專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低偏析高速鋼軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及各類(lèi)軋鋼機(jī)軋制鋼材用金屬軋輥制備方法，特別涉及一種低偏析離心鑄造高速鋼軋輥制備方法。
背景技術(shù)：
軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗備件，軋輥質(zhì)量直接影響軋機(jī)作業(yè)率、軋材表面質(zhì)量和軋鋼生產(chǎn)成本，改善和提高軋輥質(zhì)量，是軋鋼生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。目前常用的軋輥材質(zhì)有高鎳鉻無(wú)限冷硬鑄鐵、合金球墨鑄鐵、高鉻白口鑄鐵、貝氏體球鐵和半鋼等，都存在高溫硬度低和高溫耐磨性差等不足。高速鋼由于含有較多的鎢、鉬、釩和鉻等合金元素，具有較高的硬度和較好的紅硬性，在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能，用于制造軋輥，可以使軋輥的使用壽命成倍增加。目前，離心鑄造是生產(chǎn)高速鋼軋輥的主要方法。離心鑄造軋輥生產(chǎn)方法與連續(xù)鑄造復(fù)合法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1280042、CN1806961)、電渣重熔法(美國(guó)專(zhuān)利US5081760、中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1157192)、噴射沉積成形法和熱等靜壓法(日本專(zhuān)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)成本低，操作方法簡(jiǎn)便，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但是，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密度差別很大，在普通離心鑄造條件下，高速鋼軋輥中合金元素偏析嚴(yán)重，外層V含量低，而W、Mo含量高，內(nèi)層正好相反(市野鍵司，片岡義弘，湯田浩二.離心鑄造によゐ熱延仕上ミル用高耐磨耗ロ-ルの開(kāi)發(fā)[J].川崎制鐵技報(bào)，1996，(2)89～94)。
離心鑄造高速鋼軋輥偏析主要是MC型碳化物的偏析，嚴(yán)重影響軋輥耐磨性。MC型碳化物主要是一次結(jié)晶VC的偏析，因VC與鋼水的密度相差較大所致。為解決碳化物偏析問(wèn)題，日本專(zhuān)利公報(bào)特開(kāi)平4-365836中公開(kāi)了一種碳化物偏析少的軋輥材料，其化學(xué)成分(重量％)是C1.5％～3.5％，Cr5.5％～12.0％，Mo2.0％～8.0％，V3.0％～10.0％，Nb0.6％～7.0％，Si＜1.5％，Mn＜1.2％，Ni＜5.5％。美國(guó)專(zhuān)利US6095957中也公開(kāi)了一種碳化物偏析少的熱軋用軋輥材料，其化學(xué)成分(重量％)是C2.4％～2.9％，Cr12.0％～18.0％，Mo3.0％～9.0％，V3.0％～7.0％，Nb0.5％～4.0％，Si＜1.0％，Mn＜1.0％，W＜1.0％。其主要特征是采取添加Nb元素提高M(jìn)C型碳化物密度，并限制添加密度高的W元素，其結(jié)果由于生成密度較大的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，有效地控制了離心鑄造高速鋼軋輥的碳化物偏析。但Nb提高鋼的淬火溫度，降低二次硬化峰值出現(xiàn)的溫度，此外高速鋼鑄造成形過(guò)程中Nb系的MC型碳化物比V系的MC型碳化物粗大，導(dǎo)致軋輥使用中易發(fā)生剝落。同時(shí)含W量低的高速鋼紅硬性差，高溫硬度低，高溫耐磨性差，降低高速鋼軋輥的使用壽命。