專利名稱：離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套及其組合軋輥的制造方法
技術領域：
本發明屬于鑄造技術領域，涉及一種離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套及其熱裝組合軋輥制造方法，適用于高品質特殊鋼棒線材軋機。
背景技術：
高硼高速鋼軋輥是在高速鋼軋輥基礎上，通過向高速鋼中加入適量硼元素而發展起來的。向高速鋼中加入適量硼元素，一方面可以部分取代高速鋼軋輥中鎢、鑰、釩等貴重合金元素，降低高速鋼軋輥生產成本；另一方面硼加入高速鋼以后，生成高硬度的碳硼化合物，可以顯著提高高速鋼軋輥的耐磨性。將高硼高速鋼用于軋輥生產中，對于降低軋輥生產 成本，提高軋材表面質量等具有重要意義。中國發明專利CN101831590A “高硼低合金高速鋼軋輥及其制造方法”采用離心鑄造方法澆注軋輥輥身，輥身澆注完畢后，采用球墨鑄鐵熔液充填輥芯的方法獲得高硼高速鋼復合軋輥或者采用機械組裝成組合軋輥，該發明制得的軋輥在熱軋鋼生產中具有良好的使用效果，其缺點是輥身含碳量低，耐磨性不高，而且采用球墨鑄鐵熔液充填輥芯的方法獲得高硼高速鋼復合軋輥，在生產過程中外層的合金元素容易擴散到芯部形成大量的碳化物，引起芯部球鐵材料脆性增大、抗沖擊性能下降，在軋鋼過程中易發生斷輥事故。中國專利CN101623751A “一種含硼低合金高速鋼軋輥的制備方法”采用金屬型澆注制得含硼低合金高速鋼軋輥，其輥身材質為含硼低合金高速鋼，輥芯是球墨鑄鐵，軋輥經粗加工和熱處理以后制得成品。該發明具有能耗低，熱處理周期短的優點，其缺點是軋輥澆注過程中容易產生偏析和內外層界面結合不良等問題，影響軋輥的質量和使用壽命。中國專利CN101439351A “一種離心鑄造高硼高速鋼復合軋輥的制造方法”將高速鋼液體經過傾斜冷卻板冷卻后，注入離心機上高速旋轉的金屬鑄型內，并在澆注過程中噴水冷卻鑄型，然后離心澆注中間層，最后在靜態下，在軋輥芯部澆注鑄鋼或合金球墨鑄鐵，得到高硼高速鋼復合軋輥，該發明高硼高速鋼復合軋輥具有外層組織細小、無元素偏析的優點，但其缺點是在澆注過程中，鋼液在冷卻板上流動時的溫降很難控制，難以實現順利澆注，另外在澆注過程中對鑄型進行噴水冷卻加快了鋼液的凝固，增大了離心鑄坯的鑄造應力和熱應力，從而增加了離心鑄坯開裂的風險，此外，高速旋轉被加熱的鑄型在噴水冷卻過程中有淬裂的風險，從而引發安全事故。此外，現有發明技術制得的高硼高速鋼軋輥基本上都存在著外層高速鋼材料磨損后，輥芯只有重新熔煉才能實現循環利用的問題，造成材料和能源的浪費。

發明內容
本發明的目的在于克服現有高硼高速鋼軋輥制造和使用中存在的不足，提供一種工作層硬度高、耐磨性好、制造成本低、使用壽命長的離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套及其熱裝組合軋輥制造方法。本發明的高碳高硼高速鋼復合輥套，采用離心復合鑄造成型。其主要特點是提高了高速鋼材料中的碳含量，增加了高速鋼中碳化物的數量，從而提高高速鋼的耐磨性。硼加入高速鋼軋輥中，少量溶入基體，增強了材料的淬硬性和淬透性，大部分與高速鋼中的合金元素形成硬度高、熱穩定性好的合金硼化物，改善了高速鋼軋輥的耐磨性。此外，向高速鋼軋輥中加入硼元素也有利于碳化物的細化，促進高速鋼軋輥韌性和強度的提聞。具體是這樣實施的離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套，由外層高速鋼和內層石墨鋼復合而成，其特征在于
外層高速鋼化學成分為C1. 5 2. l,SiO. 5 I. 2,MnO. 6 0. 8，P < 0. 03，S < 0. 03，Cr5. 0 10，NiO. 5 I. 0，Mo2. 0 4. 0，W0. 5 2. 0，NdO. 5 2. 0，V4. 0 6. 0，TiO. 5 I. 5，B0. 5 2. 0，NO. 05 0. 15，余量為 Fe ；內層石墨鋼化學成分為C1. 3 2. 0，Sil. I 2. 0，MnO. 4 0. 8，CrO. 4 I. 5，NiO. 4 I. 5，MoO. 2 0. 6，余量為 Fe。制造方法是
1)熔煉外層高速鋼，爐前調整成分合格后將溫度升至1600 1620°C，加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐；
2)熔煉內層石墨鋼，爐前成分調整合格后，將鋼液溫度升至1580 1600°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內加硅鈣、硅鐵和鋁進行脫氧、變質和孕育處理，操作完成后等待澆注；
3)當包內外層高速鋼鋼液溫度降到1450 1500°C時進行外層離心澆注，當外層高速鋼內壁溫度降到1200 1250°C時進行復合輥套內層澆注，澆注溫度為1450 1500°C，澆注厚度為20 50mm，待內層凝固后下機進行保溫冷卻；
