一种轨梁轧制用高速钢辊环及其制造方法 |
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| 申请号 | CN202311619223.1 | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117587328A | 公开(公告)日 | 2024-02-23 |
| 申请人 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司; 邢台轧辊异型辊有限公司; | 发明人 | 郭华楼; 白思诺; 朱志磊; 岳强; 张建波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种轨梁 轧制 用高速 钢 辊环及其制造方法，属于辊环制备技术领域，包括 高速钢 工作层和 石墨 钢芯部，工作层化学成分及各成分的 质量 百分含量为C 1.0～2.0％、Si 0.2～1.0％、Mn 0.5～1.0％、Cr 4.0～8.0％、Ni1.0～3.0％、Mo 4.0～6.0％、V1.0～3.0%、W1.0～3.0%、P≤0.03%、S≤0.03%，其余为Fe和不可避免杂质；芯部的化学成分及各成分的质量百分含量为C1.0～2.0％、Si1.0～3.0％、Mn0.5～1.0%、Ni0.2～1.0％、Mo 0.1～0.5％、Cr≤0.2％、P≤0.03%、S≤0.03%，其余为Fe和不可避免杂质。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种轨梁轧制用高速钢辊环，包括高速钢材质的工作层和石墨钢材质的芯部，其特征在于：工作层的化学成分及各成分的质量百分含量为C 1.0～2.0％、Si 0.2～1.0％、Mn |
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| 说明书全文 | 一种轨梁轧制用高速钢辊环及其制造方法技术领域背景技术[0002] 铁路作为国家重要基础设施，高速铁路、轨道交通等速度一直在提升，对钢轨提出更高要求，尺寸精度、表面质量要求更加严格，因此对轧制钢轨钢材的轧辊辊型保持能力及耐磨性提高更高要求，常规半钢材质已经无法满足。 [0003] 常规半钢辊环容易出现粘钢、轨梁表面质量不达标以及生产效率低下等问题，常规半钢材质已经不能满足轨梁轧制的应用，严重制约着轨梁厂的发展。因此急需对轨梁轧制用辊环进行改进，改善上述问题。 发明内容[0004] 本发明目的是提供一种高速钢材质辊环，用于轨梁万能轧制轧制钢轨用的辊环，轨梁轧制初期形成氧化膜，用于解决轨梁轧制过程使用常规半钢辊环容易出现粘钢、轨梁表面质量不达标以及生产效率低下等问题。 [0005] 为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下： [0006] 一种轨梁轧制用高速钢辊环，包括高速钢材质的工作层和石墨钢材质的芯部，工作层的化学成分及各成分的质量百分含量为C1.0～2.0％、Si 0.2～1.0％、Mn 0.5～1.0％、Cr 4.0～8.0％、Ni1.0～3.0％、Mo 4.0～6.0％、V1.0～3.0％、W1.0～3.0％、P≤ 0.03％、S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质；芯部的化学成分及各成分的质量百分含量为C1.0～2.0％、Si1.0～3.0％、Mn0.5～1.0、Ni0.2～1.0％、Mo 0.1～0.5％、Cr≤0.2％、P≤0.03％、S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。 [0007] 一种轨梁轧制用高速钢辊环的制备方法，包括以下步骤： [0008] A，分别按轨梁轧制高速钢辊环工作层和芯部各部分化学成分的要求将生铁、废钢、料头、合金等按照先后顺序加入中频炉，得到工作层和芯部的合格钢水，工作层钢水出炉温度控制在1520‑1580℃，芯部铁水出炉温度控制在1500‑1560℃快速出炉，出炉后，分别加入复合变质剂和孕育剂，并进行搅拌； [0009] B，离心浇注，浇注工作层时，随流加入玻璃渣；浇注工作层后间隔一段时间后浇入芯部钢水； [0010] C，热处理：辊环脱模后，缓冷箱缓冷退火，辊环退火后，进行粗加工，再把辊环装炉预热，预热至300℃，然后出炉对辊环芯部喷涂保温涂层，涂层厚度3mm，然后装感应加热炉加热，使外层迅速升温至淬火温度，淬火温度控制在ACcm+(80‑120℃)，淬火出炉后，采用油冷，然后装回火炉回火，回火温度控制在540‑580℃； [0011] D，精车，将高速钢辊环加工至成品尺寸。 [0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A1中外层与芯部分别在不同中频炉中冶炼，并根据各自冶炼时间及出炉时间，控制不同送电时间。 [0013] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中复合变质剂和孕育剂加入量为0.6‑1.2％，外层加入复合变质剂为K‑RE，芯部加入孕育剂为Ba‑Si。 [0014] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中离心机转速控制在400‑600r/min，玻璃渣的加入量0.5‑1.0kg/t，工作层与芯部间隔时间控制在5‑10min。 [0015] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中保温涂层的主要成分为SiO2、Zr3O4、B2O3、Na2O水基混合物，比重1.4～1.5，喷涂温度控制在240‑260℃。 [0016] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中辊环装感应炉，快速升温，升温速度80‑120℃/h，淬火温度控制在1060‑1100℃，保温时间控制在2‑4h，出炉后，整体浸入油池中，冷却时间控制在20‑30min，回火保温时间控制在30‑50h，回火次数控制在3‑4次。 [0017] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述制备得到的高速钢辊环工作层厚度200‑220mm、外层硬度为HSD80‑90，芯部硬度范围HSD35‑45。 [0018] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述制备得到的高速钢辊环在轨梁轧制时，在高温、高压、强水条件下形成的湿热蒸汽环境中，形成氧化膜，其厚度为1～3μm。 [0019] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是： [0020] 本发明设计的轨梁轧制用高速钢辊环，外层采用高速钢材质，主要是轧制初期形成氧化膜，把轧制过程滑动摩擦变方式为滚动摩擦，通过高温淬火+多次回火，提高硬度及耐磨性，解决钢轨轧制过程中粘钢、表面质量不达标、轧制效率低下等问题；内层选用石墨钢材质，提高辊环韧性及强度，防止使用过程中出现开裂的轧制事故。 [0021] 本发明制备所得高速钢辊环具备强度高、红硬性好、耐磨性好、抗事故能力好，轧制初期形成氧化膜，把滑动摩擦转变为滚动摩擦，解决了轧制过程中粘钢，上机使用后磨损小，在线时间较常规半钢材质延长2‑3倍。 [0022] 本发明一种轨梁轧制高速钢辊环及其制造方法，通过成分配比及热处理工艺实现外层高的红硬性及耐磨性，实现轨梁轧制特殊条件下形成氧化膜，一是起到“抗充垫”的作用，提升抗冲击能力，二是氧化膜为粒状颗粒，把滑动摩擦变为滚动摩擦。附图说明 [0023] 图1是实施例1制得的辊环外层的金相组织图100μm； [0024] 图2是实施例1制得的辊环外层的金相组织图20μm； [0025] 图3是实施例2制得的辊环外层的金相组织图100μm； [0026] 图4是实施例2制得的辊环外层的金相组织图20μm； [0027] 图5是实施例3制得的辊环外层的金相组织图100μm； [0028] 图6是实施例3制得的辊环外层的金相组织图20μm。 具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0030] 实施例1 [0031] 一种高速钢辊环工作层、芯部成分及其重量百分比如下表： [0032] [0033] 其余为Fe和不可避免的杂质。 [0034] 一种高速钢辊环制备过程如下： [0035] A1、分别按轨梁轧制用高速钢辊环内、外层各部分化学成分的要求将生铁、废钢、料头、合金等按照先后顺序加入两台中频炉中，外层钢水优先送电，熔清后，芯部铁水开始送电，得到内、外层合格钢水； [0036] A2、外层钢水出炉温度控制在1560℃快速出炉，包内加入K‑RE复合变质剂1.0％/t，并进行搅拌；内层铁水出炉温度控制在1540℃快速出炉，随流加入0.8％孕育剂Ba‑Si并进行搅拌； [0037] B.离心浇注 [0038] B1.离心机转速控制在560r/min，优先浇注外层，浇注外层时，随流加入1.0kg/t玻璃渣； [0039] B2.外层浇注结束后，开始计时，当时间达到8min后，开始浇注芯部钢水； [0040] C、热处理 [0041] 辊环在离心机内旋转180min后，停机开箱脱模后，缓冷箱缓冷退火，辊环退火后，进行粗加工，再把辊环装炉预热，预热至300℃，然后出炉对辊环芯部喷涂保温涂层，涂层厚度3mm，然后装感应加热炉加热，使外层迅速升温至淬火温度，升温速度80‑120℃/h，淬火温度控制在1060‑1100℃，保温时间控制在2h，淬火出炉后，采用油冷，然后装回火炉回火，回火温度控制在540‑580℃；整体浸入油池中，冷却时间控制在20‑30min，回火保温时间控制在50h，回火次数控制在4次。 [0042] 保温涂层的主要成分为SiO2、Zr3O4、B2O3、Na2O水基混合物，比重1.4～1.5，喷涂温度控制在240‑260℃。 [0043] D、精车 [0044] 高速钢辊环回火结束后，出炉至加工车间，精车至成品尺寸，工作层厚度200‑220mm。 [0045] 本发明制备所得高速钢辊环具备强度高、红硬性好、耐磨性好、轧制初期形成氧化膜，起到“抗冲垫”的作用，同时实现轧制过程滑动摩擦变为滚动摩擦，上机使用后磨损小，单次轧制由2000t增加至5500t，毫米轧制量得到5200t。 [0046] 实施例2 [0047] 一种高速钢辊环工作层、芯部成分及其重量百分比如下表： [0048] [0049] [0050] 其余为Fe和不可避免的杂质。 [0051] 一种高速钢辊环制备过程如下： [0052] A1、分别按轨梁轧制高速钢辊环内、外层各部分化学成分的要求将生铁、废钢、料头、合金等按照先后顺序加入两台中频炉中，外层钢水优先送电，熔清后，芯部铁水开始送电，得到内、外层合格钢水； [0053] A2、外层钢水出炉温度控制在1558℃快速出炉，包内加入K‑RE复合变质剂1.0％/t，并进行搅拌；内层铁水出炉温度控制在1542℃快速出炉，随流加入0.8％孕育剂Ca‑Si并进行搅拌； [0054] B、离心浇注 [0055] B1、离心机转速控制在480r/min，优先浇注外层，浇注外层时，随流加入1.0kg/t玻璃渣； [0056] B2、外层浇注结束后，开始计时，当时间达到8min后，开始浇注芯部钢水； [0057] C、热处理 [0058] 辊环在离心机内旋转160min后，停机开箱脱模后，缓冷箱缓冷退火，辊环退火后，进行粗加工，再把辊环装炉预热，预热至300℃，然后出炉对辊环芯部喷涂保温涂层，涂层厚度3mm，然后装感应加热炉加热，使外层迅速升温至淬火温度，升温速度80‑120℃/h，淬火温度控制在1060‑1100℃，保温时间控制在4h，淬火出炉后，采用油冷，然后装回火炉回火，回火温度控制在540‑580℃；整体浸入油池中，冷却时间控制在20‑30min，回火保温时间控制在30h，回火次数控制在3次。 [0059] 保温涂层的主要成分为SiO2、Zr3O4、B2O3、Na2O水基混合物，比重1.4～1.5，喷涂温度控制在240‑260℃。 [0060] D、精车 [0061] 高速钢辊环回火结束后，出炉至加工车间，精车至成品尺寸，工作层厚度200‑220mm。 [0062] 本发明制备所得高速钢辊环具备强度高、红硬性好、耐磨性好、轧制初期形成氧化膜，起到“抗冲垫”的作用，同时实现轧制过程滑动摩擦变为滚动摩擦，上机使用后磨损小，单次轧制由2000t增加至5300t，毫米轧制量得到5050t。