一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法
【專利摘要】一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法，屬于軋輥制造【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明軋輥由外層、中間層和輥芯三部分復(fù)合成一體。外層高速鋼鋼水的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.60～2.40％C,0.3～1.0％Mn,0.3～1.2％Si,4.0～6.5％Cr,4.0～6.5％Mo,3.0～6.5％V,3.0～5.0％W,1.0～4.0％Nb,0.3～1.5％Ni,S<0.03％,P<0.03％,0.06～0.12％Ti,余量Fe。軋輥經(jīng)離心鑄造復(fù)合成形，淬火和回火后，具有硬度高和耐磨性好等特點(diǎn)，推廣應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種復(fù)合軋輥及其制備方法，特別涉及一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù) 合軋輥及其制備方法，屬于軋輥制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 軋輥是軋鋼生產(chǎn)中重要消耗備件，乳輥的大量消耗，造成了資源和能源的巨大浪 費(fèi)。特別是熱軋生產(chǎn)過(guò)程中，乳輥工作條件極其苛刻，不僅要有良好的耐磨性，還要有優(yōu)異 的抗高溫氧化和熱疲勞裂紋擴(kuò)展能力，傳統(tǒng)的高鎳鉻耐磨鑄鐵、半鋼和高鉻鑄鐵軋輥很難 滿足其要求。高速鋼軋輥是熱軋輥的良好替代材料，目前國(guó)內(nèi)外已開發(fā)了多種高速鋼軋輥 材料及其制備技術(shù)。中國(guó)方面專利CN 103805902公開了一種離心鑄造的易切削高速鋼軋 輥制造工藝，其特征在于包含如下工藝步驟：①輥身材質(zhì)化學(xué)成分采用含碳量1. 2-2. 8%， 硅含量1. 2-2. 5%，錳含量0. 3-0. 8%，磷含量小于0. 05%，硫含量小于0. 04%，其余合金元 素 W、Mo、V、Cr、Nb、Ti、Ni、Al 分別為 2-6%、2-6%、2-7%、3-5%、0· 3-1. 5%、0· 1-0. 5%、 0-2%、0-4%材質(zhì)，以保證離心鑄造狀態(tài)及隨后的熱處理過(guò)程中得到含有石墨的高速鋼基 體；②模具參數(shù)鐵模厚度/外層鐵水澆注厚度> 1. 25,直徑的加工余量25-40mm，長(zhǎng)度的加 工余量30-50mm，壁厚120-220mm，以確定模具外徑；針對(duì)不同直徑的軋輥，模具的外徑和子 口形成系列，便于制作及端蓋互換；底箱、冒口箱內(nèi)徑的吃砂量30-120mm，壁厚40-60mm ;端 蓋、鐵模、底箱、冒口箱子針對(duì)不同直徑軋輥形成系列，便于互換；端蓋樣子、底箱樣子、冒 口樣子直徑方向加工余量20-40mm，起模斜度為30' -2° ;鐵模經(jīng)涂料、覆膜砂涂覆之后， 烘烤至150°C -250°C，放置離心機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備澆注；③工作層高速鋼水的石墨化處理經(jīng) 熔煉，達(dá)到澆注溫度要求和成分要求的工作層金屬液，采用Ca-Mg-Re-Si-Ti復(fù)合孕育劑， 加入量為鋼水量的〇. 15-0. 25 %，質(zhì)量比，塊度3-12_，出鋼前放置包底；④芯部球墨鑄鐵 材料的球化處理球化劑量為鐵水量的1. 7-2. 1%，質(zhì)量比，塊度5-15mm，出鐵前放置包底， 瞬時(shí)孕育量為鐵水量的〇. 10-0. 30%，塊度l-5mm，澆注時(shí)隨流加入；⑤澆注溫度外層澆注 溫度1460-1520°C，芯部澆注溫度1370-1430°C ;⑥離心機(jī)轉(zhuǎn)速：300-800轉(zhuǎn)/分；⑦冷卻 參數(shù)冷卻方式：模內(nèi)自然冷卻；冷卻時(shí)間18-48小時(shí)，模溫< 150°C時(shí)開箱；⑧熱處理退火 工藝：升溫速度，分別在350°C保溫2h，650°C范圍保溫2h，840°C保溫3-8h后出爐，冷卻至 300°C以下立即裝入淬火爐內(nèi)淬火；淬火工藝：升溫速度，分別在350°C保溫2h，650-860°C 范圍保溫211，1000-10501：保溫3-811后出爐，乳輥轉(zhuǎn)動(dòng)空冷或噴霧，冷卻至3001：以下立即 裝入爐溫為300°C的爐內(nèi)保溫回火；回火工藝：第一次回火在淬火后立即進(jìn)行，在第二次回 火前冷至80°C以下，升溫過(guò)程中，當(dāng)彡350°C 15°C /h，當(dāng)彡530°C 20°C /h，分別在350°C保 溫2h，530°C _550°C保溫3-8h，然后隨爐冷卻至200°C以下出爐。該發(fā)明的有益效果是：生 產(chǎn)的易切削高速鋼在加工性能方面得到了改善，可以減少高速鋼軋輥加工難度和加工周 期，節(jié)約工時(shí)和刀具，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；用碳化硼刀具加工易切削高速鋼軋輥時(shí)在加工 件線速度20m情況下，吃刀量從原來(lái)的2mm提高到3-5mm ;走刀量從原來(lái)的0· 2mm/r提高 到0.4-0. 5mm/r。中國(guó)方面專利CN 103624230還公開了一種組合外場(chǎng)下離心鑄造高速鋼 軋輥的方法。在高速鋼軋輥旋轉(zhuǎn)離心鑄造過(guò)程中，在鑄模外安置脈沖式磁場(chǎng)，脈沖式磁場(chǎng) 的頻率10-20HZ，脈沖寬度在15-25 μ s，使鑄型中心部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度在0. 01-0. 