專(zhuān)利名稱(chēng)：耐磨及抗卡咬的熱軋軋輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨及抗卡咬的熱軋軋輥，要求該軋輥具有較高的耐磨性及承受不正常軋制操作的能力，本發(fā)明特別是涉及一種用于帶鋼熱軋機(jī)的精加工軋機(jī)組的較后的臺(tái)架中工作輥的耐磨及抗卡咬的熱軋軋輥。
按常規(guī)，具有砂型鑄鐵外層的軋輥一直被用于帶鋼熱軋機(jī)的精加工軋機(jī)組的較后的臺(tái)架中。當(dāng)砂型鑄鐵軋輥遇到不正常的拉伸軋制時(shí)，該軋輥只遭到被軋材料的稍許卡咬以及產(chǎn)生少量裂紋或裂紋的擴(kuò)展，因?yàn)檫@種砂型鑄鐵軋輥在抗卡咬方面是優(yōu)越的。然而，與目前開(kāi)始被廣泛采用的、具有高速鋼材料外層的復(fù)合軋輥相比，這種砂型鑄鐵軋輥的耐磨性相當(dāng)差。雖然高速鋼軋輥在耐磨性方面很好，但這類(lèi)軋輥對(duì)不正常拉伸軋制時(shí)造成的被軋材料的卡咬卻很敏感，結(jié)果導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展，這是因?yàn)閬?lái)自支撐輥或被軋材料的高壓力而造成的在咬卡點(diǎn)上的應(yīng)力集中。
人們?cè)缫阎?，硬碳化物，如MC、M2C等的結(jié)晶或析出對(duì)于改善軋輥的耐磨性是有效的。人們還知道，起固體潤(rùn)滑劑作用的石墨的結(jié)晶可改善軋輥的抗卡咬性。然而，作為硬碳化物形成元素的V、Mo、W也是白口鑄鐵的形成元素。因此，通過(guò)使適量的石墨在含有大量這些白口鑄鐵形成元素的高速鋼中結(jié)晶而使硬碳化物和石墨共存是做不到的。
為解決這一難題，已作了不少的嘗試。JP-B-60-23183公開(kāi)了一種用于軋機(jī)的堅(jiān)韌的耐磨軋輥，它由組成為2.2～2.9％的C、0.8～1.5％的Si、0.5～1.0％的Mn、0.1或更少的P、0.1％或更少的S、3.8～4.8％的Ni、1.7～2.5％的Cr、0.4～1.0％的Mo其余基本為Fe的鑄鐵制成。這種軋輥的組織為馬氏體和/或貝氏體基體、面積比為10～30％的碳化物以及面積比為0.5～3％的石墨。該軋輥的肖氏硬度為70～85。然而，JP-B-60-23183的軋輥由于碳化物量少而使得耐磨性不足。
JP-A-61-26758公開(kāi)了一種抗卡咬的復(fù)合軋輥，其外層的組成(重量％)為1.0～2.0％的C、0.2～2.0％的Si、0.5～1.5％的Mn、3.0％或更少的Ni、2～5％的Cr、3～10％的Mo、4.0％或較少的V、0.1～0.6％的S及余量的Fe。在該軋輥中，通過(guò)形成MnS等旨在改善其抗卡咬性。然而，已知石墨對(duì)于改善抗卡咬性比MnS更有效。
JP-A-2-30730公開(kāi)一種用于熱軋或冷軋的軋輥的耐磨鑄鐵，其組成為(重量％)2.5～4.0％的C、2.0～5.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、3～8％的Ni、7％或更少的Cr、4～12％的Mo、2～8％的V及余量Fe和雜質(zhì)。這種鑄鐵含有石墨及如MC、 M2C、M6C、M4C3等類(lèi)的硬碳化物，其面積比為20％或更小。在這種鑄鐵中，向鑄造材料熔體中加入諸如Fe-Si合金之類(lèi)的含Si孕育劑以使石墨結(jié)晶。尤其是，在實(shí)施例1中，將Fe-Si合金作為孕育劑加入熔體中，用量為0.3％的比例(以Si為基數(shù))，結(jié)果得到一種鑄件，其中的石墨面積比為2％而硬碳化物面積與全部碳化物的面積之比為85％。
然而，在高速鋼軋輥的場(chǎng)合下，人們發(fā)現(xiàn)用JP-A-2-30730公開(kāi)的孕育處理方法不能使石墨足量地結(jié)晶，因?yàn)閮H在熔體排放時(shí)加入孕育劑不能得到充分的孕育效果。
在外層中，尤其是在高速鋼軋輥中使石墨充分結(jié)晶是困難的，該軋輥公開(kāi)于WO 88/07594，即為一種耐磨復(fù)合輥，它有一鐵基合金的、組成(重量％)為1.5～3.5％的C、0.3～3.0％的Si、0.3～1.5％的Mn、2～7％的Cr、9％或更少的Mo、20％或更少的W、3～15％的V及余量為Fe的外層及一個(gè)用冶金方法與該外層連接的鋼軸；而且它是用殼型鑄造法制成的。
因而，本發(fā)明的目的在于解決上述難題并提供一種在耐磨性及抗卡咬性方面均很優(yōu)異的、含石墨的、高速鋼熱軋軋輥。
本發(fā)明的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥的組成基本為(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其金相組織含有基體、面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物及面積比為40％或更少的滲碳體。
