專利名稱：高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種高速鋼軋輥及其制備方法，特別涉及一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制備
方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軋輥是軋鋼生產(chǎn)中消耗量較大的冶金備件，軋輥質(zhì)量的高低直接決定軋材的表面 質(zhì)量、尺寸精度和軋機(jī)生產(chǎn)作業(yè)率，提高軋輥性能，延長軋輥使用壽命，降低軋輥生產(chǎn)成本， 是國內(nèi)外軋鋼使用企業(yè)和軋輥制造企業(yè)不斷關(guān)注的重要課題，其中高碳高釩高速鋼軋輥因 硬度高、耐磨性好而備受軋鋼企業(yè)關(guān)注，并已得到廣泛應(yīng)用。 中國發(fā)明專利CN101220440公開了一種軋輥及其生產(chǎn)工藝，軋輥由W6Mo5Cr4V2
高速鋼制成，生產(chǎn)工藝如下a.材料準(zhǔn)備；b.加工毛坯兩端面；C.加工兩端中心孔；d.粗 車加工；e.在成品長度外鉆吊裝孔；f.進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理使輥身硬度達(dá)到40-50HSD ;g.修正 兩端中心孔；h.半精車加工；i.對輥身進(jìn)行粗磨；j.調(diào)質(zhì)處理使輥身表面淬火硬度達(dá)到 88-93HSD;k.加工兩端長度至要求尺寸；1.進(jìn)行精車加工；m.粗磨輥身和輥頸；n.進(jìn)行 除應(yīng)力處理；o.修兩端中心孔；p.精磨輥身和輥頸；q.超精磨輥身和輥頸至成品。中國 發(fā)明專利CN1197415還公開了一種性能良好的高速鋼熱軋軋輥。該軋輥的特征在于，具 有一外層，所述外層的成分重量百分比為2. 4-2.9% C，< 1.0% Si，< 1.0% Mn， 12-18% Cr，3-9% Mo，3-8% V，O. 5_4. 0% Nb，且同時滿足下述(1) 、 (2)兩式:(1)0. 27《Mo(% )/ Cr(% )《0. 7 ;(2)C(% )+0. 2.Cr(% )《6. 2，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
中國發(fā)明專利CN101225500還公開了一種軋輥用高鉬高釩微偏析鑄造高速鋼。其 具體化學(xué)成分如下(wt% ) :C 1. 2 2. 8%， Si 0. 2 1. 0%， Mn 0. 2 1. 0%， Ni 0. 3 1.2%，Cr 3.0 6.0%，Mo 5.0 10.0%，V 5.0 12.0%，A1 0. 1 0. 7%，P《0. 025%， S《0. 025%，其余為鐵。該發(fā)明特點是在高速鋼中增加Mo、 V含量來替代傳統(tǒng)軋輥用高速 鋼中的W元素，以減少重元素W在離心鑄造時造成的比重偏析，但釩及其形成的碳化物密度 低，離心鑄造過程中易富集于軋輥內(nèi)表面，導(dǎo)致軋輥性能不均勻。中國發(fā)明專利CN1803339 還公開了一種低裂紋型高速鋼軋輥及其離心鑄造方法，制成的該低裂紋型高速鋼軋輥的 化學(xué)成分的重量百分比為C :1. 5% 2. 0%， W :3. 0% 6. 0%， Mo :1. 5% 3. 0%， V : 3. 0% 10. 0%， Cr :3. 0% 10. 0%， Ni :1. 5% 3. 0%， Mn < 1. 5%， Si < 1. 5%， RE : 0. 08% 0. 20%，K :0. 05% 0. 15%，Mg :0. 04% 0. 10%，其中，0. 20 < RE+K+Mg < 0. 40， 余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。其制造工藝采用變速離心鑄造、變流量澆注和變速凝 固冷卻，調(diào)整鑄型與軋輥內(nèi)的溫度場和應(yīng)力場分布，消除離心鑄造高速鋼軋輥裂紋，但鑄造 工藝復(fù)雜，操作麻煩，軋輥質(zhì)量的穩(wěn)定性較差。中國發(fā)明專利CN100999804還公開了一種 新型高碳高鎢高速鋼軋輥及其制備方法，該發(fā)明中高碳高鎢高速鋼軋輥含有碳2.0% 3. 0%，鴇6. 0% 18. 0%，釩2. 0% 4. 0%，鉬1. 0% 3. 0 % ，鉻3. 0 % 9. 0 % ，硅小 于1. 2%，錳小于1. 2% ;制成的該高碳高鎢高速鋼軋輥含有釩、鎢系的MC型復(fù)合碳化物。 該發(fā)明中高碳高鎢高速鋼軋輥的制備方法是，將高碳高鎢高速鋼加熱到1580°C 1620°C