7T，同時(shí)， 在鑄模兩端分別安裝一個(gè)電極，離心澆鑄過(guò)程中對(duì)處于凝固過(guò)程中的金屬通入穩(wěn)定的直流 電流，直流電流的電流密度為〇. l-l〇A/m2,利用脈沖式磁場(chǎng)和高速旋轉(zhuǎn)鑄模內(nèi)金屬液中直 流電流的交互作用改變高速鋼軋輥凝固過(guò)程中析出硬質(zhì)相的形態(tài)，并利用離心鑄造的作用 控制硬質(zhì)相的分布。該發(fā)明綜合了脈沖式磁場(chǎng)、磁電耦合及離心旋轉(zhuǎn)鑄造的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能 顯著改善高速鋼軋輥的內(nèi)部凝固組織，大幅度提高軋輥的壽命和使用性能。中國(guó)方面專利 CN 103317115還公開了一種高速鋼復(fù)合軋輥的制造方法，包括以下步驟：根據(jù)需要熔煉的 高速鋼軋輥的成分要求將原料置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉；爐前處理；采用三層復(fù)合及離 心工藝澆注軋輥；粗加工；熱處理；精加工；其中，所述熔煉包括外層鋼液冶煉、中間層金屬 液熔化和芯部鐵水熔化，所述熱處理包括淬火和回火工藝，所述回火工藝為400-450°C保溫 10-15小時(shí)，再隨爐冷卻至KKTC以下后出爐空冷。通過(guò)上述方式，該發(fā)明能夠解決外層和 芯部不同材質(zhì)之間難以結(jié)合的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)中間層的過(guò)渡結(jié)合，具有極好的耐磨性及較高的 硬度，可保證輥面質(zhì)量。中國(guó)方面專利CN 103305775還公開了一種高碳高速鋼軋輥，包括 按質(zhì)量百分比組成的下列成分：C :L 8-2. 8%，W :3-5%，Cr :5-8%，Mo :3· 5-4%，V :4-6%， Nb :0· 8-1. 5%，Co :1-3%，Ni :0· 5-1. 5%，Al :0· 3-0. 6%，Si :彡 L 0%，其余為 Fe 和不可 避免的微量元素。通過(guò)上述方式，該發(fā)明的高碳高速鋼軋輥能夠提高耐磨損和抗熱疲勞性 能。中國(guó)方面專利CN 102828123還公開了一種離心復(fù)合澆鑄高速鋼軋輥外層變質(zhì)處理 的方法，其特征在于，在外層高速鋼熔煉完成出爐時(shí)，向鋼包內(nèi)加入復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)高速鋼 鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，復(fù)合變質(zhì)劑的加入量為鋼水重量的I. 〇?2. 0 %，反應(yīng)溫度為1500? 16001：。所述復(fù)合變質(zhì)劑的化學(xué)成分重量百分比為：釩鐵？^5050?55%、稀土硅鐵合金 卩65丨1^2120?25%、硅鋇合金？68&55丨6020?25%415?10%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)是：細(xì)化鑄造晶粒和改善鉻、碳化物形態(tài)，均勻彌散分布的細(xì)小球狀MC型碳化物，提 高了高速鋼軋輥外層的耐磨和耐熱性，使軋輥毫米軋材同比增加25 %?30 %。中國(guó)方面專 利CN 102766824還公開了一種耐磨高速鋼輥環(huán)及其制備方法，其化學(xué)組成為質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ : 2. 6 ?3. 2C，14. 5 ?15. 0W，2. 5 ?3. OMo, 1. 5 ?2. 0V，4. 0 ?4. 5Cr，4. 5 ?5. OCo, 6. 2 ? 6. 8Nb，0· 5 ?0· 8Ni，0· 15 ?0· 20B，0· 25 ?0· 40A1，0· 07 ?0· 10Y，0· 04 ?0· 06Ti，0· 08 ? 0. 12N，0. 04 ?0. 07Ca，0. 020 ?0. 035Zr，0. 08 ?0. llMg，0. 12 ?0. 15Zn，0. 5 ?I. 2Si， 0. 20?0. 45Mn，，S&lt ;0. 02, P&lt ;0. 03,其余為Fe。采用離心鑄造方法成形，硬度高、耐 磨性好。中國(guó)方面專利CN102962423還公開了離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，由外層 高速鋼和內(nèi)層石墨鋼復(fù)合而成，其特征在于：外層高速鋼化學(xué)成分為：Cl. 5?2. I，SiO. 5? 1. 2, MnO. 6 ?0· 8, P < 0· 03, S < 0· 03, Cr5. 0 ?10, NiO. 5 ?1. 0, Μο2· 0 ?4. 0, W0. 5 ? 2. 0, NdO. 5 ?2.0, V4.0 ?6.0, TiO. 5 ?L 5, Β0. 5 ?2.0, NO. 05 ?0· 15,余量為 Fe ;內(nèi)層 石墨鋼化學(xué)成分為：CL 3 ?2. 0, SiL 1 ?2. 0, MnO. 4 ?0· 8, CrO. 4 ?L 5, NiO. 4 ?L 5， MoO. 2?0. 6,余量為Fe ;制造方法是：1)熔煉外層高速鋼，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升 至1600?1620°C，加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐；2)熔煉內(nèi)層石墨鋼，爐前成分調(diào)整合格 后，將鋼液溫度升至1580?1600°C等待出鋼，出鋼過(guò)程中向鋼液內(nèi)加硅鈣、硅鐵和鋁進(jìn)行 脫氧、變質(zhì)和孕育處理，操作完成后等待澆注；3)當(dāng)包內(nèi)外層高速鋼鋼液溫度降到1450? 