專利名稱：一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及軋輥的制造方法，特別是一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法。
背景技術(shù)：
熱軋輥是軋鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵工具，使用條件極其苛刻，必須能夠承受相當(dāng)強(qiáng)烈的力與熱的作用。除了要有較高的強(qiáng)韌性，防止軋輥使用中發(fā)生斷裂事故，表面還應(yīng)具有良好的耐磨、耐熱性能，單一軋輥材質(zhì)難以滿足熱軋輥的要求。用強(qiáng)韌性好的輥芯材料與耐磨、耐熱性好的高速鋼輥身材料組成的復(fù)合軋輥，是軋輥發(fā)展的主要方向。常用的軋輥復(fù)合方法主要有沖洗復(fù)合鑄造法、離心復(fù)合鑄造法、連續(xù)鑄造復(fù)合法、電渣重熔法、熱等靜壓法、噴射沉積成形法、機(jī)械組合法和表面堆焊法等。其中沖洗復(fù)合鑄造法工藝簡(jiǎn)單，但存在金屬液收得率低、合金材料浪費(fèi)嚴(yán)重以及軋輥表面質(zhì)量差等不足，很難應(yīng)用于高速鋼復(fù)合軋輥的生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械組合方法制備復(fù)合軋輥工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用表面堆焊法制造復(fù)合軋輥不僅效率低，而且堆焊層易出現(xiàn)夾渣、氣孔和裂紋等缺陷，易影響軋輥的正常使用。離心復(fù)合鑄造軋輥生產(chǎn)方法與連續(xù)鑄造復(fù)合法(中國(guó)發(fā)明專利CN1280042)、電渣重熔法(美國(guó)專利US5081760、中國(guó)發(fā)明專利CN1157192)、噴射沉積成形法和熱等靜壓法(日本專利公報(bào)特開(kāi)昭61-238407)等相比較，具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、操作方法簡(jiǎn)便和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于高速鋼中含有較多的W、Cr、Mo、V等合金元素，而這些元素及其形成的碳化物的密度差很大，在普通離心鑄造條件下，高速鋼軋輥合金元素偏析嚴(yán)重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內(nèi)層正好相反，嚴(yán)重影響軋輥的使用。另外，在離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥過(guò)程中，離心力的作用易引起軋輥產(chǎn)生裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法，該高速鋼復(fù)合軋輥由輥身和輥芯復(fù)合而成，輥身使用的材料是耐磨性能優(yōu)異的高碳高速鋼，輥芯使用的材料是高強(qiáng)度球墨鑄鐵。本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥采用離心鑄造方法成形，為了防止元素偏析，輥身高碳高速鋼中不含密度高的鎢元素，另外，在高碳高速鋼中添加有鈮元素，由于生成密度較大的MC型復(fù)合碳化物(V、Nb系復(fù)合碳化物)，其密度與鋼水密度相接近，使VC減少，有效控制了離心鑄造高速鋼軋輥的碳化物偏析，提高了高速鋼軋輥的耐磨性。另外，在高碳高速鋼中，加入稀土—鈦—氮—鉀進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，可以使碳化物和基體組織明顯細(xì)化，提高了高速鋼軋輥抗裂紋形成能力，還明顯改善高速鋼軋輥的熱疲勞性能。在離心鑄造中，通過(guò)控制鑄型轉(zhuǎn)速和采用鑄型復(fù)合涂料，可以明顯改善高速鋼軋輥抗鑄造開(kāi)裂能力。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種高速鋼復(fù)合軋輥，由輥身和輥芯組成；其特征在于輥身材料是高碳高速鋼，主要含有下列重量百分比的化學(xué)成分C，1.8～2.8；Mo，4.0～8.0；V，3.0～7.0；Nb，1.5～4.0；Cr，6.0～12.0；RE，0.1～0.25，Ti，0.15～0.40；N，0.08～0.20；K，0.06～0.18；Si＜2.0；Mn＜2.0；S＜0.05；P＜0.05；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)；輥芯材料是高強(qiáng)度球墨鑄鐵，主要含有下列重量百分比的化學(xué)成分C，3.2～3.6；Si，1.8～2.4；Mn，0.4～0.8；Ni，0.3～1.2；Cr，0.3～0.8；Mo，0.2～0.5；Mg，0.03～0.08；RE，0.05～0.14；P＜0.08；S＜0.03；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)。
