一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊及其生产工艺的制作方法

本发明涉及一种轧辊及其生产工艺，尤其涉及一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊及其生产工艺。

背景技术：

随着我国造船业的快速发展，对造船中广泛应用的异型球扁钢需求越来越大。目前轧制船用异型球扁钢的轧辊普遍用珠光体材质。珠光体材质的轧辊，因其基体组织的局限性，合金化碳化物含量相对较低，耐磨性能受到一定影响。轧制一定的产量后，轧辊受热力、压力、水冷却影响轧辊孔型工作部位组织很容易产生氧化性疲劳裂纹，并不断延伸扩大，严重影响轧制产量和轧件的表面质量，修磨时修磨量也随之加大。使轧辊在轧制作业中前后期的轧制产量相差较大，不得不使轧辊提前退役，导致效率和效益大幅度下降，进而加大异型球扁钢的生产成本。另外由于现有的异型钢成品轧辊形状结构设计不合理，也经常导致轧辊使用寿命低，轧制产品质量不合格，给企业带来较大的经济损失。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种耐磨性高、耐挤压和耐冲击压能力强，使用寿命长且轧制产品表面质量优异的新型球墨铸铁异型钢成品轧辊及其生产工艺。

实现本发明目的的技术方案是：

首先提供一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊生产工艺；其特征在于：包括如下步骤：

(1)配置轧辊化学成分：C：3.2～3.5％、Si：1.4～1.60％、Mn：0.4～0.6％、P≤0.03％、S≤0.025％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.3～3.8％、Mo：0.3～0.6％；V：0.2～0.4％、Nb：0.2～0.4％、Re：0.05～0.10％、Mg≥0.05％，余量为Fe或少量残余元素；

(2)熔炼铁水及浇注：熔炼铁水时加入变质剂，同时加入球化剂进行球化处理，3～5分钟后加入孕育剂进行连续孕育，提高球化级别，培育完整分布均匀的球状石墨，待温度下降至浇注温度时开始浇注；

(3)轧辊热处理及金加工：待辊坏温度下降至热开箱温度后开箱装入电阻炉进行特殊热处理，随后待温度降至常温后出炉金加工。

上述技术方案，所述步骤(2)加入的变质剂为1～3千克/吨钇基铁水变质剂；熔炼铁水成分达标后，待温度在1410℃～1430℃出炉并加入镍镁合金球化剂进行球化处理，球化处理采用冲入法工艺，首次出65％的铁水，球化反应结束后，加入0.25～0.35kg铁硅孕育剂，补出35％的铁水孕育，完毕再加入0.10～0.20kgCaSi孕育剂连续孕育，其间用电磁搅拌机在钢包内搅拌20～30秒钟至液相温度+30～50℃将铁水浇入轧辊型模中。

上述技术方案，所述步骤(3)中采用热开箱工艺，待辊温度降至550～650℃时开箱装入电阻炉进行球化扩散退火，每小时升温8～12℃，至Acm+30℃后保温8小时，然后出炉吊装至喷淬机上旋转喷淬，喷淬5～10分钟，间息2～3分钟，以此循环多次；当辊温在450～480℃时装炉回火，每小时升温10～15℃，温度至550～580℃后，保温6小时，按此要求进行2～3次正火+回火热处理或喷淬热处理。

其次提供一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊，所述轧辊成分为：C：3.2～3.5％，Si：1.4～1.60％，Mn：0.4～0.6％，P≤0.03％、S≤0.025％，Cr：0.5～0.8％，Ni：3.3～3.8％，Mo：0.3～0.6％，V：0.2～0.4％，Nb：0.2～0.4％，Re：0.05～0.10％，Mg≥0.05％，余量为Fe或少量残余元素。

上述技术方案，所述轧辊辊面硬度为70～80HSD，辊颈抗拉强度≥380Mpa。

上述技术方案，所述轧辊基体组织为球状石墨+贝氏体+马氏体。

最后提供一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊组件，所述轧辊组件由两根轧辊组成，包括上辊和下辊，所述上辊包括上辊颈和上辊身，所述上辊身上开设有环绕上辊身的至少两个异型凹槽；所述下辊包括下辊颈和下辊身，所述下辊身对应设有环绕下辊身的至少两个异型凸台，所述上辊身和下辊身相互啮合。

