一种棒线材及热轧带钢轧机用工作辊生产工艺

技术领域

本发明涉及一种棒线材及窄带钢轧机用工作辊生产方法，尤其是一种高合金离心复合轧辊特殊生产工艺。

背景技术

随着我国轧钢工业的快速发展，对于作为轧机主要消耗备件之一的轧辊使用提出了更高的要求，为提高轧辊的使用寿命，降低轧钢成本，轧辊的材质改进也迫在眉睫，特别是棒线材轧机和窄带钢轧机，推行高合金工作层轧辊已是当务之急，而由于棒线材轧机和带钢轧机所用轧辊一般规格较小，采用常规的离心复合方式生产高合金材质工作层轧辊时容易在芯部形成大量合金，造成芯部碳化物量过大，强度偏低，在轧钢时容易发生断辊等恶性事故。目前工艺制作的芯部合金含量在0.7%以上，碳化物含量在8%以上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种棒线材及热轧带钢轧机用工作辊生产工艺，以解决目前采用离心复合方式生产的高合金工作层轧辊易出现的芯部合金含量高，碳化物量过大的问题，提高其强度和韧性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种棒线材及热轧带钢轧机用工作辊生产工艺，包括以下工艺步骤：a、采用高合金材料经中频炉熔炼工作层铁水；b、采用低合金球墨铸铁材料经中频炉熔炼芯部铁水c、进行离心浇注工作层铁水；d、合箱后顶注式加半冲洗浇注芯部铁水而成复合轧辊毛坯，通过冲洗置换部分芯部铁水，保证芯部合金含量满足性能要求；e、对毛坯轧辊进行相应检验合格后转入加工工序；f、划底端中心孔线，钻底端中心孔；g、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行粗车加工；h、对辊颈部位利用隔热材料进行包扎保护；i、将经过步骤i的轧辊放入高温热处理电阻炉按工艺要求加热，使辊身部位达到工艺要求淬火温度并进行保温；j、将经过步骤j的轧辊吊出电阻炉，放置在冷却现场，进行控制速度冷却；k、轧辊冷却完毕转电阻炉进行回火处理；l、回火结束后转加工工序，重新修磨底端中心孔；m、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行精车加工；n、划线及加工键槽、镗洗扁头平面，加工各处圆角；o、精磨辊身辊颈至成品；p、成品检验。

为提高轧辊的使用寿命，本发明所述高合金材料和低合金球墨铸铁的化学成分分别为：

。

本发明所述步骤c中离心浇注工作层铁水采用卧式离心机，重力倍数选择80以上。

为避免在轧辊热处理时发生裂纹以及制定合理的热处理工艺参数，在步骤g、h之间进行辊身辊颈部位金相及探伤检测，合格后转入热处理工序。

为保证辊颈温度在加热时温度过高，影响性能，所述步骤h中的隔热材料一般采用为陶瓷纤维，包扎厚度为30-50mm。

为保证轧辊的奥氏体化程度，所述步骤i中加热温度一般在1000-1200℃之间。

为避免轧辊在加工至成品后因组织硬度不合格致废，在所述步骤k、l之间进行辊身、辊颈金相及硬度检测，合格后转加工工序，一次成功。

所述步骤d中的半冲洗具体为：在顶注式浇完芯部铁水后，继续增加浇注芯部铁水量，将第一次浇进型腔的芯部铁水冲洗置换出一部分，由溢流管道溢出,具体冲洗置换铁水量根据产品规格和工作层厚度以及合金含量不同而不同。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用独特的离心复合加顶注式半冲洗浇注方法制造的棒线材及带钢轧机用轧辊，解决了常规方法生产小直径高合金工作层轧辊芯部合金偏高难题，在提高工作层寿命3倍以上的同时，杜绝了因芯部合金含量偏高造成的在机断辊事故。因为：采用常规顶注式浇注芯部铁水方法生产的小直径高合金离心复合轧辊，为保证轧辊的耐磨性，工作层合金含量往往较高，而在进行芯部浇注时，为保证工作层和芯部很好融合，需要溶蚀一部分工作层铁水进入芯部，这样会造成芯部合金含量偏高，从而造成芯部组织中碳化物含量过高，直接造成芯部塑性和韧性降低，强度降低；而采用顶注式加半冲洗方式浇注芯部铁水，在顶注式浇注芯部铁水后，再进行半冲洗浇注的芯部铁水会将顶注式浇注的含有高合金的芯部铁水置换出来一部分，降低芯部铁水合金含量，从而降低芯部组织中的碳化物含量，提高芯部的塑性、韧性和强度，在提高轧辊工作层耐磨性的同时，避免轧辊在轧钢过程中因芯部强度低发生断辊等恶性事故。

附图说明

图1是本发明工作层离心浇注示意图；

图2是本发明顶注式加半冲洗浇注填芯示意图；

其中，1、浇注漏斗；2、外层铁水；3、冷型；4、卧式离心机；5、填芯漏斗；6、冒口箱；7、端盖箱；8、工作层；9、端盖箱；10、中圈；11、底箱；12、溢流管；13、芯部铁水。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