為了減少離心鑄造高速鋼軋輥的偏析，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1559725公開(kāi)了電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥方法，該電磁離心鑄造方法是先將高速鋼液在熔煉爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時(shí)，脫氧出鋼，進(jìn)行澆鑄，在澆鑄時(shí)，先在離心鑄造設(shè)備外面加外加磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度≥0.2特斯拉，同時(shí)啟動(dòng)離心鑄造設(shè)備，加外力使其以600轉(zhuǎn)/分鐘～2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心旋轉(zhuǎn)力，用穩(wěn)恒磁場(chǎng)與離心旋轉(zhuǎn)力相結(jié)合進(jìn)行電磁攪拌，促進(jìn)柱狀晶組織向等軸狀晶組織轉(zhuǎn)變及減少了高速鋼凝固過(guò)程中合金元素以及碳化物的宏觀偏析。但是，在離心鑄造中加入電磁場(chǎng)攪拌，易使軋輥出現(xiàn)疏松，降低軋輥的力學(xué)性能和耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種低偏析離心鑄造高速鋼軋輥及其制備方法。本發(fā)明是采用高碳高速鋼制造復(fù)合軋輥的輥身，輥芯采用低合金球墨鑄鐵，輥身在離心鑄造條件下成形，輥芯采用頂澆法與輥身實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。其主要特點(diǎn)是高碳高速鋼液體出爐時(shí)，先在澆包內(nèi)加入稀土—鎂—鈦復(fù)合變質(zhì)劑，對(duì)鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，有利于細(xì)化凝固組織；在此基礎(chǔ)上，在高碳高速鋼液體的離心澆鑄過(guò)程中，加入鐵粉懸浮劑，有利于加速鋼液的凝固，減輕元素偏析；鋼水澆鑄完畢后，對(duì)鑄型噴水，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制冷卻，可以進(jìn)一步加速鋼水的凝固，細(xì)化凝固組織，減輕元素偏析，提高高速鋼軋輥力學(xué)性能和耐磨性。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一種低偏析離心鑄造高速鋼軋輥，其特征在于，該高速鋼軋輥由輥身和輥芯復(fù)合而成，其中輥身的化學(xué)成分及其重量百分比為C2.0％～3.5％，V4.0％～8.0％，W3.0％～6.0％，Mo3.0％～6.0％，Cr4.0％～8.0％，Si0.5％～1.5％，Mn0.5％～1.5％，Ni0.5％～2.0％，RE0.04％～0.10％，Mg0.05％～0.15％，Ti0.03％～0.10％，P＜0.05％、S＜0.04％，余量為Fe，化學(xué)成分的總和為100％；輥芯化學(xué)成分及其重量百分比為C3.2％～3.6％，Si1.5％～2.2％，Mo0.2％～0.6％，Cr0.2％～0.5％，Ni0.2％～0.8％，RE0.02％～0.05％，Mg0.04％～0.07％，Sb0.01％～0.03％，Mn＜0.5％，P＜0.06％，S＜0.03％，余量為Fe，化學(xué)成分的總和為100％。
上述低偏析離心鑄造高速鋼軋輥的制備方法，其特征在于，輥身和輥芯金屬液體均用電爐生產(chǎn)，包括下列步驟(1)輥身鋼水的熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵和金屬鎳板混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鋼水溫度升至1560～1600℃，加入占鋼水重量0.12％～0.25％的鋁脫氧，而后出爐；