1500°C時(shí)進(jìn)行外層離心澆注，當(dāng)外層高速鋼內(nèi)壁溫度降到1200?1250°C時(shí)進(jìn)行復(fù)合輥套 內(nèi)層澆注，澆注溫度為1450?1500°C，澆注厚度為20?50mm，待內(nèi)層凝固后下機(jī)進(jìn)行保 溫冷卻；4)對(duì)復(fù)合輥套毛坯進(jìn)行熱處理和機(jī)加工后獲得成品復(fù)合輥套。其熱處理為先進(jìn) 行1020?1050°C高溫退火處理，退火保溫時(shí)間為4?8h ;粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火溫 度為1000?1050°C，淬火保溫時(shí)間為2?4h，保溫結(jié)束后進(jìn)行吹風(fēng)淬火，吹風(fēng)淬火結(jié)束后 進(jìn)爐進(jìn)行兩次回火熱處理，回火1為500°C X30h，回火2為550°C X30h。中國(guó)方面專利 CN 102615108還公開了一種離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法，復(fù)合軋輥由外層高速 鋼、中間層石墨鋼和芯部高強(qiáng)度球鐵通過(guò)離心復(fù)合而成。該發(fā)明是在現(xiàn)有高碳高釩高速鋼 軋輥基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低釩含量，同時(shí)加入鈮元素，且Nb/V控制在0. 3-0. 5,使Nb與V形成 復(fù)合碳化物（V，Nb) C，從而避免了在離心力作用下形成偏析。高速鋼復(fù)合軋輥的輥芯采用 高強(qiáng)度球墨鑄鐵，為防止?jié)沧⑶蜩F時(shí)與外層高速鋼熔合混入Cr, B等引起脆化的元素，在外 層和輥芯之間澆注多元石墨鋼中間層。為防止軋輥離心鑄造過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，對(duì)輥面高速 鋼材料和中間層石墨鋼進(jìn)行細(xì)化組織的微合金化處理，達(dá)到提高軋輥材料抗熱裂能力的目 的。該發(fā)明軋輥綜合性能高，使用壽命長(zhǎng)，有很好的經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)方面專利CN 102274856 還公開了一種離心復(fù)合高速鋼軋輥及其澆注方法，所述的高速鋼外層的化學(xué)成分重量百分 比為：CL 8 ?2. 6%、Cr3 ?10%、NbO. 2 ?1. 0%、Mo4 ?10%、V5 ?10%、W4 ?10%、 C〇2?10%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。離心復(fù)合高速鋼軋輥的澆注方法，包括熔煉、澆 注、冷卻開箱、熱處理，其特征在于，其工作步驟如下：1)中頻爐熔煉，分別進(jìn)行中間過(guò)渡層 鋼水熔煉，熔煉溫度1500?160(TC，高速鋼外層鋼水熔煉，熔煉溫度1500?1600°C，球墨 鑄鐵芯部鐵水熔煉，熔煉溫度1450?1500°C ;2)分別對(duì)中間過(guò)渡層鋼水、高速鋼外層鋼水 進(jìn)行變質(zhì)處理，中間過(guò)渡層鋼水添加精煉變質(zhì)劑為稀土和硅鋇，添加量為〇. 2?0. 6 %，反 應(yīng)溫度為1500?1600°C，高速鋼外層鋼水添加精煉變質(zhì)劑為稀土和硅鋇，添加量為0. 2? 0. 6 %，反應(yīng)溫度為1500?1600°C，對(duì)球墨鑄鐵芯部鐵水進(jìn)行球化及孕育處理，球化劑為 釔基重稀土，添加量為I. 0?1. 6 %，孕育劑為75硅鐵，添加量為0. 4?I. 0 %，反應(yīng)溫度 1450?1500°C ;3)離心鑄造，澆注溫度1420?1480°C，先鑄造高速鋼外層，離心重力倍數(shù) 100?120G，鑄造厚度90?110mm，當(dāng)鑄層冷卻到1225?1245°C時(shí)，再離心鑄造中間過(guò)渡 層，鑄造厚度40?60mm，離心重力倍數(shù)100?120G，當(dāng)鑄層冷卻到1220?1240°C時(shí)停止； 4)芯部澆鑄，將步驟3鑄鋼件與輥頸模具合箱，靜態(tài)澆鑄步驟2中經(jīng)球化及孕育處理的球 墨鑄鐵芯部鐵水，澆注溫度1350?1430°C ;5)常溫冷卻至150?155°C開箱，采用臺(tái)車式 差溫爐進(jìn)行熱處理，以90?120°C /h的加熱速度加熱至1000?IKKTC，保溫3?5h后， 以110?130°C /h的速度冷卻至420?460°C，再以10?20°C /h的速度冷卻至室溫，再以 9?13°C /h的加熱速度加熱至450?550°C，保溫18?25小時(shí)后，以10?20°C /h的速 度冷卻至室溫。該發(fā)明的有益效果是：1)能顯著提高高速鋼外層的抗熱疲勞和耐磨性能。 2)高速鋼外層和中間過(guò)渡層的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到400Mpa以上，防止高速鋼外層的剝落。
[0003] 但是，上述高速鋼軋輥主要存在淬硬層深度淺，乳輥表面硬度均勻性差以及軋輥 外層與輥芯結(jié)合不好等不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的通過(guò)優(yōu)化高速鋼軋輥外層成分以及改進(jìn)復(fù)合鑄造工藝和熱處理淬火 冷卻工藝，克服淬硬層深度淺，乳輥表面硬度均勻性差以及軋輥外層與輥芯結(jié)合不好等問(wèn) 題，實(shí)現(xiàn)高速鋼軋輥性能的大幅度提高。
[0005] 本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥由外層（輥身）、中間層和輥芯三部分復(fù)合 成一體，其具體制備工藝步驟是：
