專利名稱：離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套及其組合軋輥的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套及其熱裝組合軋輥制造方法，適用于高品質(zhì)特殊鋼棒線材軋機(jī)。
背景技術(shù)：
高硼高速鋼軋輥是在高速鋼軋輥基礎(chǔ)上，通過向高速鋼中加入適量硼元素而發(fā)展起來的。向高速鋼中加入適量硼元素，一方面可以部分取代高速鋼軋輥中鎢、鑰、釩等貴重合金元素，降低高速鋼軋輥生產(chǎn)成本；另一方面硼加入高速鋼以后，生成高硬度的碳硼化合物，可以顯著提高高速鋼軋輥的耐磨性。將高硼高速鋼用于軋輥生產(chǎn)中，對(duì)于降低軋輥生產(chǎn) 成本，提高軋材表面質(zhì)量等具有重要意義。中國發(fā)明專利CN101831590A “高硼低合金高速鋼軋輥及其制造方法”采用離心鑄造方法澆注軋輥輥身，輥身澆注完畢后，采用球墨鑄鐵熔液充填輥芯的方法獲得高硼高速鋼復(fù)合軋輥或者采用機(jī)械組裝成組合軋輥，該發(fā)明制得的軋輥在熱軋鋼生產(chǎn)中具有良好的使用效果，其缺點(diǎn)是輥身含碳量低，耐磨性不高，而且采用球墨鑄鐵熔液充填輥芯的方法獲得高硼高速鋼復(fù)合軋輥，在生產(chǎn)過程中外層的合金元素容易擴(kuò)散到芯部形成大量的碳化物，引起芯部球鐵材料脆性增大、抗沖擊性能下降，在軋鋼過程中易發(fā)生斷輥事故。中國專利CN101623751A “一種含硼低合金高速鋼軋輥的制備方法”采用金屬型澆注制得含硼低合金高速鋼軋輥，其輥身材質(zhì)為含硼低合金高速鋼，輥芯是球墨鑄鐵，軋輥經(jīng)粗加工和熱處理以后制得成品。該發(fā)明具有能耗低，熱處理周期短的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是軋輥澆注過程中容易產(chǎn)生偏析和內(nèi)外層界面結(jié)合不良等問題，影響軋輥的質(zhì)量和使用壽命。中國專利CN101439351A “一種離心鑄造高硼高速鋼復(fù)合軋輥的制造方法”將高速鋼液體經(jīng)過傾斜冷卻板冷卻后，注入離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的金屬鑄型內(nèi)，并在澆注過程中噴水冷卻鑄型，然后離心澆注中間層，最后在靜態(tài)下，在軋輥芯部澆注鑄鋼或合金球墨鑄鐵，得到高硼高速鋼復(fù)合軋輥，該發(fā)明高硼高速鋼復(fù)合軋輥具有外層組織細(xì)小、無元素偏析的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是在澆注過程中，鋼液在冷卻板上流動(dòng)時(shí)的溫降很難控制，難以實(shí)現(xiàn)順利澆注，另外在澆注過程中對(duì)鑄型進(jìn)行噴水冷卻加快了鋼液的凝固，增大了離心鑄坯的鑄造應(yīng)力和熱應(yīng)力，從而增加了離心鑄坯開裂的風(fēng)險(xiǎn)，此外，高速旋轉(zhuǎn)被加熱的鑄型在噴水冷卻過程中有淬裂的風(fēng)險(xiǎn)，從而引發(fā)安全事故。此外，現(xiàn)有發(fā)明技術(shù)制得的高硼高速鋼軋輥基本上都存在著外層高速鋼材料磨損后，輥芯只有重新熔煉才能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的問題，造成材料和能源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有高硼高速鋼軋輥制造和使用中存在的不足，提供一種工作層硬度高、耐磨性好、制造成本低、使用壽命長(zhǎng)的離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套及其熱裝組合軋輥制造方法。本發(fā)明的高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，采用離心復(fù)合鑄造成型。其主要特點(diǎn)是提高了高速鋼材料中的碳含量，增加了高速鋼中碳化物的數(shù)量，從而提高高速鋼的耐磨性。硼加入高速鋼軋輥中，少量溶入基體，增強(qiáng)了材料的淬硬性和淬透性，大部分與高速鋼中的合金元素形成硬度高、熱穩(wěn)定性好的合金硼化物，改善了高速鋼軋輥的耐磨性。此外，向高速鋼軋輥中加入硼元素也有利于碳化物的細(xì)化，促進(jìn)高速鋼軋輥韌性和強(qiáng)度的提聞。具體是這樣實(shí)施的離心復(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C1. 5 2. l,SiO. 5 I. 2,MnO. 6 0. 8，P < 0. 03，S < 0. 03，Cr5. 0 10，NiO. 5 I. 0，Mo2. 0 4. 0，W0. 5 2. 0，NdO. 5 2. 0，V4. 0 6. 0，TiO. 5 I. 5，B0. 5 2. 0，NO. 05 0. 15，余量為 Fe ；內(nèi)層石墨鋼化學(xué)成分為C1. 3 2. 0，Sil. I 2. 0，MnO. 4 0. 8，CrO. 4 I. 5，NiO. 4 I. 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。熱處理工藝為先進(jìn)行1020 1050°C高溫退火處理，退火保溫時(shí)間為4 8h，高溫退火后能有效的降低輥套內(nèi)應(yīng)力和硬度，便于機(jī)加工；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I為5000C X30h，回火 2 為 550°C X30h。