③將稀土—鎂—鈦復(fù)合變質(zhì)劑破碎至粒度小于15mm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)輥芯的材料為合金球墨鑄鐵，熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼和生鐵混合加熱熔化，在1450～1460℃時(shí)按Ni、Mo、Cr順序加合金，1470～1500℃出爐，出爐前加入硅鐵，并加入鐵水重量0.10％～0.20％的鋁脫氧，而后出爐；②包內(nèi)埋入1.2％～1.5％稀土鎂球化劑，上蓋鐵屑?jí)簩?shí)。采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，同時(shí)隨流沖入0.5％～1.0％硅鐵孕育處理，并隨流沖入適量純銻以消除畸形石墨，出鐵及合包時(shí)蓋草灰。
(3)輥身在臥式離心機(jī)上澆鑄，輥身的鑄型轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算n=299G/r]]>式(1)式中n表示鑄型轉(zhuǎn)速，rpm；G為重力倍數(shù)，本發(fā)明的重力倍數(shù)控制在80～120；r-軋輥內(nèi)半徑，cm。
澆鑄時(shí)，根據(jù)軋輥內(nèi)半徑，先將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)至350rpm～800rpm，然后澆鑄高速鋼外層，鋼水的澆鑄溫度為1420℃～1450℃，鋼水澆鑄時(shí)，隨流加入占鋼水重量4％～6％的鐵粉懸浮劑，鋼水澆鑄完成后，加入經(jīng)120℃～200℃烘烤的O型玻璃渣，其加入量控制在軋輥內(nèi)表面單位平方米3.0～8.0公斤，隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，使金屬液在正、負(fù)加速度的環(huán)境下凝固。
(4)輥身熔液凝固后，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控軋輥輥身內(nèi)表面。輥身內(nèi)表面鋼液冷卻至1150℃～1180℃停機(jī)，吊立金屬鑄型，并與冒口箱、擋蓋和底座箱一起合箱組型。合箱結(jié)束后，立即澆鑄輥芯球鐵熔液，停機(jī)與澆鑄球鐵熔液的時(shí)間間隔不大于10min，球鐵澆鑄溫度1320℃～1400℃。澆鑄過(guò)程中，應(yīng)控制軋輥各部位的澆鑄速度，下輥頸澆鑄速度可大一些，澆鑄到輥身時(shí)速度要放慢，使內(nèi)外層金屬很好的熔合，到上輥頸澆完后進(jìn)入冒口段時(shí)，應(yīng)慢澆以便更好地補(bǔ)給。澆鑄輥芯球鐵熔液時(shí)，隨流沖入0.10％～0.15％粒度為0.5～1.0mm硅鐵孕育劑，進(jìn)行隨流孕育，以細(xì)化石墨和提高球化效果。
(5)澆鑄8～15小時(shí)后開(kāi)箱，取出高速鋼軋輥，入保溫坑或保溫爐，緩冷軋輥，隨后粗加工軋輥。
(6)軋輥經(jīng)1020～1050℃加熱并保溫3～6小時(shí)后，輥身噴水霧冷卻，隨后在500～550℃回火5～10小時(shí)。最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸和精度。
本發(fā)明的技術(shù)效果是1)用本發(fā)明制造的高速鋼軋輥，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，軋輥的高速鋼輥身與球鐵輥芯結(jié)合良好。
2)用本發(fā)明制造的高速鋼軋輥，徑向斷面無(wú)明顯的元素偏析，輥身的金相組織中含有15％～25％高硬度共晶碳化物，導(dǎo)致軋輥宏觀硬度高，達(dá)到63～65HRC，輥面硬度差小于2HRC，由于元素偏析的減輕，導(dǎo)致軋輥沿徑向的硬度落差明顯減小，距輥面40mm處的硬度維持在61HRC以上。
3)本發(fā)明高速鋼軋輥輥身抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，抗壓強(qiáng)度大于3200MPa，沖擊韌性大于12J/cm2；輥芯抗拉強(qiáng)度大于600MPa，輥芯延伸率大于3％。
4)本發(fā)明制備的高速鋼軋輥的使用壽命比高鉻鑄鐵軋輥提高5～8倍，比普通高速鋼軋輥提高35％～48％。


圖1是臥式離心鑄造高速鋼軋輥輥身外層示意圖，其中(a)是主視圖，(b)是俯視圖；圖2是高速鋼軋輥合箱后的填芯示意圖。