[0006] ①首先在三臺(tái)感應(yīng)電爐內(nèi)分別冶煉高速鋼復(fù)合軋輥外層（輥身）、中間層和輥 芯材料，其中中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：1.4?1.6C，2. 0?2. 4Si，0. 15? 0.25Ni，0.03 ?0.06RE，0.03 ?0.06Ti，0.03 ?0.06Ca，0.03 ?0.06Nb，0.03 ? 0· 06Ba, 0· 008 ?0· 015N, L 2 ?I. 6Mn, S〈0. 03，Ρ〈0· 04,余量 Fe ;輥芯材料的化學(xué)組成 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ％ 為：3. 10 ?3. 40C, 1. 80 ?2. 20Si, 0· 15 ?0· 29Mn, 0· 16 ?0· 28Cu, 0· 025 ? 0· 045Ca, S〈0. 03, Ρ〈0· 08, 0· 035 ?0· 065Mg, 0· 008 ?0· 018Bi,余量 Fe ;外層高速鋼鋼水的 化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1. 60?2. 40 % C, 0· 3?L 0 % Mn, 0· 3?L 2 % Si, 4. 0? 6. 5 % Cr, 4. 0 ?6. 5 % Mo, 3. 0 ?6. 5 % V，3. 0 ?5. 0 % W, I. 0 ?4. 0 % Nb, 0· 3 ?1. 5 % Ni，S〈0. 03%，P〈0. 03%，0. 06?0. 12% Ti,余量Fe ;當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1580? 1600°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 10?0. 20%的金屬鋁，保溫4?6分鐘后出爐到鋼 包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15mm，并經(jīng)200?260°C烘干60?120分鐘的稀土硅鐵合 金和硼鐵，稀土硅鐵合金和硼鐵加入量分別占進(jìn)入鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的〇. 25?0. 45% 和0. 05?0. 12%，當(dāng)鋼水溫度降至1430?1500°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)，離心 鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在75?120 ;
[0007] ②當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料的澆注 溫度為1450?1510°C，其厚度為15?30_ ;
[0008] ③當(dāng)中間層材料澆注完畢12?18分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi) 表面溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯材料鐵水，輥芯鐵水澆注溫度為 1320?1350°C;輥芯鐵水澆注完畢24?48小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)入緩冷坑，然后 進(jìn)行粗加工；
[0009] ④粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1020?1100°C，保溫4?10小時(shí)，隨后 出爐風(fēng)冷至溫度150?300°C，重新將軋輥加熱至500?550°C，保溫10?20小時(shí)后，爐冷 至溫度低于200°C，重新將軋輥加熱至500?550°C，保溫10?20小時(shí)后，爐冷至溫度低于 200°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得離心鑄造耐磨高速鋼復(fù) 合軋輥。
[0010] 如上所述硼鐵的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：19. 0?21. 0B，彡0· 5C，彡2. OSi,彡0· 5A 1，彡 0· 01S,彡 0· 1P,余量 Fe。
[0011] 如上所述稀土硅鐵合金的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：27. 0?30. ORE, 38. 0? 42. OSi,〈3. OMn,〈5. OCa,〈3. OTi,余量為 Fe。
[0012] 本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥，為了獲得優(yōu)異的性能，復(fù)合軋輥外層， 暨輥身工作層采用耐磨性和紅硬性優(yōu)異高碳高速鋼材料，外層高速鋼鋼水的化學(xué)成分 及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1. 60?2. 40 % C, 0· 3?L 0 % Mn, 0· 3?L 2 % Si, 4. 0?6. 5 % Cr, 4. 0 ?6. 5 % Mo, 3. 0 ?6. 5 % V，3. 0 ?5. 0 % W, I. 0 ?4. 0 % Nb, 0· 3 ?1. 5 % Ni, S〈0. 03%，P〈0. 03%，0. 06?0. 12% Ti,余量Fe。為了提高高碳高速鋼的強(qiáng)韌性和抗熱 疲勞能力，當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1580?1600°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 10? 0. 20%的金屬鋁，保溫4?6分鐘后出爐到鋼包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15_，并經(jīng) 200?260°C烘干60?120分鐘的稀土娃鐵合金和硼鐵，稀土娃鐵合金和硼鐵加入量分別 占進(jìn)入鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 25?0. 45%和0. 05?0. 12%。
