專利名稱：：一種高速鋼復(fù)合軋輥及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于車L鋼制造領(lǐng)域，具體地說是一種軋鋼行業(yè)中板帶軋機應(yīng)用的高速鋼復(fù)合軋^S其鑄造方法。技術(shù)背景隨冶金工業(yè)的fflil發(fā)展，車L制技術(shù)的不斷改進，車L材質(zhì)量要求的不斷提高，以及節(jié)能降耗，節(jié)約能源，保護環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，車L機^頓高性能，高耐磨、抗事故性強的軋輥的要求也越來越迫切。由于高速鋼車L輥有著較高的耐磨性和較長的使用壽命，所以備受青睞。然而高速鋼軋輥的制造在國內(nèi)一直存在各種技術(shù)壁壘，舉步維艱，更多的技術(shù)都只停留在研究階段，不能應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，進行產(chǎn)業(yè)化。所以高速鋼軋輥制備工藝的成熟化亟待改善，其中以離心復(fù)合鑄造高速鋼軋輥最為突出。離心復(fù)合高速鋼軋輥工作層為高合金鋼，軋輥芯部為高強度球墨鑄鐵或辯岡，二者通常采用離心方法澆注成兩層或三層的復(fù)合軋輥。如中國專利申請(公開號CN1082950A)公開了一種復(fù)合軋輥和生產(chǎn)方法，復(fù)合軋輥由高合金鑄鋼或鑄鐵及鑄鐵或f辭岡二層復(fù)合而成。中國專利申請(公開號CN1179368A)公開了一種離心復(fù)合高速鋼軋輥的生產(chǎn)方法，中國專利申請(公開號CN1846887A)公開了一種高速鋼復(fù)合軋車扱其制造方法，復(fù)合車L輥由高速鋼和球墨鑄鐵二層復(fù)合而成。中國專利申請(公開號CN1803325A)公開了一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法，復(fù)合軋fK用高速鋼和石墨鋼復(fù)合而成。中國專利申請(公開號CN1853811A)采用五層變離心,復(fù)合而成。中國專利申請(公開號CN1803339A)公開了一種低裂紋型高速鋼軋f扱其離心鑄造方法，采用變速離心、變流量澆注和變凝固冷卻等復(fù)雜的控制技術(shù)制造高速鋼復(fù)合軋輥。日本專利申請(公開號特開平ll—279705)貝ij介紹了高速鋼、球墨鑄鐵和辦岡三層復(fù)合而成。這些技術(shù)都由于結(jié)合不良、抗事故性差、工藝復(fù)雜、成本高和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等方面限制而未得到推廣與應(yīng)用。高速鋼軋f驟用兩層復(fù)合，由于內(nèi)外層材料成分差異較大，在實際離心澆注過程中容易造成外層材料的合金元素熔入內(nèi)層，導(dǎo)致芯部材料碳化物含量增加，更有甚者碳化物呈網(wǎng)狀分布，從而使軋輥芯部材料的強度降低，在軋制過程中易發(fā)生斷輥。另外由于中間層材料選擇不合理，造成結(jié)合部位石墨畸變、碳化物含量變大、碳化物成網(wǎng)等結(jié)合缺陷，進而在使用過程中在結(jié)合位置萌生裂紋，裂紋擴jlit成工作層脫落等。采用三層復(fù)合，如果材料選擇不當，使得外層、中間層和芯部的彈性模量、膨脹系數(shù)、比熱導(dǎo)熱等熱物性存在較大差異，從而在熱處理以及使用過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，熱應(yīng)力與組織應(yīng)力疊加造成結(jié)合層開裂。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種各層成分設(shè)計合理、成本低，鑄造工藝操作簡單，鑄造結(jié)合質(zhì)量好，產(chǎn)品i頓強度高、耐磨性好，抗剝落和抗斷輥能力強的高速鋼復(fù)合軋艦其鑄造方法。