4)對復合輥套毛坯進行熱處理和機加工后獲得成品復合輥套。熱處理工藝為先進行1020 1050°C高溫退火處理，退火保溫時間為4 8h，高溫退火后能有效的降低輥套內應力和硬度，便于機加工；粗加工后進行淬火處理，淬火溫度為1000 1050°C，淬火保溫時間為2 4h,保溫結束后進行吹風淬火,吹風淬火結束后進爐進行兩次回火熱處理,回火I為5000C X30h，回火 2 為 550°C X30h。本發明采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，是將上述制得的輥套加熱到150 200°C以后與冷態的輥軸進行熱裝，為了防止輥套與輥軸之間產生打滑，輥軸表面涂上一層200 800目碳化硅粉體，在熱裝過程中粉體分別嵌入高碳高硼高速鋼復合輥套和輥軸，起到防滑作用。本發明在進行外層高速鋼和內層石墨鋼的離心澆注時，澆注過程中離心機線轉速控制在18 20m/s。經檢測，本發明高碳高硼高速鋼復合輥套表面硬度達到80 90HSD、硬度不均勻度< 2HSD、復合輥套外層與內層結合強度> 230Mpa。通過熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，高碳高硼高速鋼復合輥套磨損后可以更換，實現輥軸的循環利用，與離心鑄造高速鋼軋輥相比，材料利用率提高30%以上，使用壽命提高20%以上。
具體實施例方式實施例1，離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套外層材料成分為Cl. 5，SiO. 9，MnO. 8，P < 0. 03，S < 0. 03,Cr5. 0，Ni0. 75，Mo2. 0, Wl. 5，NdO. 5, V5. 0，Til. 5, BO. 5, NO. 12，
余量為Fe。鋼水熔清，爐前成分調整合格后，將鋼水溫度升至1620°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套內層材料成分為Cl. 3，Si2.0, MnO. 6, CrO. 4，NiO. 4，MoO. 3，余量為Fe，爐前成分調整合格后，將鋼液溫度升至1590°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內加硅鈣、硅鐵和鋁進行脫氧、變質和孕育處理，操作完成后等待澆注。離心復合澆注高碳高硼高速鋼復合輥套，外層澆注溫度為1500°C，外層高碳高硼高速鋼內表面冷卻到1220°C以后開始澆注內層，內層澆注溫度為1450°C，澆注厚度為20_。澆注過程中離心機線轉速為18m/s，待內層凝固后下機進行保溫冷卻，隨后進行熱處理和機加工獲得高碳高硼高速鋼復合輥套成品。高碳高硼高速鋼復合輥套熱處理工藝為先進行1030°C高溫退火處理，退火保溫時間為8h，粗加工后進行淬火處理，淬火溫度為1020°C，淬火保溫時間為2h，保溫結束后進行吹風淬火，淬火結束后進爐進行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。
高碳高硼高速鋼復合輥套機加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預熱溫度為170°C，輥軸上涂上一層600目的碳化硅粉體。經試用，高速鋼組合軋輥較傳統高速鋼軋輥使用壽命提高27%，材料利用率提高46%。實施例2，離心復合高速鋼復合輥環外層材料成分為Cl. 7，SiO. 8，MnO. 6，P< 0. 03, S < 0. 03,Cr8. 2, Nil. 0，Mo4. 0,W0. 5, Ndl. 3,V4. 0，Til. I, BI. 5, NO. 15，余量為 Fe,將鋼水溫度升至1600°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復合高速鋼復合輥環內層材料成分為Cl. 72，Sil. 1，MnO. 72，Crl. 35，NiO. 9，MoO. 6，余量為Fe，爐前成分調整合格后，將鋼液溫度升至1580°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內加硅鈣、硅鐵和鋁進行脫氧、變質和孕育處理，操作完成后等待澆注。離心復合澆注高速鋼復合輥環，外層澆注溫度為1490°C，外層高速鋼內部界面冷卻到1200°C以后開始澆注內層，內層澆注溫度為1480°C，澆注厚度為50mm。澆注過程中離心機線轉速為19m/s。待內層凝固后下機進行保溫冷卻，隨后進行熱處理和機加工獲得高碳高硼高速鋼復合輥套成品。高碳高硼高速鋼復合輥套熱處理工藝為先進行1050°C高溫退火處理，退火保溫時間為6h，粗加工后進行淬火處理，淬火溫度為1000°C，淬火保溫時間為3h，保溫結束后進行吹風淬火，淬火結束后進爐進行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。高碳高硼高速鋼復合輥套機加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預熱溫度為200°C，輥軸上涂上一層200目的碳化硅粉體。經試用，高碳高硼高速鋼組合軋輥較離心鑄造高速鋼軋輥使用壽命提高32%，材料利用率提高41%。實施例3，離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套外層材料成分為C2. 1，Sil. 2，MnO. 67，P < 0. 03，S < 0. 03，CrlO, NiO. 5，Mo3. 7，W2. 0，Nd2. 0，V6. 