一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法
阅读说明：本技术 一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法 (Preparation method of hot-cracking-resistant cast steel roll collar of section steel rail beam universal mill ) 是由 胡兵 张朗 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高性能材料技术领域,具体涉及一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法,包括如下步骤：步骤A：采用电磁感应炉熔炼铸钢水,钢水温度达到温度后出炉在离心浇注钢水完成浇注；步骤B：浇注完毕后即进行开箱取出毛坯辊环,放入高温电阻炉内进行保温；步骤C：保温结束后速度进行降温,达到室温进行卸炉；步骤D：对毛坯辊环进行粗加工后得到粗加工辊环,步骤E：对粗加工辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵,然后进行热处理。本发明制备出的型钢轧机用万能辊环,具有高耐磨及抗热裂性良好的性能,适用于各种厚度要求的辊环产品。(The invention relates to the technical field of high-performance materials, in particular to a preparation method of a hot-cracking-resistant cast steel roll collar of a section steel rail beam universal mill, which comprises the following steps: step A: smelting cast molten steel by using an electromagnetic induction furnace, discharging the molten steel from the furnace after the temperature of the molten steel reaches the temperature, and centrifugally casting the molten steel to finish casting; and B: opening the box after the pouring is finished, taking out the blank roll collar, and putting the blank roll collar into a high-temperature resistance furnace for heat preservation; and C: cooling at a speed after the heat preservation is finished, and unloading the furnace when the temperature reaches the room temperature; step D: and E, rough machining the blank roll collar to obtain a rough machined roll collar, and step E: and plugging the inner hole of the rough-machined roll collar by using ceramic fibers, and then carrying out heat treatment. The universal roll collar for the section steel rolling mill prepared by the invention has the advantages of high wear resistance and good thermal cracking resistance, and is suitable for roll collar products with various thickness requirements.)
技术领域
本发明涉及高性能材料技术领域，具体涉及一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法。
背景技术
随着型钢厂轧制产量和生产效率的不断提高，对辊环综合性能提出了更高的要求，现有技术中，常规半钢万能辊环出现在机周期短、下机辊面粗糙的问题，严重制约了型钢轧线产能提升。铸钢材质具有高耐磨、抗热裂性良好的特点，同时，针对型钢轨梁万能辊环外层厚度大，铸造及热处理工序均容易发生开裂的问题，需针对万能辊环设计专用铸钢材质及制备工艺；如何设计合理的铸钢万能辊环化学成分范围，如何确定制备工艺，都是开发铸钢万能辊环的关键。
发明内容
本发明目的提高型钢轨梁用万能辊环的耐磨性，改善辊环下机辊面质量，提升轧辊质量，降低轧辊消耗量。
为实现上述技术，本发明提供如下技术方案：
一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：采用电磁感应炉熔炼铸钢水，钢水温度达到一定温度后出炉，在型腔内离心浇注钢水，完成浇注；
步骤B：浇注完毕一段时间后即进行开箱取出毛坯辊环，迅速放入高温电阻炉内进行保温；
步骤C：保温结束后以一定的速度进行降温，达到室温即可进行卸炉；
步骤D：对毛坯辊环进行粗加工后得到粗加工辊环，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm；
步骤E：先对粗加工辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，然后进行热处理即可。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中外层铸钢水温度达到1600～1650℃出炉，在1400～1450℃时进行离心浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中离心浇注分三层逐层浇注，外层、中间层及芯部钢水成分一致。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中辊环可采用一出一的方式，也可一出多(即浇一支切割成多支)的方式进行。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中保温温度650～850℃，保温时间30-50h；或者在浇注完毕100-150h后冷开箱，冷开箱放入高温炉以10-30℃/h升温速率升温至650-850℃保温。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中以5-15℃/h的速度进行降温缓冷。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中的热处理步骤为：采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～15h，保温结束出炉，喷雾30～60min至辊环表面温度为500～530℃，空冷，空冷至400～500℃后装炉回火。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E中回火温度为500～580℃，保温时间30-60h，连续回火2～3次。