基于此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高速鋼復(fù)合軋輥，復(fù)合軋輥的外層材料為高速鋼，中間層材料為球墨鑄鐵原鐵7jC或石墨半鋼，軋輥芯部材料為球墨鑄鐵。所述的高速鋼復(fù)合軋輥，高速鋼選用高鉬高釩鑄造高速鋼，按重量百分比計，其成分為C1.22.8%，Si0.21.0%，Mn0.21.0%，Ni0.31.2%，Cr3.06.00/o，Mo5.010.00/o，V5.012.0%，A10.10.7%，P《0.025o/o，S《0.025%，其余為鐵。所述的高速鋼復(fù)合軋輥，中間層材料采用球墨鑄鐵原鐵7K或石墨半鋼；按重量百分比計，石墨半鋼成分為C1.02.0%，Si1.23.0%，Mn0.11.0%，Ni0.20.8%，P《0.05%，S《0.05%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。所述的高速鋼復(fù)合軋輥的鑄造方法，采用離心復(fù)合鑄造工藝，軋輥分三次澆注成型；在離心機上，保持恒定的離心繊，將外層和中間層金屬材料澆注成型，然后靜止?jié)沧④堓佇静拷饘偈怪罱K成型；具體歩驟如下1)離心冷型和上下輥頸及澆冒口準備冷型內(nèi)壁涂掛水基或醇基鋯英粉涂料，涂料厚度為17mrn，并預(yù)熱烘干；預(yù)熱溫度為250500°C，預(yù)熱時間為320小時；2)按軋輥各層材料要求的成分進行熔煉；3)待外層高速鋼鋼水溫度達到138(TC152(TC時，將其澆入旋轉(zhuǎn)速度為2001000轉(zhuǎn)/分的冷型中，并要求冷型內(nèi)壁溫度為20°C220°C;4)待高速鋼鋼水澆入離心冷型后，隨即加入玻璃渣，加入量為l10K^m2;5)外層澆注完畢后，以恒定速度離心旋轉(zhuǎn)350分鐘，將溫度為1400。C152(TC的中間層球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼鋼水澆入離心冷型，中間層單邊澆注厚度為1545mm;6)中間層澆注完成后，旋I^I度不變，離心旋轉(zhuǎn)230分鐘，停止離心機;7)離心機停穩(wěn)后，將離心冷型與上下輥頸箱進行組裝，并放置好頂注澆口和冒口；8)將溫度為1400。C155(TC的球墨鑄鐵澆入型腔，冒口加保溫劑。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋f緣用臥式離心鑄造方法，三次澆注，在離心機上以恒定的離心,澆注外層和中間層，待中間層鵬冷卻至材料固相線以下，靜止頂注軋輥芯部，其工藝簡單，易于控制。2、本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥外層高速鋼，增加了V、Mo含量，以取代W元素的加入，離心鑄^il程中有效地抑制了重元素W造成的比重偏析。3、本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥中間層材料采用石墨半鋼或球墨鑄鐵原鐵7K，成本低，且避免了外層合金元素向內(nèi)層擴散，結(jié)合質(zhì)量好，結(jié)合層內(nèi)碳化物含量較少，沒有或很少呈網(wǎng)狀分布，強度高。4、本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥硬度高，耐磨性好，抗事故能力強。圖l是軋輥鑄造毛坯圖。圖2是加工后的高速鋼軋輥。圖3是離心冷型預(yù)熱工藝曲線。圖4是冷型上窯烘干工藝曲線。圖5是高速鋼復(fù)合軋輥示意圖。圖中，l外層；2中間層；3軋輥芯部。具體實施方式本發(fā)明在工作層材料選用高鉬高釩微偏析高速鋼(具體成分為按重量百分比計，C1.22.8%，Si0.21.0%，Mn0.21.0%，Ni0.31.2%，Cr3.06線Mo5.010.0%，V5.012.0%，A10.10.7%，P《0.025%，S《0.025%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素)的基礎(chǔ)上對中間層材料和軋輥鑄造工藝做了詳細的研究和試驗。