[发明专利]高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法

说明书

      

技术领域

本发明涉及一种轧辊的复合铸造方法，特别涉及一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，属于金属铸造技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，其消耗量是轧钢生产成本的5%～15%。加上因轧辊消耗而带来停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施。轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度。如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢工作轧辊，70年代开始使用高铬铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。冷轧带钢工作辊材质由2%Cr钢发展到3%Cr、5%Cr钢，到了90年代开始使用半高速钢，近年来开始使用高速钢。

由于轧辊使用条件极其苛刻，不仅要求具有优良的耐磨性，还要求具有较强的韧性，以防止轧辊使用中发生断裂，因此单一材质难以满足轧辊要求。复合轧辊的研究和应用已越来越引起国内外轧辊研究和制造部门的重视。现有的轧辊复合制造工艺有：冲洗铸造法、离心铸造法、连续浇注外层成形法（简称CPC）、电渣重熔法（简称ESR）、热等静压法（简称HIP）、液态金属电渣熔接法（ESSLM）、喷射沉积成形法（OSPREY）、机械组合法和表面堆焊法等。其中离心复合铸造方法具有生产效率高、轧辊组织致密和操作简便等特点，在复合轧辊生产中已得到广泛使用。

中国发明专利CN102615106A公开了一种含硼离心复合高速钢轧辊，包括高速钢轧辊外层、高速钢轧辊中间层和高速钢轧辊芯部，该制备方法包括熔炼、炉前处理、轧辊浇注、退火、粗加工、二次回火、精加工、检验。通过上述方式，该发明提供的含硼离心复合高速钢轧辊采用了三层复合轧辊技术，增加了高速钢轧辊外层和高速钢轧辊芯部的复合能力，不易剥落，硬度强度高、耐磨性好、抗事故能力强。中国发明专利CN1853811还公开了复合高速钢轧辊及制备方法的改进，其特征是轧辊自外向内依次为高速钢工作层、芯部材料组成的中间层1、中间层2、芯部1和芯部2。该轧辊制备采用离心浇注，浇注工作层后，降低转速分别浇注中间层1 和中间层2，然后再次降低转速至200-350转/分浇注芯部1，关闭动力自由减速烧注芯部2。该发明复合高速钢轧辊，较原双层或三层复合高速钢轧辊，在轧制过程中工作层剥落率降低30％左右，断辊机率减少50-60％。中国发明专利CN101705430A还公开了一种高速钢轧辊及其在电磁场下离心复合制备方法，高速钢轧辊的工作层材质成分为(重量％)：C：1.5％～2.5％，V：4.0～6.0％，W：4.0％～6.0％，Mo：1.5％～4.5％，Cr：2.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.18％，B：0.001～0.003％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，余量为Fe及杂质元素，杂质中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。采用脉冲电磁场下离心复合方法浇铸轧辊，脉冲磁场的频率为0.1～10Hz，铸型中心磁场的峰值强度为1～10T。该轧辊具有多种析出强化相，施加的脉冲磁场使强化相及基体晶粒有效细化，并使强化相弥散分布，克服了合金元素的偏析，能大幅度提高轧辊的性能。中国发明专利CN101797630A还公开了一种改进型高速钢轧辊及其制备方法，采用离心复合铸造方法成形，轧辊外层是高速钢，轧辊内层是球铁或高强度铸铁。轧辊外层在离心铸造机上成形，然后将辊芯铁水在静态下填芯，浇注成高速钢复合轧辊。高速钢轧辊外层的原料组成是(质量分数)：60-65％的M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)废钢，1.0-1.4％的金属铝，5.0-5.5％的硼铁，9.2-9.4％的碳素铬铁，0.2-0.4％的钛铁，1.0-1.2％的镍镁合金，18-23％的Q235废钢。本发明轧辊利用电炉便可生产，硬度高、不加贵重铁合金、且取消高温淬火处理。中国发明专利CN102319897A还公开了一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法。高钒高速钢化学组成成分(质量分数,%)是：1.7-1.8C,1.2-1.6Si,5.0-6.0Cr；1.2-1.4Mo；0.5-0.6Mn；8.0-10.0V,余量为Fe；所述轧辊辊芯是球磨铸铁。该发明还公开了上述辐射轧辊的制备方法：将辊芯用感应线圈预热到一定温度,同时将外层高速钢在真空感应炉中熔炼,采用喷射成形的方法,将高速钢金属液流用氮气雾化并沉积在旋转的辊芯上复合成形。该复合轧辊外层组织均匀，消除粗大共晶碳化物及组织偏析，在辊芯与喷射层之间形成良好的冶金结合，辊面硬度高，耐磨性好，疲劳性能提高，使用寿命更长。中国发明专利CN101240403还公开了一种轧钢行业中板带轧机应用的高速钢复合轧辊及其铸造方法。复合轧辊的外层材料为高速钢，中间层材料为球墨铸铁原铁水或石墨半钢，轧辊芯部材料为球墨铸铁。采用离心复合铸造工艺，轧辊分三次浇注成型，在离心机上，保持恒定的离心转速，将外层和中间层金属材料浇注成型，然后静止浇注轧辊芯部金属使之最终成型；该发明高速钢复合轧辊，与以往双层或其他三层复合高速钢轧辊相比，三层金属冶金结合良好，强度高；中间层材质的优化选择提高了结合层强度，中间层中影响结合性能的碳化物减少，并有效地避免了外层高速钢中的合金元素向芯部扩散，影响芯部材质性能，避免热处理过程以及轧制过程中工作层开裂和脱落。中国发明专利CN102274856A还公开了一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，轧辊包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C1.8～2.6％、Cr3～10％、Nb0.2～1.0％、Mo4～10％、V5～10％、W4～10％、Co2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其工作步骤如下：1)中频炉熔炼；2)进行变质处理；3)离心铸造；4)芯部浇铸；5)采用台车式差温炉进行热处理。与现有技术相比，该发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400Mpa以上，防止高速钢外层的剥落。