專利名稱：一種軋輥用高速鋼的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，特別涉及一種高速鋼的熱處理方法。
背景技術(shù)：
軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件之一，軋輥消耗約為軋鋼生產(chǎn)成本的5% 15%。如果考慮因軋輥消耗而帶來的生產(chǎn)停機(jī)、降產(chǎn)和設(shè) 備維護(hù)增加等因素，則其所占生產(chǎn)成本的比重會(huì)更高。軋輥質(zhì)量不僅關(guān)系到軋鋼生產(chǎn)成本和軋機(jī)生產(chǎn)作業(yè)率，還在很大程度上影響軋材質(zhì)量。隨著軋鋼技術(shù)的發(fā)展，軋機(jī)速度和自動(dòng)化程度不斷提高，對軋輥質(zhì)量特別是軋輥的耐磨性、強(qiáng)度及韌性等提出了更高的要求。近年來，由于對軋制鋼材的特殊需求，對軋材的尺寸、表面精度、軋材的性能均提出了更高的要求。另外，隨著軋制技術(shù)的發(fā)展，軋輥的工作環(huán)境也越來越苛刻，以熱連軋為例，軋輥長期處于高溫、高負(fù)荷、高速度的惡劣條件下，對軋輥的性能要求更高。如何提高軋輥性能以適應(yīng)軋機(jī)的需要，是軋輥研制者面臨的新課題。在普通高速鋼中增加碳含量和釩含量，可以增加高硬度MC型碳化物的數(shù)量，改善聞速鋼的耐磨性。目如以聞碳聞I凡聞速鋼代替聞絡(luò)鑄鐵、無限冷硬鑄鐵和鑄造半鋼制造乳輥是主要的發(fā)展方向之一。中國發(fā)明專利CN1631565公開了一種高釩高速鋼復(fù)合軋輥及生產(chǎn)工藝，軋輥分為輥芯和軋輥耐磨層，輥芯采用韌性較好的低合金鋼或中碳鋼材料制作，軋輥耐磨層采用高釩高速鋼材料，該高釩高速鋼的主要元素含量為C :1. 8 3. 5%、V :7 12%、Cr:4 5%、Mo:2 4%、Ni :0. 5 I. 5%，余量為鐵。其生產(chǎn)工藝為輥芯與軋輥耐磨層通過感應(yīng)加熱順序凝固結(jié)晶方法復(fù)合熔鑄為一體。該發(fā)明軋輥的釩含量太高，易出現(xiàn)低硬度的M3C型碳化物，降低高速鋼的耐磨性(宮坂善和，片岡義弘，湯田浩二.高炭素高速度鋼O炭化物形成(二及比t '7'々&添加O影響，鑄造工學(xué)，1997，69 (3) :201 206)。中國發(fā)明專利CN1807671公開了一種連續(xù)復(fù)合高速鋼軋輥工藝配方，輥芯采用高韌性的合金鍛鋼材料，外層輥身采用的高速鋼成分是(重量％ ) :1.5 3.5C，2.0 7.0Cr，2.0
7.OMo,4. 0 10. 0V,4. 0 10. 0W，0 10. OCo, Ni<2. 0，余量為Fe。采用該配方可以開發(fā)W、V含量高、偏析輕、耐磨性好的復(fù)合高速鋼軋輥，可以滿足熱連軋技術(shù)的需求。該材質(zhì)高速鋼軋輥只能采用連續(xù)復(fù)合工藝成形，裝備復(fù)雜且生產(chǎn)效率低，采用離心鑄造方法成形時(shí)，元素偏析嚴(yán)重，降低軋輥耐磨性。中國發(fā)明專利CN1803325公開了一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法，其特征在于該復(fù)合軋輥的外層材料為高速鋼，軋輥芯部材料為石墨鋼，軋輥外層高速鋼材料的化學(xué)成分(重量％ )為1. 2 2. 5C，0.3 1.5Si，0.4 1.0Mn，3.0
8.OCr, 2. 0 7. OMo, 2. 0 7. 0V, I. 0 5. 0ff,0. 01 0. 5RE, P〈0. 05，S〈0. 05，余量為 Fe。軋輥芯部石墨鋼材料的化學(xué)成分(重量％ )為1. 2 2. 0C，I. 5 2. 5Si，0.3 I. OMn，0. 5 I. 5Ni,Cr<0. 2，Mo〈0. 2，P〈0. 05，S〈0. 05,0. 01 0. 2RE，0. 05 0. 5Ca，余量為 Fe，復(fù)合軋輥外層高速鋼材料與芯部石墨鋼材料為冶金結(jié)合。其制造方法是采用離心鑄造工藝將兩種金屬材料澆鑄成型后，再對復(fù)合軋輥進(jìn)行粗加工和淬火熱處理，采用該方法制造軋輥，具有軋輥芯部強(qiáng)度高，抗事故能力強(qiáng)和提高軋輥在線使用壽命以及生產(chǎn)成品率顯著提高等特點(diǎn)。但該軋輥輥身組織粗大，部分碳化物呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，軋輥抗熱疲勞性能差，軋輥使用中易出現(xiàn)龜裂和剝落，影響軋輥的正常使用。中國發(fā)明專利CN1339342公開了一種高速鋼軋輥輥套的制造方法，其要點(diǎn)是先制造高速鋼電極毛管，然后放在具有激冷結(jié)晶器的輥套電渣重熔設(shè)備中進(jìn)行電渣重熔，制成毛坯，再進(jìn)行熱處理及機(jī)加工。其優(yōu)點(diǎn)是軋輥輥套晶粒細(xì)小，組織均勻，夾雜物少，沒有縮孔、疏松、元素偏析等缺陷，可使耐磨性、強(qiáng)韌性等性能提高，延長使用壽命，可克服目前離心鑄造法和CPC法等制造軋輥或輥套的不足之處，進(jìn)一步提高耐磨性和強(qiáng)韌性，可用于制造鋼管軋機(jī)、高速線材預(yù)精軋機(jī)、窄帶精軋機(jī)及小型軋機(jī)等輥套及軋輥。該方法存在工藝復(fù)雜、能耗高和效率低等不足