圖中的標(biāo)號(hào)分別表示1、鑄型，2、端蓋，3、托輪，4、軸承座，5、小平臺(tái)，6、大平臺(tái)，7、電機(jī)，8、皮帶輪，9、澆鑄小車(chē)，22、冒口箱；23、擋蓋；24、高速鋼外層；25、玻璃保護(hù)膜；26、底座箱；27、耐火磚；28、底板。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用低偏析離心鑄造的高速鋼軋輥，輥身和輥芯的化學(xué)成分(重量％)見(jiàn)表1。
表1高速鋼軋輥化學(xué)組成成分(重量％)

高速鋼軋輥的成分偏析及其性能與鑄造工藝有直接關(guān)系，其制訂依據(jù)是離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥主要采用立式離心機(jī)和臥式離心機(jī)鑄造成形，前者工藝簡(jiǎn)單，但只適合于制造小尺寸軋輥，制造較大尺寸的軋輥時(shí)，離心機(jī)承載增大，離心機(jī)投資大，且動(dòng)力消耗增加。后者適于制造大尺寸復(fù)合軋輥，且軋輥的外層壁厚差較立式離心澆鑄法小，因此，本發(fā)明采用臥式離心機(jī)澆鑄高速鋼復(fù)合軋輥，臥式離心機(jī)澆鑄高速鋼復(fù)合軋輥時(shí)，先在附圖1所示的臥式離心機(jī)上澆鑄外層高速鋼。臥式離心機(jī)包括大平臺(tái)6，大平臺(tái)6上有小平臺(tái)5，小平臺(tái)5上安裝有軸承座4，上有托輪3，鑄型1放置在托輪3上，鑄型1的一端設(shè)有端蓋2，澆鑄小車(chē)9的口部對(duì)著鑄型1的另一端，電機(jī)7和皮帶輪8使軸承座4旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)鑄型1準(zhǔn)備好后，將金屬鑄型吊入離心機(jī)的軸承座4上的托輪3上，放置好安全罩，推動(dòng)澆鑄小車(chē)9，調(diào)整澆鑄口的位置，使其滿(mǎn)足要求。開(kāi)機(jī)試車(chē)1～2min，待轉(zhuǎn)速達(dá)到要求后即可進(jìn)行輥身工作層的澆鑄。依據(jù)式(1)確定鑄型轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定重力倍數(shù)G。重力倍數(shù)G是保證軋輥離心層質(zhì)量的重要參數(shù)，它是減少外層偏析、裂紋、氣孔、疏松等缺陷而獲得致密鑄件的關(guān)鍵。對(duì)于高碳高速鋼材質(zhì)，應(yīng)取較高的重力倍數(shù)以獲得細(xì)小且致密的組織，提高軋輥硬度及強(qiáng)韌性，故G≥70。同時(shí)過(guò)大的重力倍數(shù)，會(huì)使軋輥輥身外層未結(jié)晶的鋼水對(duì)剛結(jié)晶的薄殼產(chǎn)生很大的壓力，使外層容易發(fā)生開(kāi)裂，故G≤140，因此本發(fā)明離心鑄造高速鋼軋輥的重力倍數(shù)G控制在80～120。鋼水的澆鑄溫度為1420℃～1450℃，輥身鋼水的定量采用電子秤，開(kāi)始澆鑄時(shí)鋼水流量要大一些，使鋼水盡快覆蓋整個(gè)金屬鑄型的內(nèi)表面，隨后均勻澆鑄，嚴(yán)禁鋼水?dāng)嗔鳌ｄ撍疂茶T時(shí)，隨流加入占鋼水重量4％～6％的鐵粉懸浮劑，可加快高速鋼溶液的凝固，有利于減輕軋輥的元素偏析。輥身工作層的鋼水澆鑄完畢后，立即移開(kāi)澆鑄小車(chē)9，加入經(jīng)120～200℃烘烤的O型玻璃渣，其加入量控制在軋輥內(nèi)表面單位平方米3.0～8.0公斤。加入O型玻璃渣可使軋輥高速鋼外層24的內(nèi)表面形成一層玻璃保護(hù)膜25，以隔絕鋼水與空氣中氧的結(jié)合，玻璃保護(hù)膜25密度低，不易與鋼水混合，鑄型1停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，隨著高速鋼外層24溫度的降低，玻璃保護(hù)膜25粘度增大，吊立鑄型時(shí)，玻璃保護(hù)膜25不易下淌，得以保護(hù)鋼液表面。隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，使金屬液在正、負(fù)加速度的環(huán)境下凝固，可有效地減輕離心鑄造高速鋼軋輥徑向斷面的元素偏析，改善軋輥使用性能。
