一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料及其制备方法
【专利摘要】一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.8-0.9、钨2.5-3、钼2.2-2.5、钒0.5-0.8、铬3.5-4.0、铌0.05-0.10、铈0.05-0.10、镍1.4-1.6、钴0.06-0.09、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。本发明通过在高碳钢的基础上添加镍、铌、铈等多种合金元素，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使得合金钢具有耐高温，红硬高、硬度度和韧性配合好，且具有表面耐磨性好，抗剥落性好、冷脆性低，加工性能好，与中间层结合力强，适合用于复合轧辊的表面层，硬度均匀，使用寿命长。
【专利说明】一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轧辊【技术领域】，尤其涉及一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]轧辊是线材机的中心部件，对钆件进行钆制加工，使金属产生塑性变形的主要工具。轧辊工作载荷大，承受很大的钆制压力和扭转力矩，并有很强的冲击载荷和很大的惯性力；另外，轧辊的工作环境严酷，要承受很高的温度，又有冷却水，是在冷热交加下工作，磨损严重。
[0003]高碳高铬铸钢，普通钢和硬质合金等几种类型。高碳高铬铸钢由于有一定的耐磨性，而且价格便宜，因此得到广泛的应用，高碳高铬辊轮用钢常用的材料有13Crl3WMoV和18Cr20WMoV。由于这两种钢硬度和耐磨性主要依靠铬的碳化物Cr7C3和Cr23C6,热稳定性较差，一般在450°C以上开始聚集长大而逐渐软化。在550°C时，硬度要降至HRC50以下。而线材辊轮在运行下的温度可达到550°C左右，这就使辊轮使用寿命明显降低。普通钢的二次硬化温度在550°C左右，硬度维持在HRC62飞4，可显著地提高辊轮的使用寿命；硬质合金也有很好的高温硬度和耐磨性。但由于普通钢和硬质合金的制造成本太高，在高线辊轮材料的使用上受到限制。因此研究性能优异，成本更加低廉的轧辊材料就显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有硬度高、耐磨性好、耐高温的优点。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种复合轧棍表面层用高硬度合金钢材料，其特征在于:其含有的化学兀素成分及其质量百分比为:碳 0.8-0.9、钨 2.5-3、钥 2.2-2.5、钒 0.5-0.8、铬 3.5-4.0、铌 0.05-0.10、铈
0.05-0.10、镍 1.4-1.6、钴 0.06-0.09、P ≤ 0.030、S ≤ 0.030、余量为铁。
[0006]所述的复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于:
(1)、准备生铁与废铁按1:0.5-1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(I)钒、铬；(2)钨、钥、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-25分钟，投料后搅拌均匀。
[0007]所述的铸后热处理是:先由室温以200-210°C /小时速率升温至660_670°C，保温40-50分钟，再以220-230 °C /小时速率升温至970-980 V，保温4_5小时；再以170-180°C /小时速率降温至570-580°C，再以210_220°C /小时速率升温至720_730°C，再以170-1800C /小时速率降温至220-230°C，保温3-4小时；再以100-110。。/小时速率升温至340-350°C，保温40-50分钟，再以100-110°C /小时速率升温至520_530°C，保温3_4小时，取出空冷即得。
[0008]所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉3-5、粘土 10-12、氟硅酸钠3-4、碳酸钠2-3、四硼酸钠1-2、秸杆灰烬4-5、钾长石36-40、玉石粉3_4、白土 6_8、白云石粉3-4 ;制备方法是将各原料混合，加热至2600-290(TC至熔融状态，搅拌10-15分钟，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末，用水洗涤数次，烘干即得。
[0009]本发明的有益效果
本发明通过在高碳钢的基础上添加镍、铌、铈等多种合金元素，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使得合金钢具有耐高温，红硬高、硬度度和韧性配合好，且具有表面耐磨性好，抗剥落性好、冷脆性低，加工性能好，与中间层结合力强，适合用于复合轧辊的表面层，硬度均匀，使用寿命长。本发明使用部分废铁作为原料，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
【具体实施方式】
[0010]一种复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 0.8-0.9、钨 2.5-3、钥 2.2-2.5、钒 0.5-0.8、铬 3.5-4.0、铌 0.05-0.10、铈
0.05-0.10、镍 1.4-1.6、钴 0.06-0.09、P≤ 0.030、S ≤0.030、余量为铁。
[0011]所述的复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的生产方法为:
(1)、准备生铁与废铁按1:1比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)钒、铬；(2)钨、钥、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24分钟，投料后搅拌均匀。
[0012]所述的铸后热处理是:先由室温以205°C /小时速率升温至665°C，保温45分钟，再以225°C /小时速率升温至975°C，保温4.5小时；再以175°C /小时速率降温至575°C，再以215°C /小时速率升温至725°C，再以175°C /小时速率降温至225°C，保温3.5小时；再以105 °C /小时速率升温至345 °C，保温45分钟，再以105 °C /小时速率升温至525 °C，保温3.5小时，取出空冷即得。
[0013]所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成:所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成:工具钢粉3、粘土 10、氟硅酸钠4、碳酸钠2、四硼酸钠1、秸杆灰烬4、钾长石36、玉石粉3、白土 6、白云石粉3 ;制备方法是将各原料混合，加热至2600-2900°C至熔融状态，搅拌10-15分钟，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末，用水洗涤数次，烘干即得。
[0014]本发明复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的机械性能为:拉伸强度1289MPa，屈服强度918MPa，延伸率15%，断面收缩率37%，冲击吸收功56J，冲击韧性66J/cm2，硬度289HB。
【权利要求】
1.一种复合轧棍表面层用高硬度合金钢材料，其特征在于:其含有的化学兀素成分及其质量百分比为:碳 0.8-0.9、钨 2.5-3、钥 2.2-2.5、钒 0.5-0.8、铬 3.5-4.0、铌 0.05-0.10、铈 0.05-0.10、镍 1.4-1.6、钴 0.06-0.09、P ≤ 0.030、S ≤0.030、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于: (1)、准备生铁与废铁按1:0.5-1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等； (2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(I)钒、铬；(2)钨、钥、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-25分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于:所述的铸后热处理是:先由室温以200-210°C /小时速率升温至660-670°C，保温40-50分钟，再以220-230°C /小时速率升温至970-980°C，保温4_5小时；再以170_180°C /小时速率降温至570-580°C，再以210-220°C /小时速率升温至720-730°C，再以170_180°C /小时速率降温至220-230°C，保温3-4小时；再以100-110°C /小时速率升温至340_350°C，保温40-50分钟，再以100-110°C /小时速率升温至520-530°C，保温3-4小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的复合轧辊表面层用高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于:所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉3-5、粘土 10-12、氟硅酸钠3-4、碳酸钠2-3、四硼酸钠1-2、秸杆灰烬4-5、钾长石36-40、玉石粉3_4、白土 6_8、白云石粉3_4 ;制备方法是将各原料混合，加热至2600-290(TC至熔融状态，搅拌10-15分钟，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末，用水洗涤数次，烘干即得。
【文档编号】C21D6/00GK103774053SQ201310701649
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】陶国斌, 何玉平, 史承海, 晏绍斌, 屠明安 申请人:马鞍山市方圆材料工程有限公司