上述高速鋼復(fù)合軋輥的制造方法，其特征在于，該方法將輥身和輥芯分別用電爐熔煉，采用離心鑄造方法復(fù)合成形，其工藝步驟是1)輥身高碳高速鋼的鋼水熔煉①將普通廢鋼、生鐵、鉬鐵、鈮鐵和鉻鐵按權(quán)利要求1的輥身成分要求混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1520℃～1600℃，加入占鋼水重量0.10％0.30％的Al脫氧，而后出爐；③將含鉀變質(zhì)劑、含氮變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)240℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；2)輥芯高強(qiáng)度球墨鑄鐵的鐵水熔煉①將普通廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵和鉻鐵按權(quán)利要求1的輥芯成分要求混合放入爐中加熱熔化，用石墨或生鐵增碳；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1420℃～1450℃后出爐；③將稀土鎂球化劑破碎至粒度小于18mm的小塊，經(jīng)180℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理，鐵水入澆包時(shí)，加入0.8％～1.2％的75％硅鐵合金進(jìn)行隨流孕育處理；3)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是①先將高碳高速鋼鋼水澆入在離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，鋼水澆注溫度為1420℃～1450℃，鑄型材質(zhì)是HT200，壁厚80mm～200mm，預(yù)熱溫度大于200℃，并在此溫度下噴刷涂料，澆注時(shí)鑄型溫度不低于120℃；鑄型采用雙層涂料，底層為隔熱層，其組成的重量百分比是20％～30％硅藻土粉、2％～5％膨潤(rùn)土，0～6％鋯英粉，其余是水；面層為耐火層，其組成的重量百分比是58％～68％鋯英粉，1％～5％膨潤(rùn)土，2％～5％硅溶膠，其余是水；涂料總厚度小于2mm；②澆注初期鑄型轉(zhuǎn)速n1按下式確定
n1=5520γ·r·β]]>式(1)式中n1-澆注初期的鑄型轉(zhuǎn)數(shù)，r/min，γ-高碳高速鋼溶液密度，g/cm3，r-輥身內(nèi)半徑，cm，β-調(diào)整系數(shù)，高碳高速鋼為1.4～1.6；③澆注完畢后鑄型轉(zhuǎn)速n2按下式確定n2=5520γ·R·β]]>式(2)式中n2-澆注完畢后的鑄型轉(zhuǎn)數(shù)，r/min，R-輥身外半徑，cm；④澆注完畢5min～6min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n3，n3按下式確定n3＝(0.7～0.9)n2式(3)⑤澆注完畢10min～20min后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1220℃～1280℃時(shí)，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1320℃～1360℃；⑥球鐵鐵水澆注完畢3min～5min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n4，n4按下式確定n4＝(0.7～0.9)n3式(4)鑄型在n4下旋轉(zhuǎn)6min～8min后，離心機(jī)停機(jī)，隨后取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)保溫爐或緩冷坑。
將高速鋼復(fù)合軋輥置入退火爐中，加熱至880℃～920℃保溫后爐冷，硬度小于HRC35，直接進(jìn)行粗加工；然后在1020℃～1050℃下保溫3h～5h后空冷或霧冷，再在520℃～550℃下回火兩次，保溫時(shí)間4h～8h，最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸。