[0013] 為了確保外層組織致密，外層和中間層采用離心鑄造方法成形，當(dāng)外層鋼水溫 度降至1430?1500°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)，離心鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在 75?120。當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料既要 有良好的鑄造性能，還要有優(yōu)異的強(qiáng)韌性，因此在高碳鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)提高硅含量，另外 還加入較多微合金元素用于改善其組織，中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：1. 4? I. 6C, 2. 0 ?2. 4Si, 0. 15 ?0. 25Ni, 0. 03 ?0. 06RE, 0. 03 ?0. 06Ti, 0. 03 ?0. 06Ca, 0. 03 ? 0· 06Nb, 0· 03 ?0· 06Ba, 0· 008 ?0· 015N, L 2 ?I. 6Mn, S〈0. 03,Ρ〈0· 04,余量 Fe。中間層 材料的澆注溫度為1450?1510°C，其厚度為15?30mm。
[0014] 當(dāng)中間層材料澆注完畢12?18分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi) 表面溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯鐵水，輥芯材料的化學(xué)組成質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ％ 為：3. 10 ?3. 40C, 1. 80 ?2. 20Si, 0· 15 ?0· 29Mn, 0· 16 ?0· 28Cu, 0· 025 ? 0· 045Ca, S〈0. 03, Ρ〈0· 08, 0· 035 ?0· 065Mg, 0· 008 ?0· 018Bi,余量 Fe。輥芯材料不僅鑄 造性能好，與過(guò)渡層（中間層）結(jié)合緊密，而且具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性，確保軋輥使用安全。輥 芯鐵水澆注溫度為1320?1350°C。輥芯鐵水澆注完畢24?48小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋 輥進(jìn)入緩冷坑，然后進(jìn)行粗加工。
[0015] 粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1020?IKKTC，保溫4?10小時(shí)，隨后出 爐風(fēng)冷至溫度150?300°C，可以確保高速鋼復(fù)合軋輥基體組織以馬氏體為主加適量奧氏 體，具有優(yōu)異的耐磨性。風(fēng)冷淬火后的高速鋼復(fù)合軋輥重新將軋輥加熱至500?550°C，保 溫10?20小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C，重新將軋輥加熱至500?550°C，保溫10?20 小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后出爐空冷至室溫，主要是為了確保二次碳化物彌散析出， 穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，確保高速鋼復(fù)合軋輥的安全使用。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥外層輥面硬度高，超過(guò)82HSD，輥面硬度 均勻性好，輥面硬度差小于2HSD ;
[0018] 2)本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥外層、中間層和輥芯三者之間結(jié)合良好；
[0019] 3)本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥具有優(yōu)異的耐磨性，其毫米過(guò)鋼量比高鎳 鉻無(wú)限冷硬鑄鐵軋輥提高3倍以上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥示意圖；
[0021] 1 -外層，2 -中間層，3 -棍芯。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] 本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥輥身直徑q>850mm，由外層（輥身）、中間層 和棍芯三部分復(fù)合成一體，夕卜層厚度60mm，中間層厚度30mm，外層、中間層和棍芯分別采用 三臺(tái)電爐熔煉，其具體制備工藝步驟是：
[0025] ①首先在三臺(tái)感應(yīng)電爐內(nèi)分別冶煉高速鋼復(fù)合軋輥外層、中間層和輥芯材料，其 中中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：1. 41C，2. 38Si，0. 15Ni，0. 033RE，0. 058Ti，0. 032 Ca, 0· 055Nb, 0· 057Ba, 0· 009N, I. 59Mn, 0· 021S, 0· 033P,余量 Fe。輥芯材料的化學(xué)組成質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ％ 為：3. 38C, I. 80Si, 0· 16Mn, 0· 28Cu, 0· 026Ca, 0· 013S, 0· 058P, 0· 043Mg, 0· 016Bi, 余量Fe。外層高速鋼鋼水的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.64% (:,0.97^1^0.381% Si, 4. 