輥身高速鋼熔液凝固后，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控軋輥輥身內(nèi)表面。輥身內(nèi)表面鋼液冷卻至1150℃～1180℃停機(jī)，吊立鑄型，按附圖2將鑄型1與冒口箱22、擋蓋23、底座箱26、耐火磚27和底板28一起合箱組型。合箱結(jié)束后，立即澆鑄輥芯球鐵熔液。為了保證軋輥的強(qiáng)度，軋輥芯部選擇強(qiáng)韌性好的球墨鑄鐵，采用亞共晶碳當(dāng)量，為了提高輥頸力學(xué)性能及避免產(chǎn)生球化缺陷，適當(dāng)加入一些合金。輥芯鐵水熔煉選用低磷鑄造生鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼。1450℃～1460℃時(shí)按Ni、Mo、Cr順序加合金，1470℃～1500℃出爐。包內(nèi)埋入1.2％～1.5％稀土鎂球化劑，上蓋鐵屑?jí)簩?shí)。采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，同時(shí)隨流沖入0.5％～1.0％硅鐵孕育處理，并隨流沖入適量純銻以消除畸形石墨，出鐵及合包時(shí)蓋草灰。停機(jī)與澆鑄輥芯球鐵熔液的時(shí)間間隔不大于10min，球鐵澆鑄溫度1320℃～1400℃。澆鑄過(guò)程中，應(yīng)控制軋輥各部位的澆鑄速度，下輥頸澆鑄速度可大一些，澆鑄到輥身時(shí)速度要放慢，使內(nèi)外層金屬很好的熔合，到上輥頸澆完后進(jìn)入冒口段時(shí)，應(yīng)慢澆以便更好地補(bǔ)給。澆鑄輥芯球鐵熔液時(shí)，隨流沖入0.10％～0.15％粒度為0.5mm～1.0mm硅鐵孕育劑，進(jìn)行隨流孕育，以細(xì)化石墨和提高球化效果。
實(shí)施例1本實(shí)施例的高速鋼軋輥采用臥式離心機(jī)鑄造，軋輥輥身外徑650mm，輥身厚度60mm，輥身長(zhǎng)度800mm，軋輥總長(zhǎng)2760mm。外層高速鋼采用1500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉，內(nèi)層球鐵采用5000公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉，其制備工藝步驟是(1)輥身高碳高速鋼鋼水的熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵和金屬鎳板混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鋼水溫度升至1583℃，加入占鋼水重量0.18％的鋁脫氧，而后出爐；③將稀土—鎂—鈦復(fù)合變質(zhì)劑破碎至粒度小于15mm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)輥芯合金球墨鑄鐵鐵水的熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼和生鐵混合加熱熔化，在1454℃時(shí)按Ni、Mo、Cr順序加合金，1485℃出爐，出爐前加入硅鐵，并加入鐵水重量0.16％的鋁脫氧，而后出爐；②包內(nèi)埋入1.4％稀土鎂球化劑，上蓋鐵屑?jí)簩?shí)。采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，同時(shí)隨流沖入0.8％硅鐵孕育處理，并隨流沖入適量純銻以消除畸形石墨，出鐵及合包時(shí)蓋草灰。
(3)先在附圖1所示的臥式離心機(jī)上澆鑄高速鋼輥身，鑄型1轉(zhuǎn)速按式(1)計(jì)算。澆鑄時(shí)，根據(jù)軋輥內(nèi)半徑，先將鑄型1的轉(zhuǎn)速調(diào)制580rpm，然后澆鑄高速鋼外層，鋼水的澆鑄溫度為1437℃，鋼水澆鑄時(shí)，隨流加入占鋼水重量5％的鐵粉懸浮劑，鋼水澆鑄完成后，加入經(jīng)160℃烘烤的O型玻璃渣，其加入量控制在軋輥內(nèi)表面單位平方米5.2公斤，隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，使金屬液在正、負(fù)加速度的環(huán)境下凝固。
