长的优点。 [0005] 根据本发明实施例的大型高铬铁辊环，各合金元素及重量百分比含量为：C 2.30～2.80％，Si 0.30～1.00％，Mn 0.50～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr 12.0～22.0％， Ni 0.70～1.70％，Mo 0.60～1.50％，V 0.10～0.80％，Cu 0.70～1.70％，其余为Fe和不可 避免的杂质。 [0006] 根据本发明实施例的大型高铬铁辊环，本发明通过设置合理的合金元素及配比，通过设置高含量的Cr，进而提高了辊环的耐磨性能，微量V可细化组织晶粒，提高强度和韧 性，各元素合理配比提高了轧辊的综合使用性能。 [0007] 根据本发明一个实施例，各合金元素及重量百分比含量为：C 2.50～2.70％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.80～1.00％，P≤0.08％，S≤0.05％，Cr 14～18％，Ni 0.80～1.20％， Mo 0.80～1.00％，V 0.20～0.50％，Cu 0.80～1.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。 [0008] 根据本发明一个实施例，一种大型高铬铁辊环的制备方法，包括以下步骤：S1、造型：使用型砂造型出外圈和芯子；S2、熔炼：在中频炉内冶炼铁水，冶炼的温度为1450-1550 ℃；S3、浇注：采用底注式静态浇注法将冶炼好的铁水浇注入外圈和芯子之间的型腔；S4、开 箱：在浇注完成后进行热开箱；S5、热处理和机加工：将辊环依次进行退火处理、机加工和回 火处理。 [0009] 根据本发明一个实施例，所述S1具体为：使用型砂造型出外圈和芯子；具体为：在内径适当的冷型内表面进行外圈造型，挂砂厚度为15mm，夯实型砂后，在外圈内表面均匀涂 上耐高温涂料；在外径适当的钢管外表面进行芯子造型，在芯子外表面均匀涂上耐高温涂 料，钢管表面具有分布均匀的透气孔。 [0010] 根据本发明一个实施例，在所述S1中，外圈造型所用的型砂为铬铁矿，芯子造型所用型砂为树脂砂，耐高温涂料为醇基锆英粉涂料。 [0011] 根据本发明一个实施例，在所述S4中，热开箱的温度为500℃。 [0012] 根据本发明一个实施例，在所述S5中，退火处理具体为：将所述S4中的辊环装入已预热到500℃的高温电阻炉内，先在500℃时进行保温，当温度不在变化时，将辊环加热到 850～1000℃，在保温15～20h后炉冷至100℃以下，随后取出辊环进行空冷至常温。 [0013] 根据本发明一个实施例，在所述S5中，回火处理具体为：将辊环加热至400-460℃并保温15-25h，随后空冷至常温。 [0014] 根据本发明一个实施例，一种装配式轧辊的制备方法，辊环采用上述大型高铬铁辊环的制备方法制备得到，包括以下步骤：S10、配合加工：对辊环和芯轴的外表面分别进行 粗加工，再对辊环和芯轴的装配面分别进行精加工；S20、装配：将辊环和芯轴进行基孔制过 盈热装配，形成装配式轧辊；S30、整体加工：对整个装配式轧辊的外表面进行精加工。 [0015] 根据本发明一个实施例，在所述S20中，热装配的过程为：将辊环放入电阻炉按10℃/h的速度升温至300℃后保温8h，然后将辊环装配到芯轴外部，最后冷却到室温。 [0017] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0018] 图1是根据本发明实施例的大型高铬铁辊环的造型后的主视结构示意图； [0019] 附图标记： [0020] 钢管1； [0021] 树脂砂2； [0022] 冷型3； [0023] 铬铁矿4； [0024] 座包5； [0025] 直浇道6； [0026] 横浇道7； [0027] 铸型冒口8。 具体实施方式[0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示 或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义 是两个或两个以上。 [0029] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 [0030] 下面具体描述根据本发明实施例的大型高铬铁辊环及其装配式轧辊的制备方法。 [0031] 根据本发明实施例的大型高铬铁辊环，各合金元素及重量百分比含量为：C 2.30～2.80％，Si 0.30～1.00％，Mn 0.50～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr 12.0～22.0％， Ni 0.70～1.70％，Mo 0.60～1.50％，V 0.10～0.80％，Cu 0.70～1.70％，其余为Fe和不可 避免的杂质。 [0032] 本发明通过设置合理的合金元素及配比，通过设置12.0～22.0％的Cr，进而提高了辊环的耐磨性能，0.10～0.80％的V可细化组织晶粒，提高强度和韧性，V与C形成的碳化 物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力，Mo、Ni、Cu等元素合理配比可以辅助Cr元素进一步 提高了轧辊的综合使用性能，Cu元素较为柔软，在组织中分散均匀使辊环表面和侧面的耐 磨一致性能。 [0033] 进一步地，各合金元素及重量百分比含量为：C 2.50～2.70％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.80～1.00％，P≤0.08％，S≤0.05％，Cr 14～18％，Ni 0.80～1.20％，Mo 0.80～ 1.00％，V 0.20～0.50％，Cu 0.80～1.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。当Cr含量超过 15％时，强度和硬度开始有所下降，同时伸长率和断面收缩率则相应地有所提高，当Cr的含 量为14～18％时，辊环即具备一定的强度和硬度，同时具备一定韧性。 [0034] 根据本发明实施例的大型高铬铁辊环的制备方法，包括以下步骤： [0035] S1、造型：如图1所示，使用型砂造型出外圈和芯子；具体为：在内径适当的冷型3内表面进行外圈造型，挂砂厚度为15mm，夯实型砂后，在外圈内表面均匀涂上耐高温涂料；在 外径适当的钢管1外表面进行芯子造型，在芯子外表面均匀涂上耐高温涂料，钢管表面具有 分布均匀的透气孔。其中，外圈造型所用的型砂为铬铁矿4，芯子造型所用型砂为树脂砂2， 耐高温涂料为醇基锆英粉涂料。 [0036] S2、熔炼：在中频炉内冶炼铁水，冶炼的温度为1450-1550℃； [0037] S3、浇注：采用底注式静态浇注法将冶炼好的铁水浇注入外圈和芯子之间的型腔； [0038] S4、开箱：在浇注完成后进行热开箱，热开箱的温度为500℃； [0039] S5、热处理和机加工：将辊环依次进行退火处理、机加工和回火处理；退火处理具体为：将S4中的辊环装入已预热到500℃的高温电阻炉内，先在500℃时进行保温，当温度不 在变化时，将辊环加热到850～1000℃，在保温15～20h后炉冷至100℃以下，随后取出辊环 进行空冷至常温；回火处理具体为：将辊环加热至400-460℃并保温15-25h，随后空冷至常 温。 [0040] 本发明实施例的大型高铬铁辊环的制备方法，通过在型砂上设置排气孔，便于热空气排出，防止空气进入铁水造成孔隙缺陷，通过将轧辊在500℃进行热开箱，然后在500℃ 的高温电阻炉内保温，省去了冷却到常温再加热的过程，提高了加工效率，同时更加节能环 保，通过设置合理的退火和回火的热处理工艺参数，进一步消除的内应力，同时确保辊环端 面硬度均匀。 [0041] 根据本发明实施例的装配式轧辊的制备方法，辊环采用上述大型高铬铁辊环的制备方法制备得到，包括以下步骤： [0042] S10、配合加工：对辊环和芯轴的外表面分别进行粗加工，再对辊环和芯轴的装配面分别进行精加工； [0043] S20、装配：将辊环和芯轴进行基孔制过盈热装配，形成装配式轧辊，热装配的过程为：将辊环放入电阻炉按10℃/h的速度升温至300℃后保温8h，然后将辊环装配到芯轴外 部，最后冷却到室温； [0044] S30、整体加工：对整个装配式轧辊的外表面进行精加工。 [0045] 本发明实施例的装配式轧辊的制备方法，通过先对装配面进行精加工，同时采用基孔制过盈热装配，提升了装配精度，热装配时，按10℃/h的速度升温至300℃后保温8h，缓 慢升温，同时在装配前保温一定时间，保持了一个良好的装配状态，防止辊环产生内应力， 最后整个装配式轧辊的外表面进行精加工，确保了整个轧辊外部尺寸精度保持一致。 [0046] 实施例一 [0047] 制备一支Φ1600х1300mm 的H型钢万能轧机精轧水平辊环，其化学组分及重量百分含量要求为：C2.50～2.70％，Si0.50～0.70％，Mn0.80～1.00％，P≤0.08％；S≤0.05％， Cr14～18％，Ni0.80～1.20％，Mo0.80～1.00％，V0.20～0.50％，Cu0.80～1.20％，其余为 Fe和不可避免的杂质，具体步骤如下： [0048] 1）熔炼：在20吨中频炉内加入废钢、钼铁、铬铁、纯铜和纯镍进行熔炼，熔清后取样分析，根据炉前样成分调整炉内化学成分，在出铁前3分钟内加入钒铁，出铁终样化学组分 及重量百分含量为：C为2.51%、Si为0.57%、Mn为0.81%、P为0.017%、S为0.011%、Ni为0.88%、 Mo为0.8%、V为0.25%、Cr为14%、Cu为0.86%、其余为Fe和不可避免杂质，并升温至1550℃时出 铁。 [0049] 2）炉外处理：出铁过程中随流加入2kg/吨铁水的变质剂进行变质处理。 [0051] 4）热处理：静态底注的铸态辊环采用500℃的热开箱进入到电阻炉升温到900℃保温15h后炉冷至100℃以下出炉后进行切割，粗加工后将辊环再次进电阻炉进行410℃回火， 保温15h后炉冷至100℃以下出炉进行检测， [0052] 5）精加工：检测合格后的辊环进入精加工程序，锻钢芯轴同时进入精加工程序。 [0053] 6）热装配：将精加工后的辊环进入电阻炉升温至300℃保温8h出炉，与精加工后的芯轴采用基孔制过盈配合进行热装配，缓冷至室温后再次进行孔型加工。 [0054] 实施例二 [0055] 制备一支Φ1600х1060mm 的H型钢万能轧机精轧水平辊环，其化学组分及重量百分含量要求为：C2.50～2.70％，Si0.50～0.70％，Mn0.80～1.00％，P≤0.08％；S≤0.05％， Cr14～18％，Ni0.80～1.20％，Mo0.80～1.00％，V0.20～0.50％，Cu0.80～1.20％，其余为 Fe和不可避免的杂质，具体步骤如下： [0056] 1）熔炼：在20吨中频炉内加入废钢、钼铁、铬铁、纯铜和纯镍进行熔炼，熔清后取样分析，根据炉前样成分调整炉内化学成分，在出铁前3分钟内加入钒铁，出铁终样化学组分 及重量百分含量为：C为2.58%、Si为0.61%、Mn为0.88%、P为0.022%、S为0.019%、Ni为0.95%、 Mo为0.85%、V为0.34%、Cr为15%、Cu为0.96%、其余为Fe和不可避免杂质，并升温至1550℃时 出铁。 [0057] 2）炉外处理：出铁过程中随流加入2kg/吨铁水的变质剂进行变质处理。 [0058] 3）底注式静态铸造：当钢包内铁水降温至1365℃时快速将铁水浇入座包5内，撬开塞球后铁水通过直浇道6、横浇道7快速充入型腔，浇完后向铸型冒口8内加入保温剂。 [0059] 4）热处理：静态底注的铸态辊环采用500℃的热开箱进入到电阻炉升温到920℃保温15h后炉冷至100℃以下出炉后进行切割，粗加工后将辊环再次进电阻炉进行400℃回火， 保温15h后炉冷至100℃以下出炉进行检测， [0060] 5）精加工：检测合格后的辊环进入精加工程序，锻钢芯轴同时进入精加工程序。 [0061] 6）热装配：将精加工后的辊环进入电阻炉升温至300℃保温8h出炉，与精加工后的芯轴采用基孔制过盈配合进行热装配，缓冷至室温后再次进行孔型加工。 [0062] 实施例三 [0063] 制备一支Φ1600х960mm 的H型钢万能轧机精轧水平辊环，其化学组分及重量百分含量要求为：C2.50～2.70％，Si0.50～0.70％，Mn0.80～1.00％，P≤0.08％；S≤0.05％， Cr14～18％，Ni0.80～1.20％，Mo0.80～1.00％，V0.20～0.50％，Cu0.80～1.20％，其余为 Fe和不可避免的杂质，具体步骤如下： [0064] 1）熔炼：在20吨中频炉内加入废钢、钼铁、铬铁、纯铜和纯镍进行熔炼，熔清后取样分析，根据炉前样成分调整炉内化学成分，在出铁前3分钟内加入钒铁，出铁终样化学组分 及重量百分含量为：C为2.64%、Si为0.68%、Mn为0.93%、P为0.015%、S为0.013%、Ni为1.05%、 Mo为0.93%、V为0.42%、Cr为16%、Cu为1.12%、其余为Fe和不可避免杂质，并升温至1550℃时 出铁。 [0065] 2）炉外处理：出铁过程中随流加入2kg/吨铁水的变质剂进行变质处理。 [0066] 3）静态底注式铸造：当钢包内铁水降温至1370℃时快速将铁水浇入座包5内，撬开塞球后铁水通过直浇道6、横浇道7快速充入型腔，浇完后向铸型冒口8内加入保温剂。 [0067] 4）热处理：静态底注的铸态辊环采用500℃的热开箱进入到电阻炉升温到950℃保温15h后炉冷至100℃以下出炉后进行切割，粗加工后将辊环再次进电阻炉进行400℃回火， 保温15h后炉冷至100℃以下出炉进行检测， [0068] 5）精加工：检测合格后的辊环进入精加工程序，锻钢芯轴同时进入精加工程序。 [0069] 6）热装配：将精加工后的辊环进入电阻炉升温至300℃保温8h出炉，与精加工后的芯轴采用基孔制过盈配合进行热装配，缓冷至室温后再次进行孔型加工。 [0070] 分别对实施例一、实施例二和实施例三制备的轧辊进行测试，测试结果如下： [0071] 表一、辊环端面测试 [0073] 普通高碳半钢或者高碳石墨钢的轧辊抗拉强度一般在500MPa左右，硬度一般为55-60HSC，从表一可知，本发明的大型高铬铁辊环及其装配式轧辊端面具有较高的抗拉强 度、硬度和冲击韧性，更加适用于大型H型钢的轧制。 [0074] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的 示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特 点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |
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