上述高鉬高釩微偏析鑄造高速鋼的具體熔煉過程如下采用常規(guī)中頻真空感應(yīng)電爐，電弧爐或真空爐進行熔煉。首先在爐內(nèi)加入生鐵和廢鋼啟爐熔化；1400。C以上加入錳鐵、硅鐵，150(TC以上加入Ni和鉬鐵，155(TC以上加入鉻鐵、釩鐵和鋁鐵；根據(jù)工藝要求除硫磷和雜質(zhì)；根據(jù)實際工藝要,擇澆注^t和凝固速度。采用上述設(shè)計的成分，離心鑄造過程中有效地抑制了重元素造成的比重偏析，使軋輥徑向材質(zhì)分布均勻，性能優(yōu)良。凝固組織中生成大量彌散分布的點狀、棒狀、草莓狀MC型高釩共晶碳化物和層片狀M2C型高鉬共晶碳化物。共晶碳化物的彌散生成有效地抑制了晶粒長大，提高了高速鋼的機械性能。共晶碳化物在隨后的淬火、回火熱處理過程中基本不發(fā)生變化，保留至最終使用狀態(tài)中，這些高硬度的碳化物大大提高了高速鋼的耐磨性和紅硬性。如圖5所示，本發(fā)明復(fù)合軋輥分三次澆注，在離心機上澆注外層(工作層)1和中間層2，待中間層^t冷卻至材料固相線以下，靜止頂注軋輥芯部3。夕卜層材料選用高鉬高釩高速鋼，中間層材料為球墨鑄鐵原鐵7夂或石墨半鋼，芯部材料為球墨鑄鐵。為了避免外層與芯部成分在短距離內(nèi)有較大差異，特選擇采用球墨鑄鐵原鐵7jC或石墨半鋼作為中間層，其中石墨半鋼成分(wt%)為C1.02.0%，Si1.23.0%，Mn0.11.0%，M0.20.8%，P《0.05%，S《0.05%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。球墨鑄鐵原鐵7jC是指未經(jīng)球化和孕育處理的鐵水。采用此中間層材質(zhì)的優(yōu)點在于，結(jié)合層質(zhì)量較好，強度高，碳化物含量較少，且沒有或很少有網(wǎng)狀碳化物出現(xiàn)。本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥的具體鑄造方法如下1.離心冷型及上下輥頸箱準備1.1冷型預(yù)熱規(guī)范將離心冷型入窯預(yù)熱，預(yù)熱工藝曲線見圖3，采用20055(TC保溫2小時以上；1.2冷型涂料涂掛將預(yù)熱好的冷型吊裝至離心機上，并清理好冷型內(nèi)腔。涂掛時，將離心機主軸,調(diào)至3001000轉(zhuǎn)/分，涂料涂掛時冷型溫度為150550。C，涂料厚度為l7mn^1.3將涂掛完涂料的冷型上窯烘干，烘干工藝如圖4所示，采用25050(TC保溫320小時；1.4上下輥頸造型；2.鋼水熔煉按軋輥各層材料要求的成分進行熔煉；3.離心澆注3.1準備好澆注鐵水溜槽及鐵水包；3.2將預(yù)熱好的冷型出窯，吊至離心機，檢査涂料及端蓋質(zhì)量，試運轉(zhuǎn)后，將，冷型內(nèi)腔清理干凈；3.3待外層高速鋼鋼zK溫度達到1380。C152(TC時，進行澆注。澆注時冷型旋,度為2001000轉(zhuǎn)/分，冷型內(nèi)壁溫度為20。C220。C;3.4按l10Kg/m2加入玻璃渣，防止氧化；3.5外層澆注完畢后，以恒定速度離心旋轉(zhuǎn)350分鐘后，將溫度為140(TC152(TC的中間層球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼鋼水澆入離心冷型，中間層鋼水澆注量按單邊澆注厚度為1545mm計算；3.6中間層澆注完成后，旋,度不變，離心旋轉(zhuǎn)230分鐘，停止離心機;4.鑄型組裝與充填軋輥芯部4.1離心機停穩(wěn)后立即將冷型吊下離心機，與事先準備好的上、下輥頸鑄型進行組裝；4.2將》鵬為140(TC155(TC的球墨鑄鐵澆入型腔，冒口加保溫劑。；4.3車L輥毛坯澆注5150小時后，脫模打箱，進行熱處理和機加工。:本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥鑄造方法，生產(chǎn)了外層材料為高速鋼，中間層為球墨鑄鐵原鐵水，芯部材料為球墨鑄鐵的高速鋼復(fù)合軋輥一支。車L輥輥身直徑為O500mm，工作層厚度為50mm。