一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法

文档序号:3416692阅读:305来源:国知局
专利名称:一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及轧辊以及轧辊制造技术领域,尤其涉及进行合金减量化设计的钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法。
背景技术
目前,国内外钢管矫直机、焊管轧机、冷弯型钢轧机所用轧辊均采用锻造合金工具钢制造,即轧辊毛坯为锻造成型。其中具有国际先进水平的为美国的D2、H13 ;德国的 X155CrVMol21、X40CrMoV5_l 和日本的 SKDl 1、SKD61 锻钢轧辊。其中,D2、X155CrVMol21、 SKDll与国内的Cr 12MoV相似,为高碳、高铬冷作模具钢。该钢种对冶炼、锻造和热处理的要求高、制造难度大,在制造过程中容易发生质量不稳定现象。因此,在使用中经常出现问题。如锻钢轧辊在使用中,尤其是激冷激热工况条件下,均出现过辊面开裂、辊轴松动等现象。国内Crl2MoV锻钢轧辊仅局限于很少量的小规格焊管轧辊采用,多数机组仍在沿用低档次锻钢轧辊,其耐磨性能差,使用寿命仅为进口锻钢轧辊的1/2 1/3,对生产影响很大。如国内最大的不锈钢焊管生产厂在引进机组上使用传统国产锻钢轧辊,该锻钢轧辊在生产过程中易粘钢,并易擦伤钢管表面,使生产无法正常运行。又如国内最大的排辊成型 500 X 500 X 20mm方矩管机组,轧辊采用GCr 15材质,使用仅一个多月轧辊表面就磨损出多道凹陷,划伤了钢管产品。钢管矫直辊、HFW/ERW焊管和冷弯型钢轧辊均属异型轧辊,具有形状复杂、规格品种繁多而批量很少的特征。尤其是HFW/ERW焊管和冷弯钢型轧辊基本上一张图纸只生产 1 2件产品,成品大的可达8 IOt/件,小的只有5 IOkg/件,使用锻造工具钢来制造就很难形成模锻,内孔一般也无法锻出,一般为自由锻成圆柱体然后加工成轧辊,因此材料利用率只有50%左右,孔型深的轧辊材料利用率低于50%,甚至40%。Crl2MoV类锻造材料可锻温区窄、锻造难度大,往往需要多次加温。因此材料利用率较低,而能耗却很高。这类轧辊因形状复杂、有效壁厚差异大,性能要求高,因此热处理难度大。在使用中还要进行多次修复重用,除要求具有高强度、高硬度、高耐磨性和抗冷热疲劳性外,还要有足够厚的硬度一致的工作层,即对材料的淬透性能要求高。传统的铸造轧辊为了弥补铸态组织和性能此锻造差的问题,均依靠提高材料的合金含量来解决,铸造高铬轧辊均使用了较高含量的铬、镍、钼合金材料,虽然对提高轧辊的性能起了一定的作用,但也使材料成本大大提高,同时也进一步加剧了贵重金属镍、钼的消耗。

发明内容
本发明的目的是克服上述轧辊出现的问题,提供一种无镍低钼合金减量化成分设计的钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法。本发明采用特殊的冶炼、铸造及热处理方法细化铸件晶粒,充分发挥所含合金的作用,提高轧辊的使用性能、制造出满足服役条件的钢管及冷弯型钢高铬轧辊。目前,在产品的金属材料设计中,减少二氧化碳排放最有效的手段就是合金的减量化设计。即在满足产品服役条件的前提下,尽可能的减少合金含量,尤其是减少贵重金属含量的加入成为低碳要求的重要原则。而本发明则是遵循这一原则进行实施的过程。本发明采用两种技术方案完成其目的。本发明的一种技术方案为一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊,该轧辊的特点在于采用了合金减量化设计,轧辊以重量百分比计为C 1. 80-2. 30%,Si 0. 10-0. 60%,Mn :0. 40-0. 80%,Cr :7. 00-13. 00%,Mo :0. 10-0. 40%,Ti
