專利名稱：一種高速鋼復(fù)合輥環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼機用復(fù)合輥環(huán)領(lǐng)域，特別適用于一種線、棒材軋機、帶鋼軋機及型鋼軋機所使用的高速鋼復(fù)合輥環(huán)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著工業(yè)發(fā)展對軋制材料質(zhì)量要求的提高，在軋制領(lǐng)域普遍采用了大壓下量等軋制技術(shù)。輥環(huán)是軋鋼生產(chǎn)中大量消耗的關(guān)鍵部件。通常要求輥環(huán)表層具有良好的耐磨性和紅硬性和輥環(huán)芯部應(yīng)具有較高的強度和良好的韌性。為達(dá)到此目的，工業(yè)上普遍采用離心復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合型輥環(huán)，即輥環(huán)由輥芯和外層組成，這種復(fù)合輥環(huán)比單一材輥環(huán)，雖然使用性能有了很大的提高，但仍存在不少缺點。目前采用輥環(huán)外部和輥環(huán)芯部都為球墨鑄鐵的復(fù)合輥環(huán)比較普遍，但球墨鑄鐵因需要球化處理，增加了一道工藝也就提高了成本，球化工藝也不穩(wěn)定。所以采用球墨鑄鐵輥環(huán)存在輥環(huán)工作層材料的使用壽命達(dá)不到性能要求的缺點，難以滿足熱軋生產(chǎn)線精軋前惡劣軋制條件的需要。另外碳化鎢硬質(zhì)合金輥環(huán)的引入提高軋機作業(yè)率，軋鋼量比球墨鑄鐵軋輥可提高5-10倍，但是碳化鎢輥環(huán)的缺點是輥環(huán)硬度高，加工困難、材料脆性大，易于斷裂，和制造成本昂貴等，不適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種材料成本低、硬度高、耐磨性能好、使用壽命長、軋機作業(yè)率的高速鋼復(fù)合輥環(huán)。
基于上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為(如附圖1所示)輥環(huán)外層材料采用高速鋼，輥環(huán)芯部材料采用合金球墨鑄鐵。輥環(huán)外層鋼水采用稀土變質(zhì)處理，將變質(zhì)處理后的外層鋼水澆入到具有一定旋轉(zhuǎn)速度的離心機鑄型內(nèi)，外層鋼水澆完后，在外層的內(nèi)表面加入一種保護劑保護，當(dāng)外層鋼水凝固后再澆入芯部鐵水，所述芯部鐵水出鐵時用稀土硅鐵鎂及硅鐵粉進(jìn)行球化及孕育處理，芯部鐵水在澆注時采用硅鐵粉進(jìn)行瞬時孕育處理，使兩種不同的金屬達(dá)到完全的冶金結(jié)合。
輥環(huán)外層的化學(xué)成分(重量％)C 1.2-2.5％，Si 0.3-1.5％，Mn 0.4-1.0％，Cr 3.0-6.0％，Mo 1.0-4.0％，V 1.0-4.0％，W 0.5-3.0％，Nb 0.5-2.0％，Ti0.01-0.5％，RE 0.01-0.5％，P＜0.05％，S＜0.05％，余為Fe；輥環(huán)芯部的化學(xué)成分(重量％)為C 3.0-3.8％，Si 2.2-3.2％，Mn 0.3-0.8％，Ni 0.2-2.0％，Cr＜0.3％，Mo＜0.3％，Mg 0.03-0.1％，RE≥0.03％，P＜0.1％，S＜0.03，余為Fe。
上述輥環(huán)外層和芯部鋼水的化學(xué)成分的設(shè)計依據(jù)如下1、在高速鋼輥環(huán)外層化學(xué)成分中C是鋼中最重要的組成元素，它以固溶和形成碳化物的方式提高鋼的強度，當(dāng)C含量過高時，初生奧氏體量少，晶粒細(xì)化，碳化物量增多；當(dāng)C含量過低時，初生奧氏體生長區(qū)間變寬，晶粒粗大，同時因殘余液相少，碳化物量減少。因此，C控制在1.2-2.5％較合適。
Si提高C的活度，與C一樣有利于組織中M2C的形成，同時還可推遲低溫回火脆性的產(chǎn)生和起到固溶強化作用，但含量過高會降低高速鋼的塑性，因此Si含量控制在0.3-1.5％較合適。
Mn與Ni一樣都是細(xì)化基體，提高鋼的韌性，但同時又會導(dǎo)致組織中殘余奧氏體量的增加，殘余奧氏體在輥環(huán)的熱處理和使用過程中是不利的。而Mn同時又可提高鋼的彈性模量，因此在成分設(shè)計中增加了Mn的含量，取消了Ni的加入，Mn的加入量為0.4-1.0％。