軋輥本體取樣成分如表1所示。表l實施例l軋輥本體化學(xué)成分(wt%，賴為Fe)材質(zhì)cSiMnPSMCrMoVAI外層1.600.230.530.0210.020.533.025.006.200.51中間層3.01.80.40.030.034—————芯部3.22.10.50.030.025—————本實施例實際工藝參數(shù)如下鋯英粉涂料厚度6mm;冷型預(yù)熱，480°C;冷型預(yù)熱時間3.5小時；澆注時，離心冷型旋,度為300轉(zhuǎn)/分，冷型內(nèi)壁溫度為52"C;外層高速鋼鋼水澆注溫度為1520°C;玻璃渣加入量6Kg/m2;外層離心旋轉(zhuǎn)時間40分鐘；中間層石墨半鋼鋼水澆注溫度1520°C;中間層澆注厚度40mm;中間層澆注完成至離心機停機時間25分鐘；芯部澆注溫度1536°C。澆注48小時后，脫膜打箱，進行熱處理，熱處理工藝參用常規(guī)高速鋼軋輥熱處理工藝參數(shù)。實施例2按本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥鑄造方法，生產(chǎn)了外層材料為高速鋼，中間層為石墨半鋼，芯部材料為球墨鑄鐵的高速鋼復(fù)合軋輥一支。軋輥輥身直徑為O500mm，工作層厚度為50mm。車L輥本體取樣成分如表2所示。表2.實施例2軋輥本體化學(xué)成分(wt%，賴為Fe)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本實施例實際工藝參數(shù)如下:鋯英粉涂料厚度l匪；冷型預(yù)熱溫度250°C;冷型預(yù)熱時間18小時；澆注時，離心冷型旋魏度為900轉(zhuǎn)/分，冷型內(nèi)壁溫度為204"C;外層高速鋼鋼7jC澆注顯度為1409°C;玻璃渣加入量1.5Kg/m2;外層離心旋轉(zhuǎn)時間6么H中；中間層石墨半鋼鋼7jC澆注溫度1423°C;中間層澆注厚度20mm;中間層澆注完成至離心機停機時間7分鐘；芯部澆注鵬1455°C。澆注120小時后，脫膜打箱，進行熱處理，熱處理工藝參用常規(guī)高速鋼軋輥熱處理工藝參數(shù)。實施例3按本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥鑄造方法，生產(chǎn)了外層材料為高速鋼，中間層為石墨半鋼，芯部材料為球墨鑄鐵的高速鋼復(fù)合軋輥一支。軋輥輥身直徑為O500mm，工作層厚度為50mm。軋輥本體取樣成分如表3所示。表3.實施例3軋輥本體化學(xué)成分(wt%，賴為Fe)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本實施例實際工藝參數(shù)如下鋯英粉涂料厚度4腿；冷型預(yù)熱鵬350°C;冷型預(yù)熱時間8小時；澆注時，離心冷型旋,度為600轉(zhuǎn)/分，冷型內(nèi)壁溫度為150°C;外層高速鋼鋼水澆注纟顯度為1450°C;玻璃渣加入量10K咖2;外層離心旋轉(zhuǎn)時間20分鐘；中間層石墨半鋼鋼水澆注溫度1450°C;中間層澆注厚度30mm;中間層澆注完成至離心機停機時間15分鐘；芯部澆注溫度1480°C。澆注12小時后，脫膜打箱，進行熱處理，熱處理工藝參數(shù)采用常規(guī)高速鋼軋輥熱處理工藝參數(shù)。車L輥鑄造毛坯及加工后實物如圖1和圖2所示。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明設(shè)計的高速鋼復(fù)合軋輥，與以往雙層或其他三層復(fù)合高速鋼軋輥相比，三層金屬冶金結(jié)合良好，強度高；中間層材質(zhì)的優(yōu)jtit擇提高了結(jié)合層強度，中間層中影響結(jié)合性能的碳化物M^，并有效地避免了外層高速鋼中的合金元素向芯部擴散，影響芯部材質(zhì)性能，可以避免熱處理過程以及軋制過程中工作層開裂和脫落。