0，TiO. 5，B2. 0，NO. 05，余量為Fe。將鋼水溫度升至1610°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套內層材料成分為C2. 0，Sil. 5，MnO. 8，Crl. 5，Nil. 5，MoO. 2，余量為Fe，爐前成分調整合格后，將鋼液溫度升至1600°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內加硅鈣、硅鐵和鋁進行脫氧、變質和孕育處理，操作完成后等待澆注。離心復合澆注高碳高硼高速鋼復合輥套，外層澆注溫度為1450°C，外層高碳高硼高速鋼內表面冷卻到1250°C以后開始澆注內層，內層澆注溫度為1500°C，澆注厚度為40mm。澆注過程中離心機線轉速為20m/s，待內層凝固后下機進行保溫冷卻，隨后進行熱處理和機加工獲得高碳高硼高速鋼復合輥套成品。高碳高硼高速鋼復合輥套熱處理工藝為先進行1020°C高溫退火處理，退火保溫時間為4h，粗加工后進行淬火處理，淬火溫度為1050°C，淬火保溫時間為4h，保溫結束后進行吹風淬火，淬火結束后進爐進行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。 高碳高硼高速鋼復合輥套機加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預熱溫度為150°C，輥軸上涂上一層800目的碳化硅粉體。經試用，高速鋼組合軋輥較傳統高速鋼軋輥使用壽命提高29%，材料利用率提高43%。
權利要求
1.離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套，由外層高速鋼和內層石墨鋼復合而成，其特征在于 外層高速鋼化學成分為C1. 5 2. l,SiO. 5 I. 2,MnO. 6 0. 8,P < 0. 03，S < 0. 03，Cr5. 0 10，NiO. 5 I. 0，Mo2. 0 4. 0，W0. 5 2. 0，NdO. 5 2. 0，V4. 0 6. 0，TiO. 5 I.5，B0. 5 2. 0，NO. 05 0. 15，余量為 Fe ； 內層石墨鋼化學成分為C1. 3 2. 0，Sil. I 2. 0，MnO. 4 0. 8，CrO. 4 I. 5，NiO. 4 I. 5，MoO. 2 0. 6，余量為 Fe ； 制造方法是 1)熔煉外層高速鋼，爐前調整成分合格后將溫度升至1600 1620°C，加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐； 2)熔煉內層石墨鋼，爐前成分調整合格后，將鋼液溫度升至1580 1600°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內加硅鈣、硅鐵和鋁進行脫氧、變質和孕育處理，操作完成后等待澆注； 3)當包內外層高速鋼鋼液溫度降到1450 1500°C時進行外層離心澆注，當外層高速鋼內壁溫度降到1200 1250°C時進行復合輥套內層澆注，澆注溫度為1450 1500°C，澆注厚度為20 50mm，待內層凝固后下機進行保溫冷卻； 4)對復合輥套毛坯進行熱處理和機加工后獲得成品復合輥套。
2.根據權利要求I所述的離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套，其特征在于熱處理為先進行1020 1050°C高溫退火處理，退火保溫時間為4 8h ;粗加工后進行淬火處理，淬火溫度為1000 1050°C，淬火保溫時間為2 4h，保溫結束后進行吹風淬火，吹風淬火結束后進爐進行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550°C X30h。
3.根據權利要求I所述的離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套，其特征在于進行外層高速鋼和內層石墨鋼的離心澆注時，澆注過程中離心機線轉速控制在18 20m/s。
4.組合軋輥的制造方法，其特征在于將權利要求1、2、3之一制得的輥套加熱到150 2000C以后與冷態的輥軸進行熱裝。
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于輥軸表面涂有一層200 800目碳化硅粉體。
全文摘要
離心復合高碳高硼高速鋼復合輥套，屬于鑄造技術領域，輥套外層采用高碳高硼高速鋼材料，內層采用石墨鋼，通過離心澆注達到良好的冶金結合，并采用適當的熱處理工藝對高碳高硼高速鋼復合輥套進行性能改進，通過熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，高碳高硼高速鋼復合輥套磨損后可以更換，實現輥軸的循環利用，與離心鑄造高速鋼軋輥相比，材料利用率提高30%以上，使用壽命提高20%以上。
文檔編號B22D13/02GK102962423SQ20121049222
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者邵黎軍, 邵順才, 申國慶, 潘獻波, 葛軼強, 儲恩杰, 陳先鋒, 吳東林 申請人:江蘇共昌軋輥股份有限公司