軋輥材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而軋輥的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的碳是形成耐磨相碳化物的基本元素，碳加入量太少導(dǎo)致碳化物數(shù)量少，影響耐磨性，碳加入量過(guò)多會(huì)增大材料的脆性。而熱軋輥工作時(shí)與溫度高達(dá)1000℃多的軋件相接觸，軋輥表面最高溫度超過(guò)500℃，且接著受高壓水的冷卻。因此若碳含量過(guò)高，增大了軋輥表面出現(xiàn)龜裂的危險(xiǎn)，最終將導(dǎo)致軋輥的破裂，綜合考慮將輥身高速鋼的碳含量控制在1.8％～2.8％。
鉬在高速鋼中部分形成碳化物，有利于提高高速鋼軋輥硬度并改善其耐磨性；部分進(jìn)入基體，有利于提高高速鋼軋輥的淬透性和紅硬性，確保高速鋼軋輥在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的耐磨性。鉬增大高速鋼的脫碳敏感性，對(duì)高速鋼的晶粒變粗也有較高的敏感性，綜合考慮將鉬含量控制在4.0％～8.0％。
釩在高速鋼中主要形成穩(wěn)定碳化物，溶解在固溶體中的VC，可提高鋼的二次硬化能力，保留的碳化物(VC)顯微硬度高，可提高高速鋼的耐磨性，它的分布是孤立塊狀，對(duì)基體割裂小，有利于提高鋼的韌性。但釩含量超過(guò)8％以后，鋼中出現(xiàn)M3C型碳化物，其硬度迅速下降，不利于提高耐磨性，故釩含量控制在3.0％～7.0％。
由于高速鋼軋輥中含有較多的釩元素，釩元素及其形成的碳化物的密度比鐵小，在普通離心鑄造條件下，高速鋼軋輥中釩元素偏析嚴(yán)重，外層釩含量低，而內(nèi)層釩含量高，嚴(yán)重影響高速鋼軋輥的耐磨性。為防止VC偏析，采取添加鈮元素，可以生成密度較大的MC型復(fù)合碳化物(V、Nb系碳化物)，其密度與鋼水密度相接近，使VC減少，可有效控制離心鑄造高速鋼軋輥的碳化物偏析，提高高速鋼軋輥的耐磨性。但鈮提高鋼的淬火溫度，降低二次硬度峰值出現(xiàn)的溫度，因此鈮含量控制在1.5％～4.0％較合理。
鉻在高速鋼中部分存在于碳化物中，還有40％左右存在于基體中。含鉻的M23C6型碳化物在較低的淬火溫度下便完全溶解，使高速鋼產(chǎn)生較高的淬硬性和淬透能力，鉻還可以改善軋輥的抗氧化性能。含量過(guò)高，多余的鉻參與回火時(shí)沉淀析出的碳化物的形成，這種含鉻碳化物在較低溫度時(shí)容易析出，降低了高速鋼的熱穩(wěn)定性。綜合考慮將鉻含量控制在6.0％～12.0％。
高速鋼軋輥中加入適量的稀土、鈦、氮、鉀，主要是為了凈化鋼液，細(xì)化組織，改善碳化物的形態(tài)和分布，從而達(dá)到提高高速鋼強(qiáng)韌性和耐磨性的目的。
高速鋼軋輥的性能還與鑄造方法及其熱處理工藝有關(guān)。
在普通重力鑄造軋輥中，軋輥是靠冒口的重力和體積來(lái)補(bǔ)縮，形成軋輥?zhàn)韵露系捻樞蚰?。而采用離心鑄造方法制造軋輥時(shí)，靠離心力的作用，將澆道中的金屬液從旋轉(zhuǎn)中心甩向軋輥外緣進(jìn)行補(bǔ)縮，軋輥有較高的工藝成品率，能大幅度節(jié)約金屬，降低成本。此外，離心力的作用可加劇鑄型內(nèi)金屬的運(yùn)動(dòng)，造成凝固由外向內(nèi)順序凝固。金屬液的運(yùn)動(dòng)也有助于樹(shù)枝狀晶的破碎和細(xì)化。在離心補(bǔ)縮壓力推動(dòng)下，金屬液體也能克服晶粒間“隧道”的阻力進(jìn)行補(bǔ)縮，提高軋輥致密度。正因?yàn)殡x心鑄造具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此高速鋼復(fù)合軋輥采用離心鑄造方法制造。
離心鑄造中，為了解決軋輥開(kāi)裂難題，主要從兩方面著手，一方面是選擇鑄型涂料。高速鋼軋輥鑄造產(chǎn)生裂紋主要是鑄型涂料層厚度薄，高速鋼軋輥的凝固外殼產(chǎn)生急冷，外殼的內(nèi)應(yīng)力增大，在離心力作用下，外殼易出現(xiàn)破裂。當(dāng)涂料層厚度過(guò)厚(大于3.0mm時(shí))，涂料層易發(fā)生起皮、開(kāi)裂現(xiàn)象，軋輥更易出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明采用雙層涂料，底層為隔熱層，面層為耐火層，效果很好。
另一方面，離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)高，使離心力增大，也促使高速鋼軋輥鑄造產(chǎn)生裂紋。但是離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)低，軋輥組織疏松，對(duì)軋輥的力學(xué)性能和使用效果帶來(lái)不良影響。本發(fā)明在軋輥澆注初期采用高轉(zhuǎn)速，在軋輥澆注末期，特別是填充輥芯球墨鑄鐵鐵水后，降低轉(zhuǎn)速，解決了鑄造高速鋼軋輥開(kāi)裂難題。