05 % Cr, 6. 38 % Mo, 6. 45 % V, 3. 09 % ff, 1. 38 % Nb, 0. 36 % Ni, 0. 027 % S, 0. 029 % P，0. 11 % Ti,余量Fe。當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1599°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分 數(shù)0. 20 %的金屬鋁，保溫4分鐘后出爐到鋼包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15_，并經(jīng) 200°C烘干120分鐘的稀土硅鐵合金（稀土硅鐵合金的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：27. 08RE，38 .69Si，2. IlMn, 3. 04Ca，I. 85Ti，余量為Fe)和硼鐵（硼鐵的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：19. 05B ，0. 31C，I. 42Si，0. 26A1，0. 005S，0. 038P，余量Fe)，稀土硅鐵合金和硼鐵加入量分別占進(jìn) 入鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 45%和0. 05%，當(dāng)鋼水溫度降至1488°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī) 上的鑄型內(nèi)，離心鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在85。
[0026] ②當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料的澆注 溫度為1499°C，其厚度為30mm。
[0027] ③當(dāng)中間層材料澆注完畢18分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi)表面 溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯鐵水，輥芯鐵水澆注溫度為1324°C。輥 芯鐵水澆注完畢48小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)緩冷坑，然后進(jìn)行粗加工。
[0028] ④粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1KKTC，保溫8小時(shí)，隨后出爐風(fēng)冷至 溫度280°C，重新將軋輥加熱至550°C，保溫10小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C，重新將軋輥 加熱至500°C，保溫20小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī) 定尺寸和精度，即可獲得離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥，其力學(xué)性能見表1。
[0029] 實(shí)施例2 :
[0030] 本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥輥身直徑q>700mm，由外層（輥身）、中間層 和棍芯三部分復(fù)合成一體，夕卜層厚度55mm，中間層厚度20mm，外層、中間層和棍芯分別采用 三臺(tái)電爐熔煉，其具體制備工藝步驟是：
[0031] ①首先在三臺(tái)感應(yīng)電爐內(nèi)分別冶煉高速鋼復(fù)合軋輥外層、中間層和輥芯材料，其 中中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：1. 57C，2. 02Si，0. 24Ni，0. 059RE，0. 031Ti，0. 059 Ca, (λ 035Nb, (λ 037Ba, (λ 014N, L 24Μη, (λ 017S, (λ 029P,余量 Fe。輥芯材料的化學(xué)組成質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ％ 為：3. 12C, 2. 20Si, 0· 27Mn, 0· 18Cu, 0· 044Ca, 0· 018S, 0· 046P, 0· 058Mg, 0· 009Bi, 余量Fe。外層高速鋼鋼水的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2. 36 % C，0. 33% Mn, I. 18% Si, 4. 30 % Cr, 4. 62 % Mo, 3. 08 % V, 4. 99 % W, 3. 87 % Nb, 1. 44 % Ni, 0. 022 % S, 0. 027 % P，0.07%Ti，余量Fe。當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1584°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分 數(shù)0. 10%的金屬鋁，保溫6分鐘后出爐到鋼包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15_，并經(jīng) 260°C烘干80分鐘的稀土硅鐵合金（稀土硅鐵合金的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：29. 05RE，41. 37Si，2. 06Mn，4. 52Ca，I. 88Ti，余量為Fe)和硼鐵（硼鐵的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：20. 84B， 0. 35C，I. 56Si，0. 29A1，0. 008S，0. 046P，余量Fe)，稀土硅鐵合金和硼鐵加入量分別占進(jìn)入 鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 25%和0. 12%，當(dāng)鋼水溫度降至1439°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī)上 的鑄型內(nèi)，尚心鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在78。