3后脫氧；在1400°C 150(TC澆鑄，同時對離心鑄型施加0. 05T 0. 25T的穩(wěn)恒磁場，并以 600-1800轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)至成型。但是，電磁場的加入，軋輥外層組織不致密，降低軋 輥耐磨性。日本專利JP2006/304932也公開了一種離心鑄造復(fù)合軋輥，外層含有C :2. 5 9%、 Si :0. 1 3. 5%、Mn :0. 1 3. 5%、V :11 40%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成； 中間層，由形成于上述外層內(nèi)面的高速鋼類合金構(gòu)成；內(nèi)層，由形成于上述中間層內(nèi)面的鑄 鐵或鑄鋼構(gòu)成。但是上述高速鋼軋輥都含有較多價格昂貴的鎢、鉬、釩、鈮、鈷等合金元素， 導(dǎo)致軋輥生產(chǎn)成本高，推廣使用的競爭力差，而且高速鋼軋輥都要進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，既浪費 能源，污染環(huán)境，且高溫加熱和保溫過程中，使輥芯組織粗化，輥芯性能下降，導(dǎo)致軋輥使用 中易發(fā)生斷輥事故，影響軋機(jī)的正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有高速鋼軋輥使用中存在的上述問題，提供一種外層是高速 鋼、輥芯是球鐵，且外層和輥芯通過離心復(fù)合方法緊密結(jié)合在一起的高速鋼復(fù)合軋輥及其 制備方法，提高高速鋼的硬度，改善其耐磨性，使其鑄態(tài)具有高硬度，使輥芯保持高強(qiáng)度，確 保軋輥的安全使用。 本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn) 本發(fā)明高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于，包括外層和輥芯，所述外層的化學(xué)組成成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )是0. 5-0. 8C， 1. 5-1. 8B，8. 0-11. 0Cr，4. 0-5. 5Mo， 1. 0-1. 2V，2. 0-2. 5A1， 0. 1-0. 4Ni，0. 04-0. 08Mg，0. 06-0. 15Ti， Si < 0. 7， Mn < 0. 4， S < 0. 04， P < 0. 05，余量為 Fe ;所述輥芯是球墨鑄鐵。 上述高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于，該方法將復(fù)合軋輥外層和輥芯分 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)軋輥外層高速鋼的鋼水熔煉 ①將普通廢鋼、鉻鐵和鉬鐵混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入O. 1 % -0. 3%
的硅鈣合金預(yù)脫氧； ②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1540°C 158(TC，加入鋁脫氧和合金化，而后
依次加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，鋼水溫度達(dá)到1540°C 158(TC時出爐； ③將鎂鎳合金置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行合金化處理； 2)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是 ①先將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1430°C 1460°C ; ②外層鋼水澆注完畢6 18分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫 度為1230°C 1290。C時，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1330°C 1360°C ;
3)高速鋼復(fù)合軋輥熱處理 高速鋼復(fù)合軋輥輥面溫度低于30(TC時，將軋輥毛坯置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退 火處理，加熱溫度350 450°C，保溫時間6 20小時，然后爐冷至溫度低于200°C，出爐空 冷至室溫，最后加工至規(guī)定尺寸和精度。 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