本發(fā)明高速鋼軋輥退火主要是為了軟化組織，改善加工性能。淬火目的是為了獲得高硬度的馬氏體組織，提高高速鋼軋輥耐磨性。淬火溫度過(guò)高時(shí)，將會(huì)促使軋輥芯部的球墨鑄鐵組織粗化，損害軋輥強(qiáng)度。在1020～1050℃加熱淬火，外層可獲得高硬度的馬氏體組織，對(duì)內(nèi)層球墨鑄鐵性能影響不大，高速鋼復(fù)合軋輥可以獲得良好的綜合性能。高速鋼軋輥回火的目的為了消除淬火應(yīng)力和穩(wěn)定組織。
本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)①用本發(fā)明制造高速鋼復(fù)合軋輥生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，效率高，軋輥輥身的金相組織中含有18.3％～27.5％的高硬度碳化物，導(dǎo)致軋輥硬度高，達(dá)到HRC64～67，耐磨性好。用于熱軋帶鋼精軋機(jī)前架，高速鋼軋輥一個(gè)軋制單元(2小時(shí))的磨損量為0.018～0.022mm，而高鎳鉻無(wú)限冷硬軋輥的平均磨損量為0.093mm，高速鋼軋輥的耐磨性是高鎳鉻無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥的4.23～5.17倍；在棒材軋機(jī)精軋機(jī)架軋制φ12mm螺紋鋼，高速鋼復(fù)合軋輥的磨損量為1.19～1.44mm/1000噸鋼，而高鉻鑄鐵軋輥的平均磨損量為14.36mm/1000噸鋼，高速鋼軋輥的耐磨性是高鉻鑄鐵軋輥的9.97～12.07倍。
②用本發(fā)明制造的高速鋼復(fù)合軋輥，由于鑄型采用了雙層涂料，且在鑄造成形過(guò)程中采用了鑄型轉(zhuǎn)速斷續(xù)變換，軋輥鑄造中無(wú)裂紋出現(xiàn)。
③本發(fā)明制造的高速鋼復(fù)合軋輥，輥身高速鋼材質(zhì)中加入鈮元素，形成V、Nb系復(fù)合碳化物，明顯減輕了軋輥的元素偏析，并用稀土—鈦—氮—鉀復(fù)合變質(zhì)處理，明顯改善了碳化物的形態(tài)和分布，細(xì)化了基體組織，使材料韌性明顯提高，沖擊韌性達(dá)到11.7～13.2J/cm2。
④本發(fā)明制造的高速鋼復(fù)合軋輥，輥芯強(qiáng)度大于580MPa，軋輥使用中無(wú)斷輥現(xiàn)象出現(xiàn)；軋輥使用過(guò)程中無(wú)剝落、裂紋、粘鋼現(xiàn)象產(chǎn)生，明顯改善了軋材表面質(zhì)量，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了軋鋼設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)率。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的高速鋼復(fù)合軋輥。其外徑為Φ370mm，軋輥輥身厚度70mm，軋輥外層單邊加工量8mm，高速鋼復(fù)合軋輥的輥身和輥芯分別用500kg和1000kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，其制造工藝步驟是(1)輥身高速鋼鋼水的熔煉①將普通廢鋼、生鐵、鉬鐵、鈮鐵和鉻鐵按上述成分要求混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580℃，加入占鋼水重量0.23％Al脫氧，而后出爐；③將含鉀變質(zhì)劑、含氮變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)240℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。
(2)輥芯球墨鑄鐵鐵水的熔煉①將普通廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵和鉻鐵按上述成分要求混合放入爐中加熱熔化，用石墨增碳；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1430℃后出爐；③將稀土鎂球化劑破碎至粒度小于18mm的小塊，經(jīng)180℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理，鐵水入澆包時(shí)，加入0.97％的75％硅鐵合金進(jìn)行隨流孕育處理。
(3)高速鋼復(fù)合軋輥鑄造成形①先將輥身高速鋼鋼水澆入在離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，鋼水澆注溫度為1440℃，鑄型材質(zhì)是HT200，壁厚110mm，預(yù)熱溫度220℃，并在此溫度下噴刷涂料，澆注時(shí)鑄型溫度137℃。鑄型采用雙層涂料，底層為隔熱層，其組成是28％硅藻土粉、3％膨潤(rùn)土、69％水，底層厚度0.83mm；面層為耐火層，其組成是65％鋯英粉，2％膨潤(rùn)土，3％硅溶膠和30％水，面層厚度0.58mm。