本發(fā)明采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，是將上述制得的輥套加熱到150 200°C以后與冷態(tài)的輥軸進(jìn)行熱裝，為了防止輥套與輥軸之間產(chǎn)生打滑，輥軸表面涂上一層200 800目碳化硅粉體，在熱裝過程中粉體分別嵌入高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套和輥軸，起到防滑作用。本發(fā)明在進(jìn)行外層高速鋼和內(nèi)層石墨鋼的離心澆注時(shí)，澆注過程中離心機(jī)線轉(zhuǎn)速控制在18 20m/s。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套表面硬度達(dá)到80 90HSD、硬度不均勻度< 2HSD、復(fù)合輥套外層與內(nèi)層結(jié)合強(qiáng)度> 230Mpa。通過熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套磨損后可以更換，實(shí)現(xiàn)輥軸的循環(huán)利用，與離心鑄造高速鋼軋輥相比，材料利用率提高30%以上，使用壽命提高20%以上。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套外層材料成分為Cl. 5，SiO. 9，MnO. 8，P < 0. 03，S < 0. 03,Cr5. 0，Ni0. 75，Mo2. 0, Wl. 5，NdO. 5, V5. 0，Til. 5, BO. 5, NO. 12，
余量為Fe。鋼水熔清，爐前成分調(diào)整合格后，將鋼水溫度升至1620°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套內(nèi)層材料成分為Cl. 3，Si2.0, MnO. 6, CrO. 4，NiO. 4，MoO. 3，余量為Fe，爐前成分調(diào)整合格后，將鋼液溫度升至1590°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內(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。離心復(fù)合澆注高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，外層澆注溫度為1500°C，外層高碳高硼高速鋼內(nèi)表面冷卻到1220°C以后開始澆注內(nèi)層，內(nèi)層澆注溫度為1450°C，澆注厚度為20_。澆注過程中離心機(jī)線轉(zhuǎn)速為18m/s，待內(nèi)層凝固后下機(jī)進(jìn)行保溫冷卻，隨后進(jìn)行熱處理和機(jī)加工獲得高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套成品。高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套熱處理工藝為先進(jìn)行1030°C高溫退火處理，退火保溫時(shí)間為8h，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為1020°C，淬火保溫時(shí)間為2h，保溫結(jié)束后進(jìn)行吹風(fēng)淬火，淬火結(jié)束后進(jìn)爐進(jìn)行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。
高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套機(jī)加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預(yù)熱溫度為170°C，輥軸上涂上一層600目的碳化硅粉體。經(jīng)試用，高速鋼組合軋輥較傳統(tǒng)高速鋼軋輥使用壽命提高27%，材料利用率提高46%。實(shí)施例2，離心復(fù)合高速鋼復(fù)合輥環(huán)外層材料成分為Cl. 7，SiO. 8，MnO. 6，P< 0. 03, S < 0. 03,Cr8. 2, Nil. 0，Mo4. 0,W0. 5, Ndl. 3,V4. 0，Til. I, BI. 5, NO. 15，余量為 Fe,將鋼水溫度升至1600°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復(fù)合高速鋼復(fù)合輥環(huán)內(nèi)層材料成分為Cl. 72，Sil. 1，MnO. 72，Crl. 35，NiO. 9，MoO. 6，余量為Fe，爐前成分調(diào)整合格后，將鋼液溫度升至1580°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內(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。離心復(fù)合澆注高速鋼復(fù)合輥環(huán)，外層澆注溫度為1490°C，外層高速鋼內(nèi)部界面冷卻到1200°C以后開始澆注內(nèi)層，內(nèi)層澆注溫度為1480°C，澆注厚度為50mm。澆注過程中離心機(jī)線轉(zhuǎn)速為19m/s。待內(nèi)層凝固后下機(jī)進(jìn)行保溫冷卻，隨后進(jìn)行熱處理和機(jī)加工獲得高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套成品。高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套熱處理工藝為先進(jìn)行1050°C高溫退火處理，退火保溫時(shí)間為6h，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為1000°C，淬火保溫時(shí)間為3h，保溫結(jié)束后進(jìn)行吹風(fēng)淬火，淬火結(jié)束后進(jìn)爐進(jìn)行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套機(jī)加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預(yù)熱溫度為200°C，輥軸上涂上一層200目的碳化硅粉體。