[0032] ②當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料的澆注 溫度為1453°C，其厚度為20mm。
[0033] ③當(dāng)中間層材料澆注完畢15分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi)表面 溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯鐵水，輥芯鐵水澆注溫度為1347°C。輥 芯鐵水澆注完畢36小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)緩冷坑，然后進(jìn)行粗加工。
[0034] ④粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1050°C，保溫6小時(shí)，隨后出爐風(fēng)冷至 溫度180°C，重新將軋輥加熱至500°C，保溫20小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C，重新將軋輥 加熱至550°C，保溫10小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī) 定尺寸和精度，即可獲得離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥，其力學(xué)性能見表1。
[0035] 實(shí)施例3 :
[0036] 本發(fā)明離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥輥身直徑q>550mm，由外層（輥身）、中間層 和棍芯三部分復(fù)合成一體，夕卜層厚度50mm，中間層厚度15mm，外層、中間層和棍芯分別采用 三臺(tái)電爐熔煉，其具體制備工藝步驟是：
[0037] ①首先在三臺(tái)感應(yīng)電爐內(nèi)分別冶煉高速鋼復(fù)合軋輥外層、中間層和輥芯材料，其 中中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：1. 48C，2. 31Si，0. 19Ni，0. 047RE，0. 040Ti，0. 048 Ca, 0· 051Nb, 0· 046Ba, 0· 011N, I. 45Mn, 0· 028S, 0· 035P,余量 Fe。輥芯材料的化學(xué)組成質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ％ 為：3. 26C, I. 97Si, 0· 19Mn, 0· 21Cu, 0· 029Ca, 0· 021S, 0· 063P, 0· 048Mg, 0· 012Bi, 余量Fe。外層高速鋼鋼水的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.99% C，0.65% Mn, 0.70% Si, 5. 08 % Cr, 4. 98 % Mo, 5. 12 % V, 3. 57 % W, 2. 06 % Nb, 0. 93 % Ni, 0. 025 % S, 0. 028 % P，0.09%Ti，余量Fe。當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1597°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分 數(shù)0. 15%的金屬鋁，保溫5分鐘后出爐到鋼包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15_，并經(jīng) 240°C烘干100分鐘的稀土硅鐵合金（稀土硅鐵合金的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：28. 54RE，39 .05Si，2. 08Mn，3. 29Ca，I. 64Ti，余量為Fe)和硼鐵（硼鐵的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：19. 80B ，0. 40C，I. 37Si，0. 32A1，0. 008S，0. 051P，余量Fe)，稀土硅鐵合金和硼鐵加入量分別占進(jìn) 入鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 35%和0. 08%，當(dāng)鋼水溫度降至1464°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī) 上的鑄型內(nèi)，離心鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在115。
[0038] ②當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料的澆注 溫度為1482°C，其厚度為15mm。
[0039] ③當(dāng)中間層材料澆注完畢12分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi)表面 溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯鐵水，輥芯鐵水澆注溫度為1346°C。輥 芯鐵水澆注完畢24小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)緩冷坑，然后進(jìn)行粗加工。