0.03-0. 1%,RE :0. 01-0. 03,P ^ 0. 04、S ( 0. 04,余量为 Fe。本发明的另一种技术方案为钢管及冷弯型钢高铬轧辊的制备方法,其特点在于采用以下步骤冶炼在高铬轧辊的组分范围内选取配比进行冶炼,并进行脱气和精炼,以获得纯净钢水;其中,钛铁和稀土硅铁合金在钢水倒入浇包约1/4-1/3时加入;浇铸在冒口中采用压力发热保温技术,并采用隋性气体保护浇铸成型;其中,在铸型中设置有测温系统,以监测铸坯各部位的温度变化;在铸型中设置有强制冷却系统,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度;在铸型外部设置有可调节保温系统,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度;热处理及加工对浇铸成型轧辊进行退火、粗加工、淬火、回火;加工及检验对上述轧辊进行探伤、精加工以及成品检验。本发明制备的轧辊,由于采用无镍低钼合金减量化成分设计,在制备过程中,采用独特的铸型测温系统,强制冷却系统,可调节保温系统,压力发热保温冒口以及气体保护浇铸成型方法,获得了高质量的毛坯,通过热处理、加工获得高强度、高硬度、高耐磨性、以及抗冷热疲劳性钢管及冷弯型钢用高铬轧辊,既降低了贵重金属的使用和消耗,又充分保证了生产的正常运行,达到了本发明降低制造及使用成本的目的。


图1是本发明的钢管矫直机轧辊的结构示意图;图2是本发明焊管定径机轧辊的结构示意图。
具体实施例方式以下参照本发明的设计思想,示例性实施例并结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明的钢管及冷弯型钢高铬轧辊具体应用于焊管轧机、冷弯型钢轧机、以及钢管矫直机上。由于本发明轧辊的工况条件比较恶劣,因此要求其具有高强度、高韧性、良好的耐磨性以及抗冷热疲劳性。为了节约贵重合金和制造成本,本发明的轧辊采用合金减量化设计,即在不改变轧辊使用性能的条件下,减去成本高的镍成分以及降低成本高的钼含量,采用特殊的冶炼、铸造、和常规热处理方法,使焊管和冷弯型钢轧辊、钢管矫直机轧辊的使用性能达到国际先进锻钢轧辊的水平,以满足使用要求,从而大大降低制造和使用成本。因此,本发明经过多次实验,选择采用轧辊成分组分以重量百分比计为C:
1.80-2. 30%,Si :0. 10-0. 60%,Mn :0. 40-0. 80%,Cr :7. 00-13. 00%,Mo :0. 10-0. 40%,Ti 0. 03-0. 1 %、RE 0. 01-0. 03、P 彡 0. 04、S 彡 0. 04,余量为 Fe。本发明同时还选用一组优选成分组分为C :1. 95-2. 15%, Si :0. 30-0. 50%, Mn 0. 50-0. 70 Cr :9. 00-11. 00 Mo :0. 20-0. 30 Ti :0. 05-0. 08 RE :0. 01-0. 03、 P彡0. 04、S彡0. 04,余量为Fe。本发明在上述轧辊成分组分的范围内按其重量百分比进行配比,并采用本发明独创的制备方法进行制备,以满足生产的需要,达到节省贵重金属的目的。本发明在冶炼时,选定高铬轧辊的组分配比,选用合格的原料,在中频感应电炉中冶炼,并进行脱气和吹氩精炼,以获得纯净的钢水。其中钛铁和稀土硅铁合金事先破碎成尺寸约IOmm的小块并在180-200°C的温度下烘干,在钢水倒入浇包约1/4-1/3时加入,然后倒满钢水,这样可减少烧损,提高收得率,充分发挥Ti、RE细化晶粒的作用。本发明在铸造时在铸型中设置有测温系统,即在铸件铸型的下、中、上三个部位各设一个或多个热电偶,以监测铸坯各部位的温度变化。本发明在铸型中设置有强制冷却系统;即在铸型的底部以及周围设置有一层或多层具有独立进出口的盘形通风管进行通风,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度。如, 在下箱砂型中埋有盘形通风管,在型腔周围的砂型中设有多层有独立进出口的盘形通风管,当钢水浇满后,先在下箱砂型中埋有盘形通风管进行通风,使铸件底部强冷凝固,然后依次根据测温情况,自下而上逐个开启在型腔周围的砂型中设有多层有独立进出口的盘形通风管通风进行强制冷却。