上述技术方案，所述异型凹槽一端为向上辊身中心延伸的上直角平面，另一端为向上辊身中心延伸的上弧面，所述上直角平面底部与上辊面之间的高度差为h1，所述上弧面底部与上辊面之间的高度差为h2，h2＞h1；所述上直角平面底部与上弧面底部通过一环绕辊身的上倾斜面相连；所述上弧面半径为上辊身半径的1/4～1/3；所述异型凸台一端为从下辊面向外延伸的下直角平面，另一端为从下辊面向外延伸的下弧面，所述下直角平面顶部与下辊面之间的高度差为H1，所述下弧面顶部与下辊面之间的高度差为H2，H2＞H1；所述下直角平面顶部与下弧面顶部通过一环绕辊身的下倾斜面相连；所述下弧面半径为下辊身半径的1/4～1/3；h1＝H1，h2＝H2。

上述技术方案，所述异型凹槽和异型凸台均设置三个，均匀分布在上辊身上和下辊身上。

上述技术方案，所述上辊身与上辊颈连接处，及下辊身与下辊颈连接处均设有弧形倒角，所述弧形倒角半径为分别为上辊颈和下辊颈半径的1/3～1/2。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明根据异型球扁钢轧制的作业环境，加入一定含量的特殊合金化合物元素钒和铌，进一步细化显微组织，提高耐磨性，增强挤压和冲压刚性，减缓轧制过程中的热疲劳、阻碍氧化裂纹的产生，进而延迟轧辊的寿命，提高前后期的轧制产量和异型球扁钢的表面质量；

(2)本发明通过在冶炼铁水时加入适量的钇基铁水变质剂，可去除铁水中的有害元素，从而起到净化铁水、提供铁水纯净度的作用；同时加入镍镁球剂和CaSi孕育剂可提高球化级别，培育一定量完整且均匀分布的球状石墨，达到改善轧辊的综合力学性能，提高轧制产品产量和质量，延长轧辊使用寿命，达到企业降本增效的目的；

(3)本发明辊坯通过在适时的温度下开箱热处理，并结合球化退火，多次正火+回火或喷淬热处理综合运用，有效消除了轧辊热处理时的热应力，保证了轧辊形成球状石墨+贝氏体+马氏体的基体组织，可使轧辊具有良好的耐磨性，很高的加压韧性和抗热裂性能，可使轧辊在机使用过程中轧制量比传统珠光体材质轧辊提高80％，产品表面质量优异；

(4)本发明轧辊通过在辊身上开设有符合轧制产品要求的异型凹槽或异型凸台，并通过两个相互啮合的上、下轧辊组合在一定的轧制压力下生产出异型扁钢成品，一个辊身上可通过扁钢的尺寸大小设计多个异型凹槽或异型凸台从而可一次性轧制多个异型扁钢成品，提高生产效率和扁钢成品的一致性；

(5)本发明轧辊组件中异型凹槽或异型凸台均匀布置在辊身上，可保证不同区域轧制力相同，从而进一步保证了轧制产品的质量；

(6)本发明上辊身和上辊颈及下辊身与下辊颈连接处均设有弧形倒角可降低轧辊轧制时受力过大造成连接处产生应力集中，从而产生裂纹并导致断裂，延长轧辊的使用寿命。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明轧辊组件结构示意图；

图2为本发明轧辊组件中上辊身异型凹槽局部放大图；

图3为本发明轧辊组件中下辊身异型凸台局部方大图；

图中1、上辊；11、上辊颈；12、上辊身；13、异型凹槽；13-1、上直角平面；13-2、上弧面；13-3、上倾斜面；2、下辊；21、下辊颈；22、下辊身；23、异型凸台；23-1、下直角平面；23-2、下弧面；23-3、下倾斜面。

具体实施方式

(实施例1)

本发明新型球墨铸铁异型钢成品轧辊生产工艺；包括如下步骤：

(1)配置轧辊化学成分：C：3.3％，Si：1.4％，Mn：0.4％，P：0.02％、S：0.015％，Cr：0.6％，Ni：3.4％，Mo：0.4％，V：0.3％，Nb：0.2％，Re：0.06，Mg：0.06％，余量为Fe或少量残余元素；

(2)熔炼铁水及浇注：熔炼铁水时加入1千克/吨钇基铁水变质剂，熔炼铁水成分达标后，待温度在1410℃出炉并加入镍镁合金球化剂进行球化处理，球化处理采用冲入法工艺，首次出65％的铁水，球化反应结束后，加入0.25kg铁硅孕育剂，补出35％的铁水孕育，完毕再加入0.10kgCaSi孕育剂连续孕育，其间用电磁搅拌机在钢包内搅拌20～30秒钟至液相温度+30℃将铁水浇入轧辊型模中；