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，該高速鋼硬度、強(qiáng)度和韌性高，紅硬性和耐磨性好。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成c 3. 2-3. 6，W 1. 2-1. 6，Mo :5. 0-7. 0，V :2. 0-3. 0，Cr :8. 0-10. 0，Al :0. 1-0. 4，Ni 2. 2-2. 6，Co :6. 5-7. 5，Nb :0. 2-0. 4，Ti :0. 2-0. 4，Ce :0. 4-0. 6，Zr :0. 05-0. 20，Si< 0.8，Mn < 1.5，S < 0.03，P < 0. 04，其余為Fe，該高速鋼的制備工藝步驟為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、鑰鐵、釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、鈦鐵、鎳板和金屬鈷按上述成分要求混合放入電爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580°C -1630°C，加入占鋼水重量0.3% -0.8%的Al脫氧和合金化，而后出爐；將變質(zhì)劑、鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200°C以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理采用灰鐵或球鐵鑄型，預(yù)熱至230-240°C后在內(nèi)表面涂刷耐火涂料，厚度為0. 8-1. 2mm,鑄型烘干后安裝于離心機(jī)上，預(yù)熱至270-30(TC等待澆注；調(diào)整鋼水溫度為1510-1550°C，啟動(dòng)離心機(jī)，使其轉(zhuǎn)速為800rpm-1000rpm;將鋼水澆注到鑄型中，鋼水澆注完畢20min-30min后，關(guān)閉離心機(jī)，從鑄型中取出鑄坯直接入爐退火處理，退火處理工藝為鑄坯隨溫度不低于200°C的熱處理爐加熱至700°C _750°C保溫lh_2h，然后繼續(xù)加熱至10300C -1050°C保溫4h-8h，爐冷即可，然后將鑄坯進(jìn)行粗加工；所述的熱處理方法為，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至12600C -1280°C，保溫3h-5h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至6200C -6500C，保溫5h-7h，爐冷，然后再加熱至610°C -630°C，保溫5h_7h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果①本發(fā)明首先優(yōu)化了高速鋼的成分設(shè)計(jì)，其中C是形成耐磨相碳化物的基本元素，C含量低導(dǎo)致碳化物數(shù)量少，因此提高碳含量至3. 2-3. 6%，高于3. 6%將導(dǎo)致脆性增加。W在高速鋼中主要以Fe4W2C形式存在，淬火加熱時(shí)，一部分Fe4W2C溶入奧氏體，淬火后存在于馬氏體中。W含量增加，可以提高高速鋼紅硬性及減少熱過敏性,但W含量太高會(huì)增加碳化物的不均勻性，增大鋼的脆性，因此將W含量控制在I. 2-1. 6 %。Mo對高速鋼的影響與W相近，它同樣是促進(jìn)二次硬化的主要元素。V在高速鋼中除了凈化鋼液，減少夾雜物和氣體含量外，主要形成高硬度的MC型碳化物，高溫奧氏體化時(shí)MC溶解很困難，高速鋼中增加V含量，可明顯提高耐磨性，但含V含量過高，由于沿晶界易出現(xiàn)龜裂，因此V含量控制在2. 0-3. 0%。Cr在高速鋼中部分存在于M6C型碳化物中，也能夠形成M23C6型碳化物，還有40%左右存在于基體中。Cr含量過高，多余的Cr參與回火時(shí)沉淀析出的碳化物的形成，這種含Cr碳化物在較低溫度時(shí)容易析出，降低了鋼的熱穩(wěn)定性，因此將Cr含量控制在
8.0-10. 0%。Ni是一種非碳化物形成元素，它固溶于基體能夠提高基體的強(qiáng)度和熱疲勞抗力，對改善高速鋼軋輥的抗龜裂和剝落能力是有利的。Co :Co能提高高速鋼的紅硬性，對提高高速鋼軋輥高溫耐磨性是非常有利的，但Co降低高速鋼韌性，綜合考慮將Co含量控制在6. 5-7. 5%。Nb :高速鋼中含有較多的W、Mo、Cr、V等合金元素，而這些元素及其形成的碳化物的密度差別很大，在離心力作用下，易產(chǎn)生偏析，降低了軋輥的耐磨性。加入Nb可形成密度較大的MC型復(fù)合碳化物，降低碳化物和熔體密度 差，減輕偏析，提高軋輥耐磨性。這樣的設(shè)計(jì)使得從成分上保證了高速鋼的性能。②用本發(fā)明制造軋輥只需要電爐、離心鑄造機(jī)、熱處理爐等普通設(shè)備，生產(chǎn)工藝簡