一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环，所述钢辊环为整体结构，分三层离心浇注，材质为铸钢，化学成分范围：C：1.50～2.10，Si：0.30～1.00，Mn：0.50～1.20，P≤0.05，S≤0.05，Cr：5.00～8.00，Ni：0.50～1.80，Mo：1.00～8.00，V：≤5.00，其他杂质元素Cu+Mg+Ti≤0.50。
与现有技术相比，本发明提供的一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法有益效果如下：
1.本发明提供一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法，钢辊环根据万能辊环使用条件，对万能辊环制造方式进行了优化改良，虽然采用离心分层浇注，但外层中间层及芯部成分均采用相同成分进行离心浇注，成分一体避免了芯部钢水对外层钢水反蚀造成的厚度不足进而影响后期使用性能的情况，进一步看，辊环成分一体化也使的辊环采用一次生产多支辊环成为可能，成分一体化解决了常规复合生产方式一出多出现的侧壁因成分不达标导致的不耐磨等使用问题。
2.本发明提供一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法，新设计的铸钢材质辊环相较于常规半钢辊环，耐磨性大幅提升，避免辊环早期出现表面粗糙、掉肉等情况的发生。
3.本发明提供一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法，采用毛坯退火的一次热处理保证芯部高韧性，最终热处理采用淬火+回火的方式，既保证了工作层的高耐磨性，又保证了芯部良好韧性，保证在装配时承受过盈装配力及使用过程中承受的扭矩及弯辊力，通过在热处理过程中及时对内孔进行保护，合理选取热处理工艺等方式，最终研究出铸钢万能辊环。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明铸钢万能辊环放大500倍的金相图片。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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作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。
一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：采用电磁感应炉熔炼铸钢水，钢水温度达到一定温度后出炉，在型腔内离心浇注钢水，完成浇注；
步骤B：浇注完毕一段时间后即进行开箱取出毛坯辊环，迅速放入高温电阻炉内进行保温；
步骤C：保温结束后以一定的速度进行降温，达到室温即可进行卸炉；
步骤D：对毛坯辊环进行粗加工后得到粗加工辊环，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm；
步骤E：先对粗加工辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，然后进行热处理即可。
优选的：所述步骤A中外层铸钢水温度达到1600～1650℃出炉，在1400～1450℃时进行离心浇注。
优选的：所述步骤A中离心浇注分三层逐层浇注，外层、中间层及芯部钢水成分一致。
优选的：所述步骤A中辊环可采用一出一的方式，也可一出多(即浇一支切割成多支)的方式进行。
优选的：所述步骤B中浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温。
优选的：所述步骤B中保温温度650～850℃，保温时间30-50h；或者在浇注完毕100-150h后冷开箱，冷开箱放入高温炉以10-30℃/h升温速率升温至650-850℃保温。
优选的：所述步骤C中以5-15℃/h的速度进行降温缓冷。
优选的：所述步骤E中的热处理步骤为：采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～15h，保温结束出炉，喷雾30～60min至辊环表面温度为500～530℃，空冷，空冷至400～500℃后装炉回火。
优选的：所述步骤E中回火温度为500～580℃，保温时间30-60h，连续回火2～3次。
一种型钢轨梁万能轧机抗热裂铸钢辊环，所述钢辊环为整体结构，分三层离心浇注，材质为铸钢，化学成分范围：C：1.50～2.10，Si：0.30～1.00，Mn：0.50～1.20，P≤0.05，S≤0.05，Cr：5.00～8.00，Ni：0.50～1.80，Mo：1.00～8.00，V：≤5.00，其他杂质元素Cu+Mg+Ti≤0.50。
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1600～1650℃出炉，在钢水温度达到1400～1450℃时进行离心浇注，分三层浇注，外层、中间层及芯部钢水成分一致；浇注完毕10～15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度650～850℃，保温时间30-50h，保温结束以5-15℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉；对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量10～20mm，内孔直径方向留量20～30mm，高度方向留量10～20mm；对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1000～1100℃温度加热，保温时间5～15h，保温结束出炉，喷雾30～60min至辊环表面温度为500～530℃，空冷，空冷至400～500℃后装炉回火；回火温度500～580℃，保温时间30-60h，连续回火2～3次。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1630℃出炉，在钢水温度达到1420℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1130℃时第二次浇注，型腔温度达到1120℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1680℃，浇注温度1425℃。实际外层化学成分：C：1.52，Si：0.36，Mn：0.62，P:0.032，S:0.021，Cr：5.62，Ni：0.92，Mo：2.36，V：3.30。浇注完毕13h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度750℃，保温时间35h，保温结束以10℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量15mm，内孔直径方向留量25mm，高度方向留量15mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间12h，保温结束出炉，喷雾40min至辊环表面温度500℃空冷，空冷至455℃装炉回火。回火温度530℃，保温时间45h，连续回火2次。
图1为实施例1铸钢辊环显微组织图片，白色物相为碳化物，从图中可以看出，碳化物分布均匀，组织为马氏体、残奥+碳化物，较半钢珠光体基体强度明显提高。在放大500倍的情况下，碳化物较半钢碳化物更均匀，基体显微强度高，有利于提高材质耐磨性。
实施例2