②澆注初期鑄型轉(zhuǎn)速n1按式(1)確定，n1為875r/min。
③澆注完畢后鑄型轉(zhuǎn)速n2按式(2)確定，n2為675r/min。
④澆注完畢5.7min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n3，n3為540r/min。
⑤澆注完畢12min后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量高速鋼輥身內(nèi)層溫度，溫度為1270℃，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1340℃。
⑥球鐵鐵水澆注完畢4min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n4，n4為430r/min。鑄型在n4下旋轉(zhuǎn)7min后，離心機(jī)停機(jī)，隨后取出軋輥進(jìn)保溫爐緩冷。
(4)高速鋼復(fù)合軋輥在退后爐內(nèi)加熱至900℃，保溫后爐冷，硬度小于HRC35，直接進(jìn)行粗加工；隨后在1040℃保溫4h后空冷，再在540℃下回火兩次，保溫時(shí)間6h，最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸。高速鋼復(fù)合軋輥主要成分見(jiàn)表1，機(jī)械性能見(jiàn)表2。
表1高速鋼復(fù)合軋輥化學(xué)成分(重量％)

表2 高速鋼復(fù)合軋輥機(jī)械性能

實(shí)施例2本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥外徑Φ350mm，軋輥輥身厚度65mm，軋輥外層單邊加工量8mm，高速鋼復(fù)合軋輥的輥身和輥芯分別用500kg和1000kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，其制造工藝步驟是
(1)輥身高速鋼鋼水的熔煉①將普通廢鋼、生鐵、鉬鐵、鈮鐵和鉻鐵按上述成分要求混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1535℃，加入占鋼水重量0.18％Al脫氧，而后出爐；③將含鉀變質(zhì)劑、含氮變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)240℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。
(2)輥芯球墨鑄鐵鐵水的熔煉①將普通廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵和鉻鐵按上述成分要求混合放入爐中加熱熔化，用生鐵增碳；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1445℃后出爐；③將稀土鎂球化劑破碎至粒度小于18mm的小塊，經(jīng)180℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理，鐵水入澆包時(shí)，加入1.04％的75％硅鐵合金進(jìn)行隨流孕育處理。
(3)高速鋼復(fù)合軋輥鑄造成形①先將輥身高速鋼鋼水澆入在離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，鋼水澆注溫度為1435℃，鑄型材質(zhì)是HT200，壁厚120mm，預(yù)熱溫度250℃，并在此溫度下噴刷涂料，澆注時(shí)鑄型溫度141℃。鑄型采用雙層涂料，底層為隔熱層，其組成是24％硅藻土粉，4％膨潤(rùn)土，5％鋯英粉，67％水，底層厚度0.75mm；面層為耐火層，其組成是60％鋯英粉、4％膨潤(rùn)土、4％硅溶膠，32％水，面層厚度0.58mm。
②澆注初期鑄型轉(zhuǎn)速n1按式(1)確定，n1為895r/min。
③澆注完畢后鑄型轉(zhuǎn)速n2按式(2)確定，n2為695r/min。
④澆注完畢5.5min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n3，n3為560r/min。
⑤澆注完畢14min后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量高速鋼輥身內(nèi)層溫度，溫度為1230℃，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1350℃。
⑥球鐵鐵水澆注完畢4.5min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n4，n4為450r/min。鑄型在n4下旋轉(zhuǎn)7min后，離心機(jī)停機(jī)，隨后取出軋輥進(jìn)緩冷坑。