單③本發(fā)明優(yōu)化了熱處理工藝，使得熱處理后，金相組織以高硬度的馬氏體為主，還含有15%以上的高硬度共晶碳化物，軋輥硬度高，大于65HRC，耐磨性好。本發(fā)明制造的軋輥，組織細(xì)小、均勻，強(qiáng)度和韌性高，抗熱疲勞性能好，本發(fā)明軋輥使用中不會(huì)出現(xiàn)龜裂和剝落，也不會(huì)發(fā)生碎輥。以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。這些實(shí)施例僅是本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成c 3. 2，W 1. 6，Mo 5. 0，V :3. 0，Cr :8. 0，Al :0. 4，Ni :2. 2，Co :7. 5，Nb :0. 2，Ti 0. 4, Ce 0. 4, Zr :0. 20, Si < 0. 8,Mn< I. 5，S<0. 03，P <0. 04，其余為 Fe，該高速鋼的制備工藝步驟為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、鑰鐵、釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、鈦鐵、鎳板和金屬鈷按上述成分要求混合放入電爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580°C -1630°C,加入占鋼水重量0. 3%的Al脫氧和合金化，而后出爐；將變質(zhì)劑、鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200°C以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理采用灰鐵或球鐵鑄型，預(yù)熱至230°C后在內(nèi)表面涂刷耐火涂料，厚度為I. 2mm，鑄型烘干后安裝于離心機(jī)上，預(yù)熱至270°C等待澆注；調(diào)整鋼水溫度為1550°C，啟動(dòng)離心機(jī)，使其轉(zhuǎn)速為800rpm ;將鋼水澆注到鑄型中，鋼水澆注完畢30min后，關(guān)閉離心機(jī)，從鑄型中取出鑄坯直接入爐退火處理，退火處理工藝為鑄坯隨溫度不低于200°C的熱處理爐加熱至700°C保溫2h，然后繼續(xù)加熱至1030°C保溫8h，爐冷即可，然后將鑄坯進(jìn)行粗加工；所述的熱處理方法為，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至12600C，保溫5h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至620°C，保溫7h，爐冷，然后再加熱至610°C，保溫7h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。實(shí)施例二
一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C 3. 6, W 1. 2, Mo :7. 0，V :2. 0，Cr :10. 0，Al :0. I, Ni :2. 6，Co :6. 5，Nb :0. 4，Ti 0. 2, Ce 0. 6, Zr :0. 05, Si < 0. 8,Mn< I. 5，S <0. 03，P< 0. 04，其余為 Fe，該高速鋼的制備工藝步驟為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、鑰鐵、釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、鈦鐵、鎳板和金屬鈷按上述成分要求混合放入電爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580°C -1630°C,加入占鋼水重量0. 8%的Al脫氧和合金化，而后出爐；將變質(zhì)劑、鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200°C以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理采用灰鐵或球鐵鑄型，預(yù)熱至240°C后在內(nèi)表面涂刷耐火涂料，厚度為0. 8mm，鑄型烘干后安裝于離心機(jī)上，預(yù)熱至300°C等待澆注；調(diào)整鋼水溫度為1510°C，啟動(dòng)離心機(jī)，使其轉(zhuǎn)速為IOOOrpm ;將鋼水澆注到鑄型中，鋼水澆 注完畢20mi n后，關(guān)閉離心機(jī)，從鑄型中取出鑄坯直接入爐退火處理，退火處理工藝為鑄坯隨溫度不低于200°C的熱處理爐加熱至750°C保溫lh，然后繼續(xù)加熱至1050°C保溫4h，爐冷即可，然后將鑄坯進(jìn)行粗加工；所述的熱處理方法為，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至12800C，保溫3h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至650°C，保溫5h，爐冷，然后再加熱至630°C，保溫5h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。實(shí)施例三一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成c 3. 4, W 1. 4，Mo 6. 0, V 2. 5, Cr :9. 00，Al :0. 25，Ni :2. 4，Co :7. 0,Nb :0. 3，Ti 0. 3, Ce 0. 5, Zr :0. 12, Si < 0. 8,Mn< I. 5，S<0. 03，P <0. 04，其余為 Fe，該高速鋼的制備工藝步驟為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、鑰鐵、釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、鈦鐵、鎳板和金屬鈷按上述成分要求混合放入電爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580°C -1630°C,加入占鋼水重量0. 