本發(fā)明的耐磨抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥包括一耐磨及抗卡咬的鐵基合金的外層和一個(gè)用冶金方法與該外層連接的鋼軸，該鐵基合金的組成(重量％)基本為2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，而其金相組織包括基體、面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物及面積比為40％或更少的滲碳體。
生產(chǎn)本發(fā)明的耐磨且抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的方法的特征是至少在用于制作該外層的熔體和該鋼軸的結(jié)合部位附近施以含Si的孕育劑。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的生產(chǎn)方法包括以下步驟將鋼軸共軸地插入一個(gè)組合模具的內(nèi)部空間中，該模具包括一個(gè)圍有感應(yīng)加熱線圈的耐火模具及設(shè)置在該耐火模具之下并與之共軸的冷卻模具；將此鐵基合金熔體灌注入該鋼軸和該組合模具間的空間中；在加熱、攪拌同時(shí)用熔劑密封此熔體的表面的情況下，將此熔體于初晶結(jié)晶溫度及高于此初晶結(jié)晶溫度100℃間的溫度下保溫，與此組合模具一起共軸地朝下移動(dòng)此鋼軸，以使此熔體與冷卻模具接觸，借此使熔體凝固，從而與該鋼軸結(jié)合，結(jié)果是在此鋼軸體上連續(xù)地形成此外層。在該外層形成過(guò)程中用線射法將含Si的孕育劑射入該熔體與鋼軸結(jié)合部位附近，以使足夠量的石墨顆粒結(jié)晶出來(lái)。


圖1是表示以殼型鑄造法生產(chǎn)本發(fā)明耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥設(shè)備的示意剖面圖；圖2是表示經(jīng)金剛砂拋光后的實(shí)施例1中的2號(hào)試驗(yàn)輥的金相組織的顯微照片(X100)；圖3是表示用苦味酸浸蝕處理后的實(shí)施例1中2號(hào)試驗(yàn)輥的金相組織的顯微照片(X100)；圖4是表示電解浸蝕后的實(shí)施例1中的2號(hào)試驗(yàn)輥的金相組織的顯微照片(X100)；圖5是表示實(shí)施例2中使用的軋制耐磨試驗(yàn)設(shè)備的示意圖；圖6是實(shí)施例2中所用的摩擦熱沖擊試驗(yàn)設(shè)備的示意圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式[1]耐磨及抗卡咬熱軋軋輥(a)金相組織本發(fā)明的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥有如下金相組織。
(1)石墨顆粒的含量為0.5～5％(面積比)。石墨含量少于0.5％得不到抗卡咬性的足夠改善。石墨含量超過(guò)5％使所得軋輥的機(jī)械強(qiáng)度大為變差。優(yōu)選的石墨量為2～4％。該石墨顆粒的顆粒尺寸為5～50μm。
(2)為改善耐磨性，硬碳化物需很好地分散。為此，MC碳化物的含量應(yīng)為0.2～10％(面積比)。MC含量小于0.2％，只能得到不足的耐磨性。實(shí)際上由于石墨的共存，含超過(guò)10％(面積比)的MC是不可能的。碳化物的優(yōu)選含量為4～8％。
(2)由于滲碳體作為一種軟碳化物只顯示出很小的改善耐磨性的效果，所以滲碳體量以限于最小為宜。然而，滲碳體和石墨在幾乎相同的條件下產(chǎn)生。因此，只使石墨結(jié)晶而不伴有滲碳體的產(chǎn)生是不可能的。當(dāng)滲碳體的含量超過(guò)40％(面積比)時(shí)，該軋輥的韌性變壞。優(yōu)選的滲碳體面積比為1～30％。
(4)除MC碳化物外，該軋輥至少可含0.2～20％(面積比)的M2C碳化物、M6C碳化物及M7C3碳化物中的一種。面積比小于0.2％無(wú)足夠的效果，而面積比超過(guò)20％則使該軋輥的韌性惡化。因?yàn)榘B碳體在內(nèi)的總共的碳化物的面積比變得過(guò)大。除MC碳化物外的碳化物的優(yōu)選面積比為4～15％。
(5)該軋輥的基體最好主要包含馬氏體、貝氏體或珠光體。
(b)組成為滿(mǎn)足上述組織要求，本發(fā)明的耐磨和抗卡咬熱軋軋輥具有以下組成(1)C2.0～4.0％(重量)
就與共存元素Cr、V、Mo及W鍵合形成硬碳化物以增加耐磨性以及結(jié)晶石墨顆粒以使該軋輥具有抗卡咬性而言，C是不可缺少的元素。當(dāng)C含量小于2.0％(重量)時(shí)，則硬碳化物的量過(guò)小而且石墨顆粒難以結(jié)晶。當(dāng)C含量大于4.0％(重量)時(shí)，則滲碳體和硬碳化物的量過(guò)大，從而使軋輥的韌性變差。C含量?jī)?yōu)選為2.5～3.5％(重量)，更好是2.8～3.2％(重量)。