碳和硼加入碳和硼，部分溶于基體，提高基體淬硬性和淬透性，部分形成高硬 度的碳硼化合物，有利于改善軋輥耐磨性，加入量過少，軋輥硬度低，耐磨性差，加入量過 多，則脆性大，使用中易開裂和剝落，合適的碳加入量是0. 5-0. 8%，合適的硼加入量是 1. 5-1. 8%。 鉻加入鉻的目的是提高基體的淬透性，另外，鉻還可以提高軋輥的抗氧化性能， 鉻還可以防止軋輥使用中表面出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，有利于改善軋材表面質(zhì)量，合適的鉻加入量 是8. 0-11. 0%。 鉬軋輥中加入鉬主要是為了提高軋輥的紅硬性，改善軋輥的高溫耐磨性能，提高 軋輥使用壽命，但是，鉬的價格較高，加入過多將使軋輥生產(chǎn)成本增加，合適的鉬加入量是 4. 0-5. 5%。 釩軋輥中加入釩可形成高硬度的V(C， B)型含釩碳硼化合物，有利于改善軋輥耐 磨性，釩還有細(xì)化軋輥組織的作用，但是，釩及其形成的V(C， B)型含釩碳硼化合物密度低， 在離心澆注過程中易出現(xiàn)偏析，因此合適的釩加入量是1. 0-1. 2%。 鋁和鎳鋁和鎳是非碳化物和硼化物形成元素，主要溶于基體，鋁可以提高基體 紅硬性和軋輥硬度，鎳可以提高軋輥強(qiáng)度，但是鋁的加入易使軋輥組織中出現(xiàn)夾雜物，損 害軋輥的強(qiáng)度、韌性，降低熱疲勞性能，合適的鋁加入量是2. 0_2.5%，合適的鎳加入量是 0. 1-0. 4%。 鎂和鈦在軋輥中加入適量鎂可以改善碳硼化合物的形態(tài)和分布，加入鈦可以細(xì) 化軋輥凝固組織，合適的鎂加入量是0. 04-0. 08%，合適的鈦加入量是0. 06-0. 15%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點 1)本發(fā)明軋輥鑄態(tài)硬度高，大于89HSD，取消了高溫淬火，節(jié)約能源，縮短了生產(chǎn) 周期。 2)本發(fā)明軋輥只在350 45(TC進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，輥芯保持高強(qiáng)度，達(dá)到 510 570Mpa，外層硬度維持在82 87HSD。 3)本發(fā)明軋輥不含鈮、鈷、鎢等昂貴合金元素，且釩元素加入量也較少，其生產(chǎn)成 本比高碳高釩高速鋼軋輥降低20 25%。 4)本發(fā)明軋輥采用離心復(fù)合鑄造方法生產(chǎn)，工藝簡便，生產(chǎn)效率高。 5)本發(fā)明軋輥在棒材和帶鋼軋機(jī)上使用，安全可靠，無剝落和斷輥現(xiàn)象出現(xiàn)，使用
壽命比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高3 5倍，比高碳高釩高速鋼軋輥提高20 25%。


圖l是本發(fā)高速鋼復(fù)合軋輥示意圖，l-輥芯(材質(zhì)是球墨鑄鐵)，2-外層(材質(zhì)是 本發(fā)明含硼高速鋼材料)
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述
實施例1 : 高速鋼復(fù)合軋輥的外層(2)和輥芯(1)分別用500公斤和1500公斤電爐熔煉，采 用離心鑄造方法復(fù)合成形，其工藝步驟是
1)軋輥外層(2)高速鋼的鋼水熔煉 ①將普通廢鋼、鉻鐵和鉬鐵按權(quán)利要求1的復(fù)合軋輥外層(2)成分要求混合放入 爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入O. 1%的硅鈣合金預(yù)脫氧； ②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1543t:，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入 釩鐵、硼鐵和鈦鐵，鋼水溫度達(dá)到1546t:時出爐； ③將鎂鎳合金置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行合金化處理；
2)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是 ①先將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1437°C ;
②外層(2)鋼水澆注完畢6分鐘后，用非接觸式測溫儀測量外層(2)內(nèi)表面溫度， 當(dāng)溫度為1264t:時，澆入輥芯(1)球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1338°C ;
3)高速鋼復(fù)合軋輥熱處理 高速鋼復(fù)合軋輥輥面溫度低于30(TC時，將軋輥毛坯置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力 退火處理，加熱溫度35(TC，保溫時間20小時，然后爐冷至溫度低于200°C，出爐空冷至室 溫，最后加工至規(guī)定尺寸和精度。復(fù)合軋輥外層(2)成分見表l，軋輥外層(2)硬度達(dá)到 86. 3HSD，輥芯(1)強(qiáng)度達(dá)到560Mpa。