6%的Al脫氧和合金化，而后出爐；將變質(zhì)劑、鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200°C以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理采用灰鐵或球鐵鑄型，預(yù)熱至235°C后在內(nèi)表面涂刷耐火涂料，厚度為I. 0mm，鑄型烘干后安裝于離心機(jī)上，預(yù)熱至285°C等待澆注；調(diào)整鋼水溫度為1530°C，啟動(dòng)離心機(jī)，使其轉(zhuǎn)速為900rpm ;將鋼水澆注到鑄型中，鋼水澆注完畢25min后，關(guān)閉離心機(jī)，從鑄型中取出鑄坯直接入爐退火處理，退火處理工藝為鑄坯隨溫度不低于200°C的熱處理爐加熱至725°C保溫I. 5h，然后繼續(xù)加熱至1040°C保溫6h，爐冷即可，然后將鑄坯進(jìn)行粗加工；所述的熱處理方法為，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至1270°C，保溫4h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至635°C，保溫6h，爐冷，然后再加熱至620°C，保溫6h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1 一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，其特征在于，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成c 3. 2-3. 6, W 1. 2-1. 6，Mo :5. 0-7. 0，V :2. 0-3. 0，Cr :8. 0-10. 0，Al 0. 1-0. 4，N i 2. 2-2. 6，Co :6. 5-7. 5，Nb :0. 2-0. 4，T i :0. 2-0. 4，Ce :0. 4-0. 6，Zr 0.05-0. 20，Si < 0. 8，Mn < I. 5，S < 0. 03，P < 0. 04，其余為 Fe，該高速鋼的制備工藝步驟為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、鑰鐵、釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、鈦鐵、鎳板和金屬鈷按上述成分要求混合放入電爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580°C -1630°C，加入占鋼水重量0.3% -0.8%的Al脫氧和合金化，而后出爐；將變質(zhì)劑、鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200°C以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；③采用灰鐵或球鐵鑄型，預(yù)熱至230-240°C后在內(nèi)表面涂刷耐火涂料，厚度為0. 8-1. 2_，鑄型烘干后安裝于離心機(jī)上，預(yù)熱至270-30(TC等待澆注；調(diào)整鋼水溫度為1510-1550°C，啟動(dòng)離心機(jī)，使其轉(zhuǎn)速為800rpm-1000rpm ;將鋼水澆注到鑄型中，鋼水澆注完畢20min-30min后，關(guān)閉離心機(jī)，從鑄型中取出鑄坯直接入爐退火處理，退火處理工藝為鑄坯隨溫度不低于200°C的熱處理爐加熱至700°C _750°C保溫lh_2h，然后繼續(xù)加熱至1030°C -1050°C保溫4h-8h，爐冷即可，然后將鑄坯進(jìn)行粗加工； 所述的熱處理方法為，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至12600C -1280°C，保溫3h-5h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至6200C -6500C，保溫5h-7h，爐冷，然后再加熱至610°C -630°C，保溫5h_7h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軋輥用高速鋼的熱處理方法，所述高速鋼的化學(xué)組成以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C3.2-3.6，W1.2-1.6，Mo5.0-7.0，V2.0-3.0，Cr8.0-10.0，Al0.1-0.4，Ni2.2-2.6，Co6.5-7.5，Nb0.2-0.4，Ti0.2-0.4，Ce0.4-0.6，Zr0.05-0.20，Si＜0.8，Mn＜1.5，S＜0.03，P＜0.04，其余為Fe，該高速鋼澆注成坯并粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火處理工藝是隨爐加熱至1260℃-1280℃，保溫3h-5h，然后油淬，淬火后進(jìn)行回火處理，回火處理工藝是隨爐加熱至620℃-650℃，保溫5h-7h，爐冷，然后再加熱至610℃-630℃，保溫5h-7h，空冷，回火處理后進(jìn)行精加工，得到尺寸精度和表面光潔度符合要求的軋輥。
文檔編號C22C38/56GK102766745SQ20121023173
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者靳玉生 申請人:無錫市鉆通工程機(jī)械有限公司