權(quán)利要求1、一種高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于復(fù)合軋輥的外層材料為高速鋼，中間層材料為球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼，軋輥芯部材料為球墨鑄鐵。2、按照權(quán)利要求1所述的高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于高速鋼選用高鉬高釩鑄造高速鋼，按重量百分比計，其成分為C1.22.8%，Si0.21.0%，Mn0.21.0%，Ni0.3l,20/0,Cr3.06.0%，Mo5.010.0%，V5.012.0%，A10.10.7%，P《0.025%，S《0.025%，其余為鐵。3、按照權(quán)利要求1所述的高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于中間層材料采用球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼；按重量百分比計，石墨半鋼成分為C1.02.0%，Si1.23.0%，Mn0.11.0%，M0.20.8%，P《0.05%，S《0.05%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。4、按照權(quán)利要求1所述的高速鋼復(fù)合軋輥的鑄造方法，其特征在于采用離心復(fù)合鑄造工藝，軋輥分三次澆注成型；在離心機上，保持恒定的離心轉(zhuǎn)速，將外層和中間層金屬材料澆注成型，然后靜止?jié)沧④堓佇静拷饘偈怪罱K成型；具體步驟如下1)離心冷型和上下輥頸及澆冒口準備冷型內(nèi)壁涂掛水基或醇基錯英粉涂料，涂料厚度為17mrn，并預(yù)熱烘干；預(yù)熱溫度為250500°C，預(yù)熱時間為320小時；2)按軋輥各層材料要求的成分進行熔煉；3)待外層高速鋼鋼水溫度達到138(TC152(TC時，將其澆入旋轉(zhuǎn)速度為2001000轉(zhuǎn)/分的冷型中，并要求冷型內(nèi)壁溫度為20°C220°C;4)待高速鋼鋼水澆入離心冷型后，隨即加入玻璃渣，加入量為l10Kg/m2;5)外層澆注完畢后，以恒定速度離心旋轉(zhuǎn)350分鐘，將溫度為1400。C152(TC的中間層球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼鋼7K澆入離心冷型，中間層單邊澆注厚度為1545薩；6)中間層澆注完成后，旋車鏈度不變，離心旋轉(zhuǎn)230分鐘，停止離心機;7)離心機停穩(wěn)后，將離心冷型與上下輥頸箱進行組裝，并放置好頂注澆口和冒口；8)將溫度為140(TC155(TC的球墨鑄鐵澆入型腔，冒口加保溫劑。全文摘要本發(fā)明屬于軋鋼制造領(lǐng)域，具體地說是一種軋鋼行業(yè)中板帶軋機應(yīng)用的高速鋼復(fù)合軋輥及其鑄造方法。復(fù)合軋輥的外層材料為高速鋼，中間層材料為球墨鑄鐵原鐵水或石墨半鋼，軋輥芯部材料為球墨鑄鐵。采用離心復(fù)合鑄造工藝，軋輥分三次澆注成型，在離心機上，保持恒定的離心轉(zhuǎn)速，將外層和中間層金屬材料澆注成型，然后靜止?jié)沧④堓佇静拷饘偈怪罱K成型；本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥，與以往雙層或其他三層復(fù)合高速鋼軋輥相比，三層金屬冶金結(jié)合良好，強度高；中間層材質(zhì)的優(yōu)化選擇提高了結(jié)合層強度，中間層中影響結(jié)合性能的碳化物減少，并有效地避免了外層高速鋼中的合金元素向芯部擴散，影響芯部材質(zhì)性能，避免熱處理過程以及軋制過程中工作層開裂和脫落。文檔編號C22C38/56GK101240403SQ20081001028公開日2008年8月13日申請日期2008年1月30日優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日發(fā)明者夏立軍,宋男男,康秀紅,李殿中,欒義坤申請人:中國科學(xué)院金屬研究所