本发明在铸造时在冒口中采用压力发热保温技术;所述压力发热保温技术是在完成浇铸后在保温冒口的钢液内加入发热块,即由20-23%铝、60-75%四氧化三铁、1-2%镁, 以及前述成分总重5 %的粘结剂-浓度3 %的聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液组成,将上述组成混合均勻并成型烘干成发热块,加入量为冒口钢水重量的3-5%,加入后在冒口上加盖用保温材料制成的冒口罩,发热块在发热的同时产生气体可增加压力,以强化补缩。本发明在浇铸时采用隋性气体保护浇铸成型。本发明在铸型外部设置可调节位置的保温系统;即在铸型上设置有保温罩,在完成浇铸后将保温罩罩在铸型上,并随强制冷却系统的开启通风而逐步上提直到最后移出, 以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度。保温罩可采用耐高温的纤维毡制成,完成浇铸后罩在铸型上,罩的下边处于铸件下部约为铸件高度1/4-1/6的高度上,随铸腔周围有独立进出口的盘形通风管逐步开启通风而逐步上提,最后移开。上述工序完成后,对铸造成型的铸件进行常规的热处理和加工;即对浇铸成型轧辊进行退火、粗加工、淬火、回火,以及对成型轧辊进行常规的探伤、精加工以及成品检验。实施例1实施例1为制造Φ660无缝钢管矫直机用轧辊,轧辊化学成分按重量百分比(% Wt)见表1。表 1
CSiMnCrMoTiREPS2. 300. 590. 7012. 880. 390. 100. 030. 0260. 017
其余为!^e。参照图1,该轧辊为世界上最大的无缝钢管矫直机轧辊,成品重量4. 584吨。最大直径 φ 1019mm、最小直径 Φ 900mm、高 1160mm、内孔 Φ 480mm。根据表1所列组分选定原料配比,在中频感应电炉中进行冶炼,进行脱氧和吹氩精炼,获得所需成分的纯净钢水;在冶炼过程中,将钛铁和稀土硅铁合金事先破碎成尺寸约 IOmm的小块并在200°C的温度下烘干,在钢水倒入浇包约1/4时加入,然后倒满钢水。出钢温度1500°C,浇铸温度1400°C ;浇铸时采用隋性气体保护。完成浇铸后在保温冒口的钢液内加入3%的发热块,加盖冒口罩,然后,在铸型上罩上保温罩,保温罩的下边位于铸件下部约为铸件高度1/4的高度上,随铸型周围有独立进出口的盘形通风管逐步开启通风,并根据凝固情况逐步上提来保温罩来调节位置,同时开启底部通风管,并根据测温情况,自下而上逐个开启在型腔周围的砂型中设有多层有独立进出口的盘形通风管进行通风强冷。直到最后移出。然后进行常规的铸件退火;粗加工; 淬火、回火;超声探伤;精加工;成品检验,完成本发明轧辊的制做。经检验,本实施例轧辊的工作面硬度为57. 9-59. 1HRC,该轧辊应用于世界上最大的Φ660无缝钢管矫直机,使用寿命达到X155CrVMol21锻钢轧辊的水平,直到报废时其工作面硬度仍保持在58. 6HRC,完全满足生产的实际需求。实施例2实施例2为制造Φ 355. 6HFW/ERW焊管挤压轧辊,轧辊化学成分组分按重量百分比 (% Wt)见表2。焊管挤压轧辊硬度工艺要求为HRCM-57。表权利要求
1.一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊,其特征在于采用合金减量化设计,轧辊以重量百分比计为:C :1. 80-2. 30 Si :0. 10-0. 60 %, Mn :0. 40-0. 80 %, Cr :7. 00-13. 00 %, Mo 0. 10-0. 40%, Ti 0. 03-0. 1%,RE :0. 01-0. 03、P ( 0. 04、S 彡 0. 04,余量为 Fe。
2.根据权利要求1所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊,其特征在于,轧辊以重量百分比计为C :1. 95-2. 15 Si 0. 30-0. 50 Mn 0. 50-0. 70 Cr 9. 00-11. 00 Mo 0. 20-0. 30%, Ti 0. 05-0. 08%, RE :0. 01-0. 03, P ^ 0. 04、S ( 0. 04,余量为 Fe。