(4)輥身高速鋼熔液凝固后，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控軋輥輥身內(nèi)表面。輥身內(nèi)表面鋼液冷卻至1162℃停機(jī)，吊立金屬鑄型，按附圖2將金屬鑄型1與冒口箱22、擋蓋23、底座箱26、耐火磚27和底板28一起合箱組型。合箱結(jié)束后，立即澆鑄輥芯球鐵熔液，停機(jī)與澆鑄球鐵熔液的時(shí)間間隔不大于10min，球鐵澆鑄溫度1370℃。澆鑄過(guò)程中，應(yīng)控制軋輥各部位的澆鑄速度，下輥頸澆鑄速度可大一些，澆鑄到輥身時(shí)速度要放慢，使內(nèi)外層金屬很好的熔合，到上輥頸澆完后進(jìn)入冒口段時(shí)，應(yīng)慢澆以便更好地補(bǔ)給。澆鑄輥芯球鐵熔液時(shí)，隨流沖入0.13％粒度為0.5～1.0mm硅鐵孕育劑，進(jìn)行隨流孕育，以細(xì)化石墨和提高球化效果。
(5)澆鑄12小時(shí)后開(kāi)箱，取出高速鋼軋輥，入保溫坑，緩冷軋輥，隨后粗加工軋輥。
(6)軋輥經(jīng)1035℃加熱并保溫5小時(shí)后，輥身噴水霧冷卻，隨后在530℃回火8小時(shí)。最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸和精度。
本實(shí)施例制備的高速鋼軋輥實(shí)際化學(xué)成分見(jiàn)表2，高速鋼軋輥的力學(xué)性能見(jiàn)表3。
表2高速鋼軋輥實(shí)際化學(xué)成分(重量％)

表3高速鋼軋輥力學(xué)性能

實(shí)施例2本實(shí)施例的高速鋼軋輥采用臥式離心機(jī)鑄造，軋輥輥身外徑500mm，輥身厚度55mm，輥身長(zhǎng)度650mm，軋輥總長(zhǎng)2510mm。外層高速鋼采用1000公斤容量的中頻感應(yīng)電爐熔煉，內(nèi)層球鐵采用5000公斤容量的中頻感應(yīng)電爐熔煉，其制備工藝步驟是(1)輥身高碳高速鋼鋼水的熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵和金屬鎳板混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鋼水溫度升至1569℃，加入占鋼水重量0.16％的鋁脫氧，而后出爐；③將稀土—鎂—鈦復(fù)合變質(zhì)劑破碎至粒度小于15mm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)輥芯合金球墨鑄鐵鐵水的熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼和生鐵混合加熱熔化，在1452℃時(shí)按Ni、Mo、Cr順序加合金，1493℃出爐，出爐前加入硅鐵，并加入鐵水重量0.18％的鋁脫氧，而后出爐；②包內(nèi)埋入1.3％稀土鎂球化劑，上蓋鐵屑?jí)簩?shí)。采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，同時(shí)隨流沖入0.6％硅鐵孕育處理，并隨流沖入適量純銻以消除畸形石墨，出鐵及合包時(shí)蓋草灰。
(3)先在附圖1所示的臥式離心機(jī)上澆鑄高速鋼輥身，鑄型轉(zhuǎn)速按式(1)計(jì)算。澆鑄時(shí)，根據(jù)軋輥內(nèi)半徑，先將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)制700rpm，然后澆鑄高速鋼外層鋼水，鋼水的澆鑄溫度為1448℃，鋼水澆鑄時(shí)，隨流加入占鋼水重量4.4％的鐵粉懸浮劑，鋼水澆鑄完成后，加入經(jīng)180℃烘烤的O型玻璃渣，其加入量控制在軋輥內(nèi)表面單位平方米5.7公斤，隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，使金屬液在正、負(fù)加速度的環(huán)境下凝固。