實施例2 : 高速鋼復(fù)合軋輥的外層(2)和輥芯(1)分別用500公斤和1500公斤電爐熔煉，采 用離心鑄造方法復(fù)合成形，其工藝步驟是
1)軋輥外層(2)高速鋼的鋼水熔煉 ①將普通廢鋼、鉻鐵和鉬鐵按權(quán)利要求1的復(fù)合軋輥外層(2)成分要求混合放入 爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入0. 3%的硅鈣合金預(yù)脫氧； ②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1573t:，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入 釩鐵、硼鐵和鈦鐵，鋼水溫度達(dá)到1578t:時出爐； ③將鎂鎳合金置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行合金化處理；
2)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是 ①先將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1455°C ;
②外層(2)鋼水澆注完畢18分鐘后，用非接觸式測溫儀測量外層(2)內(nèi)表面溫 度，當(dāng)溫度為1236t:時，澆入輥芯(1)球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1358°C ;
3)高速鋼復(fù)合軋輥熱處理 高速鋼復(fù)合軋輥輥面溫度低于30(TC時，將軋輥毛坯置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退 火處理，加熱溫度450°C ，保溫時間6小時，然后爐冷至溫度低于200°C ，出爐空冷至室溫，最 后加工至規(guī)定尺寸和精度。復(fù)合軋輥外層(2)成分見表l，軋輥外層(2)硬度達(dá)到82. 7HSD， 輥芯(1)強(qiáng)度達(dá)到525Mpa。
實施例3 : 高速鋼復(fù)合軋輥的外層(2)和輥芯(1)分別用750公斤和3000公斤電爐熔煉，采 用離心鑄造方法復(fù)合成形，其工藝步驟是
1)軋輥外層(2)高速鋼的鋼水熔煉 ①將普通廢鋼、鉻鐵和鉬鐵按權(quán)利要求1的復(fù)合軋輥外層(2)成分要求混合放入 爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入0. 2%的硅鈣合金預(yù)脫氧；
②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1562t:，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入 釩鐵、硼鐵和鈦鐵，鋼水溫度達(dá)到1565t:時出爐； ③將鎂鎳合金置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行合金化處理；
2)軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是 ①先將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1447°C ;
②外層(2)鋼水澆注完畢12分鐘后，用非接觸式測溫儀測量外層(2)內(nèi)表面溫 度，當(dāng)溫度為126(TC時，澆入輥芯(1)球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1349°C ;
3)高速鋼復(fù)合軋輥熱處理 高速鋼復(fù)合軋輥輥面溫度低于30(TC時，將軋輥毛坯置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力 退火處理，加熱溫度40(TC，保溫時間12小時，然后爐冷至溫度低于200°C，出爐空冷至室 溫，最后加工至規(guī)定尺寸和精度。復(fù)合軋輥外層(2)成分見表l，軋輥外層(2)硬度達(dá)到 84. 7HSD，輥芯(1)強(qiáng)度達(dá)到5極pa。
表i復(fù)合軋輥外層成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ )
元素CBCrMoVAlNi
實施例10. 791. 5310. 954. 041.002. 460. 11
實施例20. 521. 808. 015. 461. 172. 370. 25
實施例30. 651. 689. 804. 821. 152. 010. 38
元素MgTiSiMnSPFe