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1645℃出炉，在钢水温度达到1420℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1130℃时第二次浇注，型腔温度达到1125℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1675℃，浇注温度1426℃。实际外层化学成分：C：1.55，Si：0.39，Mn：0.65，P:0.036，S:0.025，Cr：6.62，Ni：0.93，Mo：1.95，V：2.9。浇注完毕15h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在25min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度800℃，保温时间40h，保温结束以8℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量16mm，内孔直径方向留量26mm，高度方向留量13mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1050℃温度加热，保温时间13h，保温结束出炉，喷雾45min至辊环表面温度510℃空冷，空冷至456℃装炉回火。回火温度520℃，保温时间50h，连续回火3次。
实施例3
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1650℃出炉，在钢水温度达到1430℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1120℃时第二次浇注，型腔温度达到1123℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1672℃，浇注温度1422℃。实际外层化学成分：C：1.65，Si：0.59，Mn：0.68，P:0.036，S:0.029，Cr：6.52，Ni：0.83，Mo：1.93，V：2.85。浇注完毕13h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在28min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度820℃，保温时间38h，保温结束以7℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量15mm，内孔直径方向留量25mm，高度方向留量13mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1050℃温度加热，保温时间13h，保温结束出炉，喷雾43min至辊环表面温度500℃空冷，空冷至453℃装炉回火。回火温度530℃，保温时间45h，连续回火2次。
实施例4
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1630℃出炉，在钢水温度达到1430℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1130℃时第二次浇注，型腔温度达到1122℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1671℃，浇注温度1421℃。实际外层化学成分：C：1.61，Si：0.55，Mn：0.68，P:0.032，S:0.025，Cr：6.32，Ni：0.93，Mo：1.91，V：2.83。浇注完毕12h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在27min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度830℃，保温时间37h，保温结束以8℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量13mm，内孔直径方向留量26mm，高度方向留量12mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间12h，保温结束出炉，喷雾46min至辊环表面温度520℃空冷，空冷至456℃装炉回火。回火温度525℃，保温时间50h，连续回火2次。
实施例5
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1625℃出炉，在钢水温度达到1450℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1125℃时第二次浇注，型腔温度达到1123℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1670℃，浇注温度1425℃。实际外层化学成分：C：1.53，Si：0.57，Mn：0.69，P:0.031，S:0.026，Cr：6.32，Ni：0.91，Mo：1.96，V：2.81。浇注完毕11h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度820℃，保温时间36h，保温结束以9℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量15mm，内孔直径方向留量28mm，高度方向留量15mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1030℃温度加热，保温时间13h，保温结束出炉，喷雾50min至辊环表面温度525℃空冷，空冷至430℃装炉回火。回火温度530℃，保温时间40h，连续回火3次。
实施例6
采用电磁感应炉熔炼钢水，钢水温度达到1623℃出炉，在钢水温度达到1453℃时进行离心浇注，浇注完毕，型腔温度达到1125℃时第二次浇注，型腔温度达到1125℃时第三次浇注，第二次及第三次浇注钢水均第一次浇注的钢水浇注完毕即进行出钢，出钢温度1673℃，浇注温度1420℃。实际外层化学成分：C：1.51，Si：0.56，Mn：0.68，P:0.030，S:0.016，Cr：5.32，Ni：0.91，Mo：1.96，V：2.71。浇注完毕13h后即进行开箱，红热状态的毛坯辊环在30min内放入高温电阻炉内进行保温，保温温度810℃，保温时间35h，保温结束以8℃/h的速度进行降温，辊温达到室温可进行卸炉。对毛坯辊环进行粗加工，辊环外圆直径方向留量13mm，内孔直径方向留量27mm，高度方向留量15mm。对粗加工辊环进行热处理，热处理前辊环内孔用陶瓷纤维进行封堵，采用1050℃温度加热，保温时间11h，保温结束出炉，喷雾45min至辊环表面温度520℃空冷，空冷至435℃装炉回火。回火温度535℃，保温时间45h，连续回火3次。
对照例表如下：
对照例1为常规半钢辊环；取实施例1～实施例6、对照例1产品进行试样拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准GB/T1503～2008。检测结果如表1：
实施例产品拉伸力学性能检测结果
通过对铸钢辊环与半钢辊环进行性能对比，通过对比发现，铸钢辊环宏观硬度高30％以上，而表征使用性能的相对耐磨性，铸钢辊环相对耐磨性可达到半钢辊环的2.5倍以上，使用寿命大大提高。从试验室检测数据看，铸钢材质辊环较半钢抗热裂性明显增加，辊面状态明显优化常规半钢辊环；根据性能检测结果，铸钢辊环较半钢辊环性能大大提高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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