(4)高速鋼復(fù)合軋輥在退后爐內(nèi)加熱至890℃保溫后爐冷，硬度小于HRC35，直接進(jìn)行粗加工；隨后在1025℃保溫4.5h后霧冷，再在525℃下回火兩次，保溫時(shí)間7h，最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸。高速鋼復(fù)合軋輥主要成分見(jiàn)表3，機(jī)械性能見(jiàn)表4。
表3高速鋼復(fù)合軋輥化學(xué)成分(重量％)

表4高速鋼復(fù)合軋輥機(jī)械性能

取本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥分別在熱軋帶鋼精軋機(jī)前架和棒材軋機(jī)精軋機(jī)架上進(jìn)行裝機(jī)使用，分別軋制3.5mm熱帶鋼和φ12mm螺紋鋼，結(jié)果如下用于熱軋帶鋼精軋機(jī)前架使用時(shí)，高速鋼復(fù)合軋輥一個(gè)軋制單元(2小時(shí))的磨損量為0.018～0.022mm，而高鎳鉻無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥的平均磨損量為0.093mm，高速鋼軋輥的耐磨性是高鎳鉻無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥的4.23～5.17倍；在棒材軋機(jī)精軋機(jī)架使用時(shí)，高速鋼復(fù)合軋輥的磨損量為1.19～1.44mm/1000噸鋼，而高鉻鑄鐵軋輥的平均磨損量為14.36mm/1000噸鋼，高速鋼軋輥的耐磨性是高鉻鑄鐵軋輥的9.97～12.07倍。本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥，輥芯強(qiáng)度高，軋輥使用中無(wú)斷輥現(xiàn)象出現(xiàn)。軋輥使用過(guò)程中亦無(wú)剝落、裂紋、粘鋼現(xiàn)象產(chǎn)生，明顯改善了軋材表面質(zhì)量，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了軋鋼設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)率，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種高速鋼復(fù)合軋輥，由輥身和輥芯組成；其特征在于輥身材料是高碳高速鋼，主要含有下列重量百分比的化學(xué)成分C，1.8～2.8；Mo，4.0～8.0；V，3.0～7.0；Nb，1.5～4.0；Cr，6.0～12.0；RE，0.1～0.25；Ti，0.15～0.40；N，0.08～0.20；K，0.06～0.18；Si＜2.0；Mn＜2.0；S＜0.05；P＜0.05；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)；輥芯材料是高強(qiáng)度球墨鑄鐵，主要含有下列重量百分比的化學(xué)成分C，3.2～3.6；Si，1.8～2.4；Mn，0.4～0.8；Ni，0.3～1.2；Cr，0.3～0.8；Mo，0.2～0.5；Mg，0.03～0.08；RE，0.05～0.14；P＜0.08；S＜0.03；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的高速鋼復(fù)合軋輥的制造方法，其特征在于，該方法將輥身和輥芯分別用電爐熔煉，采用離心鑄造方法復(fù)合成形，其工藝步驟是1)輥身高碳高速鋼的鋼水熔煉①將普通廢鋼、生鐵、鉬鐵、鈮鐵和鉻鐵按權(quán)利要求1的輥身成分要求混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1520℃～1600℃，加入占鋼水重量0.10％～0.30％的Al脫氧，而后出爐；③將含鉀變質(zhì)劑、含氮變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)240℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；2)輥芯高強(qiáng)度球墨鑄鐵的鐵水熔煉①將普通廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵和鉻鐵按權(quán)利要求1的輥芯成分要求混合放入爐中加熱熔化，用石墨或生鐵增碳；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1420℃～1450℃后出爐；③將稀土鎂球化劑破碎至粒度小于18mm的小塊，經(jīng)180℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