(3)辊坯热处理及金加工：采用热开箱工艺，待辊温度降至550℃时开箱装入电阻炉进行球化扩散退火，每小时升温8℃，至Acm+30℃后保温8小时，然后出炉吊装至喷淬机上旋转喷淬，喷淬5～10分钟，间息2～3分钟，以此循环3次；当辊温在450℃时装炉回火，每小时升温10℃，温度至550℃后，保温6小时，按此要求进行3次正火+回火热处理。

通过上述工艺获得一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊，其成分为：C：3.3％，Si：1.4％，Mn：0.4％，P：0.02％、S：0.015％，Cr：0.6％，Ni：3.4％，Mo：0.4％，V：0.3％，Nb：0.2％，Re：0.06％，Mg：0.06％，余量为Fe或少量残余元素。轧辊基体组织为球状石墨+贝氏体+马氏体。轧辊辊面硬度设计值为70～80HSD，本实施例辊面硬度实测值为73HSD，辊颈抗拉强度设计值为≥380Mpa，本实施例辊颈抗拉强度实测值为395Mpa。

见图1，本发明一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊组件由两根轧辊组成，包括上辊1和下辊2，所述上辊1包括上辊颈11和上辊身12，所述上辊身12上开设有环绕上辊身12的至少两个异型凹槽13；所述下辊2包括下辊颈21和下辊身22，所述下辊身22对应设有环绕下辊身22的至少两个异型凸台23，所述上辊身12和下辊身22相互啮合。

见图2和图3，异型凹槽13一端为向上辊身12中心延伸的上直角平面13-1，另一端为向上辊身中心延伸的上弧面13-2，所述上直角平面13-1底部与上辊面之间的高度差为h1，所述上弧面13-2底部与上辊面之间的高度差为h2，h2＞h1；所述上直角平面13-1底部与上弧面13-2底部通过一环绕辊身的上倾斜面13-3相连；所述上弧面13-2半径为上辊身12半径的1/4～1/3；所述异型凸台23一端为从下辊面向外延伸的下直角平面23-1，另一端为从下辊面向外延伸的下弧面23-2，所述下直角平面23-1顶部与下辊面之间的高度差为H1，所述下弧面23-2顶部与下辊面之间的高度差为H2，H2＞H1；所述下直角平面23-1顶部与下弧面23-2顶部通过一环绕辊身的下倾斜面23-3相连；所述下弧面23-2半径为下辊身22半径的1/4～1/3；h1＝H1，h2＝H2。

本发明中异型凹槽13和异型凸台23均设置三个，均匀分布在上辊身12上和下辊身22上；所述上辊身12与上辊颈11连接处，及下辊身22与下辊颈21连接处均设有弧形倒角，所述弧形倒角半径为分别为上辊颈11和下辊颈21半径的1/3～1/2。

(实施例2)

本发明具有新型球墨铸铁异型钢成品轧辊生产工艺，包括如下步骤：

(1)配置轧辊化学成分：C：3.4％，Si：1.5％，Mn：0.5％，P：0.015％、S：0.02％，Cr：0.7％，Ni：3.6％，Mo：0.5％，V：0.2％，Nb：0.4％，Re：0.08％，Mg：0.07％，余量为Fe或少量残余元素；

(2)熔炼铁水及浇注：熔炼铁水时加入2千克/吨钇基铁水变质剂，熔炼铁水成分达标后，待温度在1420℃出炉并加入镍镁合金球化剂进行球化处理，球化处理采用冲入法工艺，首次出65％的铁水，球化反应结束后，加入0.30kg铁硅孕育剂，补出35％的铁水孕育，完毕再加入0.15kgCaSi孕育剂连续孕育，其间用电磁搅拌机在钢包内搅拌20～30秒钟至液相温度+40℃将铁水浇入轧辊型模中；

(3)辊坯热处理及金加工：采用热开箱工艺，待辊温度降至600℃时开箱装入电阻炉进行球化扩散退火，每小时升温10℃，至Acm+30℃后保温8小时，然后出炉吊装至喷淬机上旋转喷淬，喷淬5～10分钟，间息2～3分钟，以此循环5次；当辊温在450℃时装炉回火，每小时升温12℃，温度至565℃后，保温6小时，按此要求进行3次正火+回火热处理。