V和Nb即可提高高速鋼的耐磨性，又可提高高速鋼的強韌性。因為V和Nb是強碳化物形成元素，生成的碳化物極為穩(wěn)定。在高碳的條件下，往往以先共析相析出，將對奧氏體均勻化產(chǎn)生影響。在快速冷卻條件下，往往呈顆粒狀存在，這是減少連續(xù)粗大共晶碳化物的有利條件。在有Nb存在的條件下，Nb是VC碳化物成核的核心，促進(jìn)形成顆粒狀碳化物的元素。在進(jìn)行離心復(fù)合的條件下，往往因r相與VC相的比重相差較大，易形成比重偏析。加入Nb，增加VC的比重，減少偏析。
W可提高高速鋼的紅硬性，W主要生成W2C型碳化物，而W2C型碳化物的密度高達(dá)17.2，在離心力的作用下，易發(fā)生偏析。同時，從碳化物的體積百分?jǐn)?shù)來說，用W也是不合算的。但W可提高鋼的抗氧化性，因此，W控制在0.5-3.0％之間。
Mo在高速鋼中的作用與W相近，但是，1％的Mo可取代1.8％的W，即Mo的W當(dāng)量為1.8。共晶的Mo2C密度為9.1，從碳化物的量和偏析來考慮都比W有利，因此將Mo控制在1.0-4.0％之間。
Cr是強烈的碳化物形成無素，同時又能提高高速鋼的淬透性。此外，它也是保證抗氧化性的基本元素，所以Cr控制在3.0-6.0％之間。
RE作為變質(zhì)劑被加入，對高速鋼進(jìn)行變質(zhì)處理，RE可降低鋼水中S和O含量，增加鋼水的過冷度，使共晶組織細(xì)化。
Ti在鋼水中與C反應(yīng)，生成大量彌散的TiC質(zhì)點，TiC作為奧氏體和MC型碳化物的異質(zhì)晶核，細(xì)化奧氏體晶粒，促進(jìn)MC型碳化物的形成，提高了高速鋼的硬度和耐磨性。
同時，為了獲得良好的強韌性配合，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素含量，其P、S以不超過0.05％為宜。
2、在高速鋼輥環(huán)芯部化學(xué)成分中高速鋼輥環(huán)芯部采用合金球墨鑄鐵，與現(xiàn)有技術(shù)比較，增加了Cr和Mo含量的限制。因為Cr和Mo都是碳化物的形成元素，如果原鐵水中Cr和Mo含量過高，內(nèi)層鐵水澆注后，由于外層合金的高溫擴散，使結(jié)合層碳化物量增加，強度急劇降低，在輥環(huán)的熱處理和使用過程中將產(chǎn)生開裂。所以對內(nèi)層材料限制了Cr＜0.3％，Mo＜0.3％的要求。
本發(fā)明的高速鋼復(fù)合輥環(huán)的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相似首先將軋輥外層鋼水及芯部鐵水在兩臺電爐內(nèi)分別冶煉，軋輥外層鋼水采用稀土變質(zhì)處理，稀土的加入量為鋼水量(重量％)為0.03～0.5％，將變質(zhì)處理后的外層鋼水澆入到具有一定旋轉(zhuǎn)速度的離心機鑄型內(nèi)，外層鋼水澆注溫度為1400～1550℃，澆注時鑄型的溫度為50～250℃，鑄型的涂料厚度為1-5mm，外層鋼水澆完后，在外層的內(nèi)表面加入一種保護劑保護，所述保護劑為ZL92105533.1所公開的離心鑄造熔渣，保護劑的加入量為3～5KG/m2，當(dāng)外層鋼水凝固后再澆入芯部鐵水，所述芯部鐵水出鐵時用稀土硅鐵鎂及硅鐵粉進(jìn)行球化及孕育處理，稀土硅鐵鎂的加入量為鐵水總量(重量％)的1.0-2.5％，硅鐵粉的加入量為鐵水總量(重量％)的0.3-1.0％，芯部鐵水在澆注時采用硅鐵粉進(jìn)行瞬時孕育處理，所述硅鐵粉的加入量為芯部鐵水總量(重量％)的0.05～0.3％，芯部鐵水的澆注溫度為1350～1450℃，使兩種不同的金屬達(dá)到完全的冶金結(jié)合。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、采用本發(fā)明高速鋼復(fù)合輥環(huán)由于粒狀及細(xì)塊狀碳化物的形成，從而提高了輥環(huán)外層硬度和耐磨性，延長了輥環(huán)的使用壽命，與貝氏體球墨鑄鐵輥環(huán)相比壽命可提高4-6倍。
2、采用本發(fā)明的高速鋼復(fù)合輥環(huán)由于使用壽命的提高，減少換輥次數(shù)，使軋機作業(yè)率大大提高，同時降低了輥環(huán)的生產(chǎn)成本。


附圖1為本發(fā)明高速鋼復(fù)合輥環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中1為輥環(huán)外層，2為輥環(huán)芯部，3為擋圈，4為軋輥芯部。