3.一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于具有以下步骤冶炼在高铬轧辊的组分范围内选取配比进行冶炼,并进行脱气和精炼,以获得纯净钢水;其中,钛铁和稀土硅铁合金在钢水倒入浇包约1/4-1/3时加入;浇铸浇铸时在冒口中采用压力发热保温技术,并采用隋性气体保护浇铸成型;其中,在铸型中设置有测温系统,以监测铸坯各部位的温度变化;在铸型中设置有强制冷却系统,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度;在铸型外部设置有可调节保温系统,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度;热处理及加工对浇铸成型轧辊进行退火、粗加工、淬火、回火;加工及检验对上述轧辊进行探伤、精加工以及成品检验。
4.根据权利要求3所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,将所述钛铁和稀土硅铁合金破碎成约IOmm小块并在180-200°C的温度下烘干,再在钢水倒入浇包约 1/4-1/3时加入。
5.根据权利要求3所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述测温系统是在铸件铸型的下、中、上三个部位各设一个或多个热电偶。
6.根据权利要求3所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述强制冷却系统是在铸型的底部以及周围设置有一层或多层具有独立进出口的盘形通风管进行通风。
7.根据权利要求3所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述在冒口中采用压力发热保温技术是在完成浇铸后,在保温冒口的钢液内加入由20-23%铝、 60-75%四氧化三铁、1-2%镁、以及前述成分总重5%的粘结剂组成并混合均勻烘干成型的发热块,加入量为冒口钢水重量的3-5%,然后加盖冒口罩,以强化补缩。
8.根据权利要求3所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述可调节保温系统是在铸型上设置有保温罩,在完成浇铸后将保温罩罩在铸型上,并随强制冷却系统的开启通风而逐步上提直到最后移开。
9.根据权利要求8所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述粘结剂为浓度3%的聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液。
10.根据权利要求8所述钢管及冷弯型钢高铬轧辊制备方法,其特征在于,所述冒口罩用保温材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法,本发明采用特殊的冶炼、铸造及热处理方法细化铸件晶粒,充分发挥所含合金的作用,提高轧辊的使用性能、制造出满足服役条件的钢管及冷弯型钢高铬轧辊;本发明在铸型中设置有测温系统监测铸坯各部位的温度变化,设置有强制顺序凝固和有效控制凝固速度的强制冷却系统,设置有可调节保温系统,以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度;本发明在浇铸时冒口中采用压力发热保温技术,并采用隋性气体保护浇铸成型;本发明的轧辊具有高强度、高硬度、高耐磨性、以及抗冷热疲劳性,保证了生产的正常运行,达到了降低制造及使用成本的目的。
文档编号B22D27/04GK102296240SQ20111023095
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者刘行一, 张凝, 王平, 袁厚之 申请人:山东省四方技术开发有限公司
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