通过上述工艺获得一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊，其成分为：C：3.4％，Si：1.5％，Mn：0.5％，P：0.015％、S：0.02％，Cr：0.7％，Ni：3.6％，Mo：0.5％，V：0.2％，Nb：0.4％，Re：0.08％，Mg：0.07％，余量为Fe或少量残余元素。轧辊基体组织为球状石墨+贝氏体+马氏体。轧辊辊面硬度设计值为70～80HSD，本实施例辊面硬度实测值为75HSD，辊颈抗拉强度设计值为≥380Mpa，本实施例辊颈抗拉强度实测值为405Mpa。

(实施例3)

本发明具有新型球墨铸铁异型钢成品轧辊生产工艺，包括如下步骤：

(1)配置轧辊化学成分：C：3.5％，Si：1.6％，Mn：0.6％，P：0.015％、S：0.02％，Cr：0.8％，Ni：3.8％，Mo：0.6％，V：0.4％，Nb：0.2％，Re：0.09％，Mg：0.06％，余量为Fe或少量残余元素；

(2)熔炼铁水及浇注：熔炼铁水时加入3千克/吨钇基铁水变质剂，熔炼铁水成分达标后，待温度在1430℃出炉并加入镍镁合金球化剂进行球化处理，球化处理采用冲入法工艺，首次出65％的铁水，球化反应结束后，加入0.30kg铁硅孕育剂，补出35％的铁水孕育，完毕再加入0.20kgCaSi孕育剂连续孕育，其间用电磁搅拌机在钢包内搅拌20～30秒钟至液相温度+50℃将铁水浇入轧辊型模中；

(3)辊坯热处理及金加工：采用热开箱工艺，待辊温度降至650℃时开箱装入电阻炉进行球化扩散退火，每小时升温12℃，至Acm+30℃后保温8小时，然后出炉吊装至喷淬机上旋转喷淬，喷淬5～10分钟，间息2～3分钟，以此循环4次；当辊温在480℃时装炉回火，每小时升温15℃，温度至580℃后，保温6小时，按此要求进行2次正火+回火热处理。

通过上述工艺获得一种新型球墨铸铁异型钢成品轧辊，其成分为：C：3.5％，Si：1.6％，Mn：0.6％，P：0.015％、S：0.02％，Cr：0.8％，Ni：3.8％，Mo：0.6％，V：0.4％，Nb：0.2％，Re：0.09％，Mg：0.06％，余量为Fe或少量残余元素。轧辊基体组织为球状石墨+贝氏体+马氏体。轧辊辊面硬度设计值为70～80HSD，本实施例辊面硬度实测值为78HSD，辊颈抗拉强度设计值为≥380Mpa，本实施例辊颈抗拉强度实测值为423Mpa。

本发明通过优化成分配置采用精选的特殊碳化物元素钒、铌、钼、锢合金，铌、钒的加入可改变碳化物以不连续(粒状)状态存在，提高轧辊的显微组织。钼是制造轧辊的十分重要的元素，不但能细化基体组织，增加耐磨性，形成金属形碳化物组织能在各种轧制环境下，降低硬度落差，产生红硬性，并能生成耐磨性能特好的氧化膜，无论在辊面和孔型内均有此功能。使轧辊在使用过程中，前期和后期的轧制量基本相当，而且磨损缓慢，修磨量小，只需2～4毫米，因此对轧辊的使用寿命不断延长，而且轧材的表面质量一直保持在较好的状态。

本发明根据轧辊材质高碳石墨钢的特点，浇注后辊坯采用球化扩散退火是十分重要的热处理工艺，通过这道热处理工艺后，形成的球状石墨较圆整，分布较均匀，金相组织观察时，在可视范围内的石墨球个数较多，石墨球直径大都在2～4um之间。多次正火+回火或喷淬可根据成品机架应用情况来选择确定。

本发明最大的亮点是通过加入适量的钇基重稀土变质剂(1～3kg/吨)，利用其在冶炼期间稀土活性元素的作用，去除钢中的有害元素的影响，净化铁(钢)水，提高纯净度，进一步保证轧辊的力学性能。加入量过少时，形成的稀土氧化物等高熔点非均质形核核心不足，组织晶粒细化程度不佳，且钢内有害杂质无法完全净化，不能最大程度的提高轧辊的综合性能。加入量过多时，经研究表明，由于钢液内部不能提供足够的能量起伏使所有的晶核有效长大，所以晶粒不能进一步细化，反而会继续长大，不利于轧辊综合性能的提高，且加入量增多还会增加企业生产成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。