(4)輥身高速鋼熔液凝固后，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控軋輥輥身內(nèi)表面。輥身內(nèi)表面鋼液冷卻至1163℃停機(jī)，吊立金屬鑄型，按附圖2將金屬鑄型1與冒口箱22、擋蓋23、底座箱26、耐火磚27和底板28一起合箱組型。合箱結(jié)束后，立即澆鑄輥芯球鐵熔液，停機(jī)與澆鑄球鐵熔液的時(shí)間間隔不大于10min，球鐵澆鑄溫度1385℃。澆鑄過(guò)程中，應(yīng)控制軋輥各部位的澆鑄速度，下輥頸澆鑄速度可大一些，澆鑄到輥身時(shí)速度要放慢，使內(nèi)外層金屬很好的熔合，到上輥頸澆完后進(jìn)入冒口段時(shí)，應(yīng)慢澆以便更好地補(bǔ)給。澆鑄輥芯球鐵熔液時(shí)，隨流沖入0.14％粒度為0.5～1.0mm硅鐵孕育劑，進(jìn)行隨流孕育，以細(xì)化石墨和提高球化效果。
(5)澆鑄10小時(shí)后開(kāi)箱，取出高速鋼軋輥，入保溫爐，緩冷軋輥，隨后粗加工軋輥。
(6)軋輥經(jīng)1031℃加熱并保溫4小時(shí)后，輥身噴水霧冷卻，隨后在518℃回火7小時(shí)。最后將軋輥精加工至規(guī)定尺寸和精度。
本實(shí)施例制備的高速鋼軋輥實(shí)際化學(xué)成分見(jiàn)表4，高速鋼軋輥的力學(xué)性能見(jiàn)表5。
表4高速鋼軋輥實(shí)際化學(xué)成分(重量％)

表5高速鋼軋輥力學(xué)性能

按照本發(fā)明制備的高速鋼軋輥，在熱軋帶鋼精軋機(jī)架前段和棒材軋機(jī)成品機(jī)架上進(jìn)行了裝機(jī)使用，結(jié)果如下本發(fā)明的高速鋼軋輥的使用壽命比高鉻鑄鐵軋輥提高5～8倍，比普通高速鋼軋輥提高35％～48％。
本發(fā)明方法制備的高速鋼軋輥在徑向斷面無(wú)明顯的元素偏析，輥身的金相組織中含有15％～25％高硬度共晶碳化物，導(dǎo)致軋輥宏觀硬度高，達(dá)到63～65HRC，輥面硬度差小于2HRC，由于元素偏析的減輕，導(dǎo)致軋輥沿徑向的硬度落差明顯減小，距輥面40mm處的硬度維持在61HRC以上。另外本發(fā)明高速鋼軋輥的強(qiáng)度高、韌性好，輥芯強(qiáng)度高，軋輥使用中無(wú)斷輥現(xiàn)象出現(xiàn)。軋輥使用中不僅耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，而且軋輥不易出現(xiàn)疲勞裂紋，也不易出現(xiàn)剝落，軋材表面光潔，尺寸穩(wěn)定。
本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，廢品率低。使用本發(fā)明制備的高速鋼軋輥可以顯著提高軋鋼機(jī)作業(yè)率，降低軋材生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)換輥周期，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種低偏析離心鑄造的高速鋼軋輥，其特征在于，該高速鋼軋輥由輥身和輥芯復(fù)合而成，其中輥身的化學(xué)成分及其重量百分比為C2.0％～3.5％，V4.0％～8.0％，W3.0％～6.0％，Mo3.0％～6.0％，Cr4.0％～8.0％，Si0.5％～1.5％，Mn0.5％～1.5％，Ni0.5％～2.0％，RE0.04％～0.10％，Mg0.05％～0.15％，Ti0.03％～0.10％，P＜0.05％、S＜0.04％，余量為Fe，化學(xué)成分的總和為100％；輥芯化學(xué)成分及其重量百分比為C3.2％～3.6％，Si1.5％～2.2％，Mo0.2％～0.6％，Cr0.2％～0.5％，Ni0.2％～0.8％，RE0.02％～0.05％，Mg0.04％～0.07％，Sb0.01％～0.03％，Mn＜0.5％，P＜0.06％，S＜0.03％，余量為Fe，化學(xué)成分的總和為100％。
2.權(quán)利要求1所述的低偏析離心鑄造高速鋼軋輥的制備方法，其特征在于，輥身和輥芯均用電爐生產(chǎn)，包括下列步驟輥身的鋼水熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵和金屬鎳板混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，出爐前加入釩鐵；②爐前調(diào)整成分合格后將鋼水溫度升至1560℃～1600℃，加入占鋼水重量0.12％～0.25％的鋁脫氧，而后出爐；③將稀土-鎂-鈦復(fù)合變質(zhì)劑破碎至粒度小于15mm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