     实施例1：以生产φ370×600×1710的国内某棒材轧机用辊为例，具体说明生产高合金离心复合棒线材及带钢轧机用工作辊的工艺过程。

所用的工作层高合金材料为高速钢材质，芯部材料选用低合金球墨铸铁，这些材料能够满足生产离心复合高合金轧辊性能要求。成分如下表1所示（均为重量百分含量，余量为铁）：

表1

离心复合高速钢轧辊的具体工艺步骤如下：a、采用高速钢材料经中频炉熔炼工作层铁水；b、采用普通低合金球墨铸铁材料经中频炉熔炼芯部铁水； c、进行离心浇注工作层铁水，参见附图1；d、合箱后顶注式浇入要求的芯部铁水量，继续加入适量芯部铁水进行冲洗置换部分芯部铁水，最终浇注而成复合轧辊毛坯，参见附图2；e、对毛坯轧辊进行金相组织初步检验，合格后转入加工工序；f、划底端中心孔线，钻底端中心孔；g、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行粗车加工至辊身直径φ382mm；h、对辊颈部位包扎40mm厚陶瓷纤维；i、将轧辊放入高温热处理电阻炉加热至1000-1150℃保温；j、保温结束后轧辊吊出电阻炉，放置在冷却现场，进行控制冷却；k、轧辊冷却完毕转电阻炉进行回火处理；l、回火结束后转加工工序，重新修磨底端中心孔；m、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行精车加工至φ371mm；n、划线及加工键槽、镗洗扁头平面，加工各处圆角；o、精磨辊身辊颈至成品即辊身尺寸为φ370×600；p、成品检验辊身硬度为80-85HSD，辊颈硬度为40-45HSD，经过检测其芯部合金总量为0.51%，组织碳化物含量为4.2%，满足用户要求且已在用户上机正常使用，效果良好，初步统计轧制量已达到普通高镍铬轧辊3.0倍。

实施例2：以生产φ340×600×1465的国内某高线轧机用辊为例，具体说明生产高合金离心复合棒线材及带钢轧机用工作辊的工艺过程。

此辊所用的工作层高合金材料同样为高速钢材质，因轧机条件工作不同，成分与上一支略有区别，芯部材料选用低合金球墨铸铁，这些材料生产的轧辊同样能够满足用户要求。成分如下表2所示（均为重量百分含量，余量为铁）：

表2 

离心复合高合金轧辊的具体工艺步骤如下：a、采用高速钢材料经中频炉熔炼工作层铁水；b、采用普通低合金球墨铸铁材料经中频炉熔炼芯部铁水；c、进行离心浇注工作层铁水；d、合箱后顶注式浇入要求的芯部铁水量，继续加入适量芯部铁水进行冲洗置换部分芯部铁水，最终浇注而成复合轧辊毛坯；e、对毛坯轧辊进行金相组织初步检验，合格后转入加工工序；f、划底端中心孔线，钻底端中心孔；g、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行粗车加工至辊身直径φ352mm；h、对辊颈部位包扎30mm厚陶瓷纤维；i、将轧辊放入高温热处理电阻炉加热至1050-1200℃保温；j、保温结束后轧辊吊出电阻炉，放置在冷却现场，进行风冷加空冷控制速度冷却；k、轧辊冷却完毕转电阻炉进行回火处理；l、回火结束后转加工工序，重新修磨底端中心孔；m、顶底端中心孔，夹冒端辊颈进行精车加工至φ341mm；n、划线及加工键槽、镗洗扁头平面，加工各处圆角；o、精磨辊身辊颈至成品即辊身尺寸为φ340×600；p、成品检验辊身硬度为83-87HSD，辊颈硬度为35-40HSD，经检测其芯部合金总量为0.53%（重量），组织碳化物含量为4.5%（重量）。满足用户要求。目前此辊已在用户上机正常试用，初步统计轧制量也已达到普通合金球铁的3倍以上。

我们经过大量的生产试验证明：对于棒线材轧机及带钢轧机用小直径轧辊，当工作层为高合金材质时，通过本发明离心复合方式生产的轧辊，其芯部合金总量不大于0.6%，组织碳化物含量小于5%，既保证了工作层的使用寿命，又能保证芯部强度满足轧机需求。采用本工艺，主要控制芯部铬、钼等强碳化物合金的含量。

本发明采用高合金工作层材料和独特的离心加顶注式半冲洗浇注工艺生产的轧辊，避免了常规方法生产小直径离心复合轧辊心部组织合金含量高造成的金相组织差，性能指标达不到要求现象，杜绝了在轧钢使用时容易发生断辊等恶劣事故的现象，提高了轧辊的使用寿命。制造的高合金轧辊有效工作层厚度超过30mm，辊身硬度达80HSD以上，而辊颈硬度却可以控制在45HSD以下，完全满足棒线材及带钢轧机的使用要求，且使用寿命比普通高镍铬轧辊提高3倍以上。

其中，上述实施例中浇注工作层参见附图1，冷型3在卧式离心机4上高速旋转，铁水通过浇注漏斗1浇入冷型3型腔，凝固一定时间后，吊起进行合箱浇注芯部铁水。

参见附图2，此图为合箱后芯部浇注示意图，芯部铁水通过填芯漏斗5浇入型腔，浇注完成后打开溢流管12，继续浇入芯部铁水，并通过溢流管12溢出部分铁水以降低芯部合金含量。