實施例10. 040. 140. 630. 290. 0260. 041余量
實施例20. 060. 060. 470. 300. 0210. 035余量
實施例30. 080. 090. 580. 360. 0270. 043余量 目前，本發(fā)明軋輥已在熱軋帶鋼軋機(jī)和棒材軋機(jī)上進(jìn)行了工業(yè)使用考核，本發(fā)明 軋輥外層和輥芯結(jié)合良好，外層硬度高，耐磨性好，輥芯強(qiáng)度高，軋輥使用中無脫套、斷輥和 剝落現(xiàn)象出現(xiàn)，軋輥使用安全可靠，其使用壽命比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高3 5倍， 比高碳高釩高速鋼軋輥提高20 25%，而生產(chǎn)成本僅比高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高 30 35%，比高碳高釩高速鋼軋輥降低20 25%。使用本發(fā)明軋輥，可提高軋機(jī)作業(yè)率， 降低軋材生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
權(quán)利要求
一種高速鋼復(fù)合軋輥，其特征在于，包括外層和輥芯，所述外層的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)％是0.5-0.8C，1.5-1.8B，8.0-11.0Cr，4.0-5.5Mo，1.0-1.2V，2.0-2.5Al，0.1-0.4Ni，0.04-0.08Mg，0.06-0.15Ti，Si＜0.7，Mn＜0.4，S＜0.04，P＜0.05，余量為Fe；所述輥芯是球墨鑄鐵。
2. 按照權(quán)利要求1所述的高速鋼復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于，該方法將復(fù)合軋 輥外層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) 軋輥外層高速鋼的鋼水熔煉① 將普通廢鋼、鉻鐵和鉬鐵混合放入爐中加熱熔化，鋼水熔清后加入0. 1 %-0. 3 %的 硅鈣合金預(yù)脫氧；② 爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1540°C 158(TC，加入鋁脫氧和合金化，而后依次 加入釩鐵、硼鐵和鈦鐵，鋼水溫度達(dá)到1540°C 158(TC時出爐；③ 將鎂鎳合金置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行合金化處理；2) 軋輥用離心鑄造方法復(fù)合而成的工藝步驟是① 先將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1430°C 1460°C ;② 外層鋼水澆注完畢6 18分鐘后，用非接觸式測溫儀測量輥身內(nèi)層溫度，當(dāng)溫度為 1230°C 1290。C時，澆入輥芯球墨鑄鐵鐵水，鐵水澆注溫度為1330°C 1360°C ;3) 高速鋼復(fù)合軋輥熱處理高速鋼復(fù)合軋輥輥面溫度低于30(TC時，將軋輥毛坯置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火處 理，加熱溫度350 450°C，保溫時間6 20小時，然后爐冷至溫度低于200°C，出爐空冷至 室溫，最后加工至規(guī)定尺寸和精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速鋼復(fù)合軋輥，包括外層和輥芯，所述外層的化學(xué)組成成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)是0.5-0.8C，1.5-1.8B，8.0-11.0Cr，4.0-5.5Mo，1.0-1.2V，2.0-2.5Al，0.1-0.4Ni，0.04-0.08Mg，0.06-0.15Ti，Si＜0.7，Mn＜0.4，S＜0.04，P＜0.05，余量為Fe；所述輥芯是球墨鑄鐵。本發(fā)明還公開了上述復(fù)合軋輥的制備方法將復(fù)合軋輥外層和輥芯分別用電爐熔煉，采用離心鑄造方法復(fù)合成形。該復(fù)合軋輥取消高溫?zé)崽幚?，工藝簡便，能耗低。軋輥輥面硬度高、耐磨性好，輥芯?qiáng)度高，使用安全、可靠，使用壽命長，且生產(chǎn)成本低，推廣應(yīng)用具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號B22D13/02GK101773935SQ201010033818
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者杜忠澤, 符寒光, 蔣志強(qiáng), 雷永平 申請人:北京工業(yè)大學(xué)