；輥芯的材料為合金球墨鑄鐵，熔煉過(guò)程如下①將普通廢鋼和生鐵混合加熱熔化，在1450℃～1460℃時(shí)按Ni、Mo、Cr順序加合金，1470℃～1500℃下出爐，出爐前加入硅鐵，并加入鐵水重量0.10％～0.20％的鋁脫氧，而后出爐；②包內(nèi)埋入1.2％～1.5％稀土鎂球化劑，上蓋鐵屑?jí)簩?shí)，采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，同時(shí)隨流沖入0.5％～1.0％硅鐵孕育處理，并隨流沖入適量純銻以消除畸形石墨，出鐵及合包時(shí)蓋草灰；輥身在臥式離心機(jī)上鑄造，輥身的金屬鑄型轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算n=299G/r]]>式(1)式中n表示鑄型轉(zhuǎn)速，rpm；G表示重力倍數(shù)，重力倍數(shù)為80～120；r表示軋輥內(nèi)半徑，cm；澆鑄時(shí)，根據(jù)軋輥內(nèi)半徑，先將鑄型轉(zhuǎn)速調(diào)至350rpm～800rpm，然后澆鑄高速鋼外層，鋼水的澆鑄溫度為1420℃～1450℃，鋼水澆鑄時(shí)，隨流加入占鋼水重量4％～6％的鐵粉懸浮劑，鋼水澆鑄完成后，加入經(jīng)120℃～200℃烘烤的O型玻璃渣，其加入量控制在軋輥內(nèi)表面單位平方米3.0公斤～8.0公斤，隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，使金屬液在正、負(fù)加速度的環(huán)境下凝固，輥身熔液凝固后，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控軋輥輥身內(nèi)表面；待輥身內(nèi)表面鋼液冷卻至1150℃～1180℃停機(jī)，吊立金屬鑄型，并與冒口箱、擋蓋和底座箱一起合箱組型；輥芯采用靜態(tài)頂鑄成形，合箱組型結(jié)束后，立即澆鑄輥芯球鐵熔液，停機(jī)與澆鑄球鐵熔液的時(shí)間間隔不大于10min，球鐵澆鑄溫度為1320℃～1400℃，澆鑄過(guò)程中，控制軋輥各部位的澆鑄速度，下輥頸澆鑄速度大一些，澆鑄到輥身時(shí)放慢速度，使內(nèi)外層金屬很好的熔合，到上輥頸澆完后進(jìn)入冒口段時(shí)，慢澆以便更好地補(bǔ)給熔液，在澆鑄輥芯球鐵熔液時(shí)，隨流沖入0.10％～0.15％粒度為0.5～1.0mm硅鐵孕育劑，進(jìn)行隨流孕育；高速鋼軋輥澆鑄完畢8～15小時(shí)后開(kāi)箱，取出高速鋼軋輥，入保溫坑或保溫爐，緩冷高速鋼軋輥，隨后將高速鋼軋輥經(jīng)機(jī)械粗加工，粗加工后經(jīng)1020℃～1050℃加熱并保溫3～6小時(shí)后，輥身噴水霧冷卻，最后在500℃～550℃回火5～10小時(shí)，最后經(jīng)機(jī)械精加工至規(guī)定尺寸和精度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低偏析離心鑄造高速鋼軋輥及其方法，軋輥由高速鋼輥身和合金球鐵輥芯復(fù)合而成，軋輥利用電爐生產(chǎn)，先在臥式離心機(jī)上澆鑄高速鋼輥身，鋼水澆鑄時(shí)隨流加入占鋼水重量4％～6％的鐵粉懸浮劑，鋼水澆鑄完成后，加入玻璃渣，隨后噴水冷卻鑄型，并不斷變換鑄型轉(zhuǎn)速，最后靜態(tài)頂鑄球鐵輥芯。本發(fā)明制造的高速鋼軋輥，徑向斷面無(wú)明顯的元素偏析，軋輥宏觀硬度高，達(dá)到63～65HRC，輥面硬度差小于2HRC，軋輥沿徑向的硬度落差小，輥身抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，抗壓強(qiáng)度大于3200MPa，沖擊韌性大于12J/cm
文檔編號(hào)C22C33/04GK101041165SQ200710017610
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者符寒光, 邢建東, 高義民, 李明偉, 張軼, 蔣志強(qiáng), 皇志富 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)