[發明專利]一種原位再生氮化鈦石墨半鋼基型鋼軋輥及輥環及其制備方法

在審

• 申請號: 202110867201.1
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113621879A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 周守行;劉瑞剛;花志仁;劉昀嘉;戴鵬宇;萬建榮;萬華文;徐文俊
• 申請（專利權）人: 三鑫重工機械有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/50;C22C38/56;B22C9/28;B21B27/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 李小靜

本發明公開了一種原位再生氮化鈦石墨半鋼基型鋼軋輥及輥環，是在傳統鋼基軋輥的冶煉過程中，常規熔煉基礎上，向合金熔液中添加含鈦合金與含氮合金，使合金熔液中鈦含量達到0.02?0.05％、氮含量達到0.020?0.03％后，使Ti與N相互充分作用生成TiN顆粒；再向所得合金懸液中吹入純氮氣，使合金懸液中總氮含量達0.03?0.04％，此時高富氮氣泡與合金懸液中殘留的單質Ti，繼續生成TiN顆粒；再通過孕育、變質處理，澆注、熱處理得原位再生氮化鈦石墨半鋼基型鋼軋輥及輥環。與現有技術相比，本發明提供的原位再生氮化鈦石墨半鋼基型鋼軋輥及輥環，在不破壞原鋼基基體強度性能指標的前提下，具有提升耐磨性能的作用。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金行業用軋輥制造領域，尤其涉及一種在鋼液中采用原位再生方法制備含有氮化鈦的石墨半鋼基型材軋制用軋輥的制備方法。

背景技術

型鋼軋機主要機型：兩輥式軋制模式與萬能式軋制模式兩種。

兩輥式型鋼軋機現用軋輥結構特點：軋輥輥頸較細、輥身孔型深，對軋輥的使用要求，輥頸要有較好的強韌性，輥身工作層(孔型內)要有較好的耐磨性，以及較小的硬度落差。傳統兩輥式型鋼軋機用輥材質：粗軋機架有合金鋼、半鋼、珠光體Ⅰ球墨鑄鐵；中軋機架有半鋼、珠光體Ⅱ球墨鑄鐵；精軋機架有珠光體Ⅲ球墨鑄鐵、貝氏體球墨鑄鐵；以上軋輥多采用靜態整體鑄造方法生產。

萬能式型鋼軋機現用軋輥材質：粗、中、精軋機架多為半鋼；主流制造方法采用離心復合制造+軸環裝配。

存在的主要問題是，傳統合金鋼強韌性過剩耐磨性不足；半鋼強韌性適中但容易粘鋼；球墨鑄鐵用于粗軋機架強度偏低，工作層硬度落差較大，中、后期耐磨性差。

隨著市場競爭的日益激烈，軋鋼生產規模大型化、連續化要求，提升軋輥在機時間，成為了目前主要矛盾。

傳統軋輥制造主要采取的手段：合金化與高合金化，除了不斷提高Cr、Ni、Mo合金比例，同時向鋼液中添加適量的V、W、Nb等耐磨合金軋輥耐磨性能得到了顯著改善。但其負作用是，在提升耐磨性的同時，脆性增大、抗事故能力下降。成為了高硬度軋輥進一步提高合金含量、提升耐磨性的主要制約因素。

特別對于孔型較深、軋制力較大，對抗斷裂性能要求較高的型鋼粗軋機軋輥，為了解決孔型內耐磨性不足及孔型形狀的保持能力差問題，許多鋼廠不得已采用了合金鋼材質孔型內激光熔覆或孔型堆焊工藝，從而使生產運行費用增加，軋鋼生產軋輥車修過程復雜化。

如何在現用鋼基軋輥材質基礎上，在不破壞現用材料強韌性指標前提下，通過向軋輥中添加一種或幾種微量元素(如鎢、鈮、釩、Ti等)從而大大提升軋輥的耐磨性能，一直是行業技術人員研究的方向。

本發明整體解決思路：采用以石墨半鋼材質為基礎，替代傳統合金鋼提高耐磨性，通過組織中增加適量的石墨改善半鋼粘鋼，采用開孔型淬火工藝方法代替傳統球墨鑄鐵軋輥，解決孔型內的硬度落差大的問題。根據不同使用機架在傳統合金化基礎上，添加一種高耐磨相(如TiN)在不破壞原有材料強韌性指標基礎上，使耐磨性得到進一步提升。

Ti作為有益元素，已廣泛用于航空航天、醫療、精密儀器、儀表、刀具等領域得到廣泛應用。然而，對于超大斷面鑄件中的冶金軋輥，溶入金屬液中的單質Ti，在凝固過程極容易在晶界析出，造成晶界偏析，惡化鋼的材料性能，在高溫熱處理過程中出現晶界斷裂至整個軋輥報廢。也有人曾采用向鋼液中利用機械混合的方式如噴吹氮化鈦(TiN)粉狀陶瓷顆粒的方式力求提高材料耐磨性。但由于TiN粉末比重比鋼液輕，噴吹的固態陶瓷顆粒容易漂浮在鋼液表面(收得率很低)；另外，由于TiN陶瓷顆粒表面活性較低，且其與鋼液之間的表面張力將導致陶瓷顆粒表面與鋼基金屬很難形成完全冶金結合，而以雜質形式存在于軋輥材料當中，使用時極易出現脫落。