理，鐵水入澆包時(shí)，加入0.8％～1.2％的75％硅鐵合金進(jìn)行隨流孕育處理；3)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是①先將高碳高速鋼鋼水澆入在離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，鋼水澆注溫度為1420℃～1450℃，鑄型材質(zhì)是HT200，壁厚80mm～200mm，預(yù)熱溫度大于200℃，并在此溫度下噴刷涂料，澆注時(shí)鑄型溫度不低于120℃；鑄型采用雙層涂料，底層為隔熱層，面層為耐火層，涂料總厚度小于2mm；②澆注初期鑄型轉(zhuǎn)速n1按下式確定n1=5520γ·r·β]]>式(1)式中n1-澆注初期的鑄型轉(zhuǎn)數(shù)，r/min，γ-高碳高速鋼溶液密度，g/cm3，r-輥身內(nèi)半徑，cm，β-調(diào)整系數(shù)，高碳高速鋼為1.4～1.6；③澆注完畢后鑄型轉(zhuǎn)速n2按下式確定n2=5520γ·R·β]]>式(2)式中n2-澆注完畢后的鑄型轉(zhuǎn)數(shù)r/min，R-輥身外半徑cm；④澆注完畢5min～6min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n3，n3按下式確定n3＝(0.7～0.9)n2式(3)⑤澆注完畢10min～20min后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為1220℃～1280℃時(shí)，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1320℃～1360℃；⑥球鐵鐵水澆注完畢3min～5min后，將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)整為n4，n4按下式確定n4＝(0.7～0.9)n3式(4)鑄型在n4下旋轉(zhuǎn)6min～8min后，離心機(jī)停機(jī)，隨后取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)保溫爐或緩冷坑。高速鋼復(fù)合軋輥在退火爐中加熱至880℃～920℃保溫后爐冷，直接進(jìn)行粗加工；然后在1020℃～1050℃下保溫3h～5h后空冷或霧冷，再在520℃～550℃下回火兩次，保溫時(shí)間4h～8h，最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的隔熱層其組成的重量百分比是硅藻土粉，20％～30％；膨潤(rùn)土，2％～5％；鋯英粉，0～6％，其余是水。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的耐火層其組成的重量百分比是鋯英粉，58％～68％；膨潤(rùn)土，1％～5％；硅溶膠，2％～5％；其余是水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法，本發(fā)明的高速鋼復(fù)合軋輥由輥身和輥芯通過(guò)離心鑄造方法復(fù)合而成，輥身材料是高碳高速鋼，主要含有的化學(xué)成分的重量百分比是C，1.8～2.8；Mo，4.0～8.0；V，3.0～7.0；Nb，1.5～4.0；Cr，6.0～12.0；RE，0.1～0.25；Ti，0.15～0.40；N，0.08～0.20；K，0.06～0.18；Si＜2.0；Mn＜2.0；S＜0.05；P＜0.05；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)；輥芯材料是高強(qiáng)度球墨鑄鐵，主要含有的化學(xué)成分的重量百分比是C，3.2～3.6；Si，1.8～2.4；Mn，0.4～0.8；Ni，0.3～1.2；Cr，0.3～0.8； Mo，0.2～0.5；Mg，0.03～0.08；RE，0.05～0.14；P＜0.08；S＜0.03；余量為Fe和不可檢測(cè)的微量雜質(zhì)。其耐磨性明顯優(yōu)于高鎳鉻無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥和高鉻鑄鐵軋輥，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。
文檔編號(hào)C22C37/00GK1846887SQ200610042759
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者符寒光, 蔣志強(qiáng), 馮錫蘭 申請(qǐng)人:鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院