氧化膜是在湿热的环境下，高速钢轧辊表面的Cr、Mo、V、W的碳化物与空气中的氧形成致密的氧化膜，氧化膜颜色主要为浅灰色或浅蓝色。 [0063] 实施例3 [0064] 一种高速钢辊环工作层、芯部成分及其重量百分比如下表： [0065] [0066] 其余为Fe和不可避免的杂质。 [0067] 一种高速钢辊环制备过程如下： [0068] A1、分别按轨梁轧制高速钢辊环内、外层各部分化学成分的要求将生铁、废钢、料头、合金等按照先后顺序加入两台中频炉中，外层钢水优先送电，熔清后，芯部铁水开始送电，得到内、外层合格钢水； [0069] A2、外层钢水出炉温度控制在1558℃快速出炉，包内加入K‑RE复合变质剂1.1％/t，并进行搅拌；内层铁水出炉温度控制在1542℃快速出炉，随流加入0.7％孕育剂Ca‑Si并进行搅拌； [0070] B、离心浇注 [0071] B1、离心机转速控制在480r/min，优先浇注外层，浇注外层时，随流加入0.8kg/t玻璃渣； [0072] B2、外层浇注结束后，开始计时，当时间达到10min后，开始浇注芯部钢水； [0073] C、热处理 [0074] 辊环在离心机内旋转160min后，停机开箱脱模后，缓冷箱缓冷退火，辊环退火后，进行粗加工，再把辊环装炉预热，预热至300℃，然后出炉对辊环芯部喷涂保温涂层，涂层厚度3mm，然后装感应加热炉加热，使外层迅速升温至淬火温度，升温速度80‑120℃/h，淬火温度控制在1060‑1100℃，保温时间控制在3h，淬火出炉后，采用油冷，然后装回火炉回火，回火温度控制在540‑580℃；整体浸入油池中，冷却时间控制在20‑30min，回火保温时间控制在45h，回火次数控制在4次。 [0075] 保温涂层的主要成分为SiO2、Zr3O4、B2O3、Na2O水基混合物，比重1.4～1.5，喷涂温度控制在240‑260℃。 [0076] D、精车 [0077] 高速钢辊环回火结束后，出炉至加工车间，精车至成品尺寸，工作层厚度200‑220mm。 [0078] 图1‑6为实施例1、2、3的不同倍数下的金相组织图，图1、2为实施例1的金相组织图，为马氏体+残奥+碳化物5.86％，图3、4为实施例2的金相组织图，马氏体+残奥+碳化物5.26％，图5、6为实施例3的金相组织图，为马氏体+残奥+碳化物4.01％。 [0079] 对比例1 [0080] 一种高速钢辊环工作层、芯部成分及其重量百分比如下表： [0081] [0082] A1、分别按轨梁轧制用高速钢辊环内、外层各部分化学成分的要求将生铁、废钢、料头、合金等按照先后顺序加入两台中频炉中，外层钢水优先送电，熔清后，芯部铁水开始送电，得到内、外层合格钢水； [0083] A2、外层钢水出炉温度控制在1558℃快速出炉，包内加入K‑RE复合变质剂1.0％/t，并进行搅拌；内层铁水出炉温度控制在1542℃快速出炉，随流加入0.8％孕育剂Ca‑Si并进行搅拌； [0084] B、离心浇注 [0085] B1、离心机转速控制在560r/min，优先浇注外层，浇注外层时，随流加入1.0kg/t玻璃渣； [0086] B2、外层浇注结束后，开始计时，当时间达到8min后，开始浇注芯部钢水；工作层(外层)厚度200‑220mm； [0087] C、热处理 [0088] C1、辊环在离心机内旋转180min后，停机开箱脱模后， [0089] C1、辊环脱模后，装炉球化退火，退火温度控制在860℃，保温时间2h。 [0090] C2、辊环球化退火后，进行粗加工。 [0092] 再进行多次实验，和对比例1相同的工作层和芯部的成分，相同的工艺步骤以及相同的工作层厚度，不同之处在于更换不同的退火保温时间：4h、10h，淬火保温时间：2h、4h，以及回火保温时间：30h、50h，结果多次实验的产品皆开裂、报废。 [0093] 本发明双金属高速钢辊环与常规半钢材质指标对比。 [0094] 硬度/HSD 粘钢次数 单次过钢量/t 毫米轧制量/t 常规半钢材质 57‑63 100 2000 1000 实施例1 80‑90 0 5000 5000t [0095] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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