經(jīng)試用，高碳高硼高速鋼組合軋輥較離心鑄造高速鋼軋輥使用壽命提高32%，材料利用率提高41%。實(shí)施例3，離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套外層材料成分為C2. 1，Sil. 2，MnO. 67，P < 0. 03，S < 0. 03，CrlO, NiO. 5，Mo3. 7，W2. 0，Nd2. 0，V6. 0，TiO. 5，B2. 0，NO. 05，余量為Fe。將鋼水溫度升至1610°C加入鋁和硅鈣脫氧，而后出爐。離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套內(nèi)層材料成分為C2. 0，Sil. 5，MnO. 8，Crl. 5，Nil. 5，MoO. 2，余量為Fe，爐前成分調(diào)整合格后，將鋼液溫度升至1600°C等待出鋼，出鋼過程中向鋼液內(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。離心復(fù)合澆注高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，外層澆注溫度為1450°C，外層高碳高硼高速鋼內(nèi)表面冷卻到1250°C以后開始澆注內(nèi)層，內(nèi)層澆注溫度為1500°C，澆注厚度為40mm。澆注過程中離心機(jī)線轉(zhuǎn)速為20m/s，待內(nèi)層凝固后下機(jī)進(jìn)行保溫冷卻，隨后進(jìn)行熱處理和機(jī)加工獲得高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套成品。高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套熱處理工藝為先進(jìn)行1020°C高溫退火處理，退火保溫時(shí)間為4h，粗加工后進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為1050°C，淬火保溫時(shí)間為4h，保溫結(jié)束后進(jìn)行吹風(fēng)淬火，淬火結(jié)束后進(jìn)爐進(jìn)行兩次回火熱處理，回火I為500°C X30h,回火2為550 0C X30h。 高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套機(jī)加工后采用熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，輥套預(yù)熱溫度為150°C，輥軸上涂上一層800目的碳化硅粉體。經(jīng)試用，高速鋼組合軋輥較傳統(tǒng)高速鋼軋輥使用壽命提高29%，材料利用率提高43%。
權(quán)利要求
1.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C1. 5 2. l,SiO. 5 I. 2,MnO. 6 0. 8,P < 0. 03，S < 0. 03，Cr5. 0 10，NiO. 5 I. 0，Mo2. 0 4. 0，W0. 5 2. 0，NdO. 5 2. 0，V4. 0 6. 0，TiO. 5 I.5，B0. 5 2. 0，NO. 05 0. 15，余量為 Fe ； 內(nèi)層石墨鋼化學(xué)成分為C1. 3 2. 0，Sil. I 2. 0，MnO. 4 0. 8，CrO. 4 I. 5，NiO. 4 I. 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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，其特征在于熱處理為先進(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I為500°C X30h,回火2為550°C X30h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，其特征在于進(jìn)行外層高速鋼和內(nèi)層石墨鋼的離心澆注時(shí)，澆注過程中離心機(jī)線轉(zhuǎn)速控制在18 20m/s。
4.組合軋輥的制造方法，其特征在于將權(quán)利要求1、2、3之一制得的輥套加熱到150 2000C以后與冷態(tài)的輥軸進(jìn)行熱裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于輥軸表面涂有一層200 800目碳化硅粉體。
全文摘要
離心復(fù)合高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，輥套外層采用高碳高硼高速鋼材料，內(nèi)層采用石墨鋼，通過離心澆注達(dá)到良好的冶金結(jié)合，并采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噷?duì)高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套進(jìn)行性能改進(jìn)，通過熱裝方法制造高碳高硼高速鋼組合軋輥，高碳高硼高速鋼復(fù)合輥套磨損后可以更換，實(shí)現(xiàn)輥軸的循環(huán)利用，與離心鑄造高速鋼軋輥相比，材料利用率提高30%以上，使用壽命提高20%以上。
文檔編號(hào)B22D13/02GK102962423SQ20121049222
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者邵黎軍, 邵順才, 申國慶, 潘獻(xiàn)波, 葛軼強(qiáng), 儲(chǔ)恩杰, 陳先鋒, 吳東林 申請(qǐng)人:江蘇共昌軋輥股份有限公司