具體的實施方式采用本發(fā)明所述的高速鋼復(fù)合輥環(huán)的化學(xué)成分范圍和現(xiàn)有技術(shù)的制備方法，試制鋼號為A、B、C三批輥環(huán)。本發(fā)明三批輥環(huán)外層鋼水及芯部鐵水的化學(xué)成分如表1所示。首先將輥環(huán)外層鋼水及芯部鐵水在兩臺電爐內(nèi)分別冶煉，輥環(huán)外層鋼水采用稀土變質(zhì)處理，A、B、C稀土的加入量分別為鋼水量(重量％)為0.4％、0.35％、0.2％，將變質(zhì)處理后的外層鋼水澆入到具有一定旋轉(zhuǎn)速度的離心機鑄型內(nèi)，A、B、C外層鋼水澆注溫度分別為1420℃、1470℃、1530℃，A、B、C澆注時鑄型的溫度分別為120℃、170℃、230℃，A、B、C鑄型的涂料厚度分別為4.2mm、4.4mm、4.5mm，外層鋼水澆完后，在外層的內(nèi)表面加入一種保護劑保護，所述保護劑為ZL92105533.1所公開的離心鑄造熔渣，A、B、C保護劑的加入量為4.5G/m2、4.0G/m2、3.2G/m2，當(dāng)外層鋼水凝固后再澆入芯部鐵水，所述芯部鐵水出鐵時用稀土硅鐵鎂及硅鐵粉進(jìn)行球化及孕育處理，A、B、C稀土硅鐵鎂的加入量分別為鐵水總量(重量％)的2.4％、1.7％、1.2％，A、B、C硅鐵粉的加入量為鐵水總量(重量％)的0.9％、0.6％、0.5％，芯部鐵水在澆注時采用硅鐵粉進(jìn)行瞬時孕育處理，A、B、C所述硅鐵粉的加入量分別為芯部鐵水總量(重量％)的0.25％、0.17％、0.09％，芯部鐵水的澆注溫度分別為1380℃、1400℃、1430℃，使兩種不同的金屬達(dá)到完全的冶金結(jié)合。
采用三批本發(fā)明的輥環(huán)與針狀貝氏體球墨鑄鐵輥環(huán)同時用于圓鋼、螺紋鋼成品機架及切分機架的軋鋼量的對比結(jié)果如表2所示，從表2看出本發(fā)明高速鋼復(fù)合輥環(huán)用于線、棒材軋機，每次軋鋼量比針狀貝氏體球墨鑄鐵輥環(huán)可提高4-6倍，說明本發(fā)明輥環(huán)硬度高、耐磨性好、使用壽命長。
表1本發(fā)明實施例復(fù)合輥環(huán)外層及芯部鋼水化學(xué)成分表(重量％)

表2本發(fā)明實施例高速鋼復(fù)合輥環(huán)與針狀貝氏體球墨鑄鐵輥環(huán)軋鋼量的對比表

權(quán)利要求
1.一種高速鋼復(fù)合輥環(huán)，輥環(huán)外層為高速鋼，輥環(huán)芯部為合金球墨鑄鐵，其特征在于輥環(huán)外層的化學(xué)成分(重量％)為C 1.2-2.5％，Si 0.3-1.5％，Mn 0.4-1.0％，Cr 3.0-6.0％，Mo 1.0-4.0％，V 1.0-4.0％，W 0.5-3.0％，Nb 0.5-2.0％，Ti0.01-0.5％，RE 0.01-0.5％，P＜0.05％，S＜0.05％，余為Fe；輥環(huán)芯部的化學(xué)成分(重量％)為C 3.0-3.8％，Si 2.2-3.2％，Mn 0.3-0.8％，Ni 0.2-2.0％，Cr＜0.3％，Mo＜0.3％，Mg 0.03-0.1％，RE≥0.03％，P＜0.1％，S＜0.03，余為Fe。
全文摘要
一種高速鋼復(fù)合輥環(huán)，輥環(huán)外層為高速鋼，輥環(huán)芯部為合金球墨鑄鐵，其特征在于輥環(huán)外層的化學(xué)成分(重量％)為C 1.2－2.5％，Si 0.3－1.5％，Mn 0.4－1.0％，Cr 3.0－6.0％，Mo 1.0－4.0％，V 1.0－4.0％，W 0.5－3.0％，Nb 0.5－2.0％，Ti 0.01－0.5％，RE 0.01－0.5％，P＜0.05％，S＜0.05％，余為Fe；輥環(huán)芯部的化學(xué)成分(重量％)為C 3.0－3.8％，Si 2.2－3.2％，Mn 0.3－0.8％，Ni 0.2－2.0％，Cr＜0.3％，Mo＜0.3％，Mg 0.03－0.1％，RE≥0.03％，P＜0.1％，S＜0.03，余為Fe。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有成本低、硬度高、耐磨性能好、使用壽命長、軋機作業(yè)率高的優(yōu)點。
文檔編號B21B27/02GK1454723SQ0314053
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者宮開令, 張欣, 高春利 申請人:安泰科技股份有限公司, 唐山聯(lián)強冶金軋輥有限公司, 鋼鐵研究總院