[0040] ④粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1020°c，保溫8小時(shí)，隨后出爐風(fēng)冷至 溫度160°C，重新將軋輥加熱至530°C，保溫15小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C，重新將軋輥 加熱至530°C，保溫15小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī) 定尺寸和精度，即可獲得離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥，其力學(xué)性能見表1。
[0041] 表1離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥力學(xué)性能
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合軋輥的方法，其特征在于，復(fù)合軋輥由外層、中間層和 輥芯三部分復(fù)合成一體，其具體制備工藝步驟包括如下： ① 首先在三臺(tái)感應(yīng)電爐內(nèi)分別冶煉高速鋼復(fù)合軋輥外層、中間層和輥芯材 料，其中中間層材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為=1. 4?1. 6C，2. 0?2. 4Si，0. 15? 0. 25Ni，0.03 ?0. 06RE，0. 03 ?0.06Ti，0. 03 ?0. 06Ca，0.03 ?0. 06Nb，0. 03 ? 0.06Ba，0.008 ?0.015N, 1.2 ?1.6Mn，S〈0.03，P〈0.04,余量 Fe ;輥芯材料的化學(xué)組成 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ％ 為：3· 10 ?3. 40C, 1. 80 ?2. 20Si, 0· 15 ?0· 29Mn, 0· 16 ?0· 28Cu, 0· 025 ? 0· 045Ca, S〈0. 03, Ρ〈0· 08, 0· 035 ?0· 065Mg, 0· 008 ?0· 018Bi,余量 Fe ;外層高速鋼鋼水的 化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1. 60?2. 40 % C, 0· 3?1. 0 % Μη, 0· 3?1. 2 % Si, 4. 0? 6. 5 % Cr, 4. 0 ?6. 5 % Mo, 3. 0 ?6. 5 % V，3. 0 ?5. 0 % W, 1. 0 ?4. 0 % Nb, 0· 3 ?1. 5 % Ni，S〈0. 03%，P〈0. 03%，0. 06?0. 12% Ti，余量Fe ;當(dāng)外層高速鋼鋼水溫度達(dá)到1580? 1600°C時(shí)，加入占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 10?0. 20%的金屬鋁，保溫4?6分鐘后出爐到鋼 包，鋼包內(nèi)預(yù)先加入顆粒尺寸8?15mm，并經(jīng)200?260°C烘干60?120分鐘的稀土硅鐵合 金和硼鐵，稀土硅鐵合金和硼鐵加入量分別占進(jìn)入鋼包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的〇. 25?0. 45% 和0. 05?0. 12%，當(dāng)鋼水溫度降至1430?1500°C時(shí)，將鋼水澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)，離心 鑄造時(shí)重力系數(shù)控制在75?120 ; ② 當(dāng)外層鋼水全部凝固后，繼續(xù)在離心機(jī)上澆注中間層材料，中間層材料的澆注溫度 為1450?15KTC，其厚度為15?30mm ; ③ 當(dāng)中間層材料澆注完畢12?18分鐘后，用非接觸式測(cè)溫儀測(cè)量軋輥中間層內(nèi)表 面溫度，當(dāng)溫度為1200?1260°C時(shí)，在靜態(tài)下頂鑄輥芯材料鐵水，輥芯鐵水澆注溫度為 1320?1350°C;輥芯鐵水澆注完畢24?48小時(shí)后，取出高速鋼復(fù)合軋輥進(jìn)入緩冷坑，然后 進(jìn)行粗加工； ④ 粗加工后的高速鋼復(fù)合軋輥隨爐加熱至1020?1100°C，保溫4?10小時(shí)，隨后出 爐風(fēng)冷至溫度150?300°C，重新將軋輥加熱至500?550°C，保溫10?20小時(shí)后，爐冷至 溫度低于200°C，重新將軋輥加熱至500?550°C，保溫10?20小時(shí)后，爐冷至溫度低于 200°C后出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得離心鑄造耐磨高速鋼復(fù) 合軋輥。
2. 按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述硼鐵的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為：19. 0? 21. 0B，彡 0· 5C，彡 2. OSi，彡 0· 5A1，彡 0· 01S，彡 0· 1P，余量為 Fe。
3. 按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述稀土硅鐵合金的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)％為： 27. 0 ?30. ORE, 38. 0 ?42. OSi,〈3. OMn,〈5. OCa,〈3. OTi，余量為 Fe。
4. 按照權(quán)利要求1-3的任一方法制備得到的耐磨高速鋼復(fù)合軋輥。
【文檔編號(hào)】C22C37/10GK104264043SQ201410537913
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】趙立波, 劉杰兵, 孫建勛, 丁坤飛, 李義良, 張群興, 李群鎖, 吳延祥 申請(qǐng)人:邢臺(tái)德龍機(jī)械軋輥有限公司