(2)Si0.5～4.0％(重量)Si是石墨化元素，而且其含量為0.5％(重量)或更多是必要的。當(dāng)其含量超過(guò)4.0％(重量)時(shí)，則所形成的軋輥的基體變脆而降低韌性。此外，Si必須以0.1％(重量)或更多，優(yōu)選是0.1～0.8％(重量)作為孕育劑加入使石墨以合適的量結(jié)晶。上面提到的Si含量意指軋輥材料的熔體中原來(lái)含有的量加上孕育時(shí)加入至該熔體中的Si量。軋輥中的Si的總含量以0.8～3.5％(重量)為好，更好是1.5～2.5％(重量)。
(3)Mn0.1～1.5％(重量)Mn具有使熔體脫氧及將作為雜質(zhì)含于其中的S固定的功能，而且其含量為0.1％(重量)或更多是必要的。當(dāng)其含量超過(guò)1.5％(重量)，趨于產(chǎn)生殘留奧氏體，結(jié)果使軋輥難以保持足夠的硬度。Mn的優(yōu)選含量為0.2～1.0％(重量)，更好是0.3～0.6％(重量)。
(4)Cr1.0～7.0％(重量)Cr通過(guò)產(chǎn)生貝氏體基體或馬氏體基體對(duì)保持充分的硬度和耐磨性是有效的，軋輥中須含Cr 1.0％(重量)或更多。當(dāng)Cr含量過(guò)大，則抑制石墨結(jié)晶或使基體的光潔度變低，以及產(chǎn)生M7C3和M23C6之類(lèi)的Cr碳化物。這類(lèi)Cr碳化物的硬度比MC或M2C碳化物的低，結(jié)果是耐磨性未能得以改善，而且制成的軋輥?zhàn)兇?。因此，Cr含量的上限為7.0％(重量)。其優(yōu)選含量為1.0～5.0％(重量)，更好是1.5～3.0％(重量)。
(5)Mo2.0～10.0％(重量)Mo能有效地提高耐磨性，因?yàn)橥ㄟ^(guò)與C鍵合Mo形成硬的M6C、M2C碳化物，并通過(guò)溶于基體中而進(jìn)一步使基體強(qiáng)化。另一方面，過(guò)量的Mo趨于抑制石墨結(jié)晶，因?yàn)镸o是白口鑄鐵形成元素。因此，Mo的含量為2.0～10％(重量)，較好的是2.0～8.0％(重量)，更好的是3.0～6.0％(重量)。
(6)V2.0～8.0％(重量)通過(guò)與C鍵合V形成MC碳化物。這種MC碳化物的維氏硬度為2500～3000，而且是碳化物中最硬的一種。因此V是提高耐磨性的最有效的、不可缺少的元素。然而，過(guò)量的V抑制石墨結(jié)晶。因而，V含量為2.0～8.0％，較好是2.0～6.0％，更好是3.0～6.0％(均為重量％)。
(7)Ni0.2～4.0％(重量)除上述的不可缺少的元素之外，本發(fā)明的軋輥還可含Ni。Ni有促使石墨結(jié)晶及改善基體硬化能力的功能。然而，當(dāng)Ni含量小于0.2％(重量)時(shí)，Ni就顯不出這類(lèi)功能。另一方面，當(dāng)Ni含量超過(guò)4.0％(重量)時(shí)，則使奧氏體過(guò)于穩(wěn)定而使之難于轉(zhuǎn)變成貝氏體或馬氏體。優(yōu)選的Ni含量為0.5～2.0％(重量)。
(8)W2.0～10.0％(重量)除上述的不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可包含W。W對(duì)于提高耐磨性是有效的，因?yàn)閃象Mo一樣通過(guò)與C鍵合形成硬M6C、M2C碳化物，并通過(guò)溶于基體中而進(jìn)一步使基體強(qiáng)化。另一方面，過(guò)量的W趨于抑制石墨結(jié)晶，因?yàn)閃是白口鑄鐵形成元素。因此，優(yōu)選的W含量為2.0～10％(重量)，更好的是2.0～6.0％(重量)。
(9)Co1.0～10.0％(重量)除上述的不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可含有Co。雖然Co對(duì)基體強(qiáng)化有效，但過(guò)量的Co趨于降低韌性。因此，Co含量為1.0～10％(重量)。Co還有使?jié)B碳體不穩(wěn)定而促使石墨結(jié)晶的功能。優(yōu)選的Co含量為3.0～7.0％(重量)。
(10)Nb1.0～10.0(重量)除上述不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可含Nb。象V一樣，通過(guò)與C鍵合Nb也形成MC碳化物。如上所述，因?yàn)檫@種MC碳化物在碳化物中是最硬的一種，所以Nb是提高耐磨性的最有效的元素。然而，過(guò)量的Nb抑制石墨結(jié)晶。因而，優(yōu)選的Nb含量為1.0～10.0％(重量)，更好的是2.0～6.0％(重量)。
(11)Ti0.01～2.0％(重量)除上述不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可含Ti。通過(guò)與N和O鍵合，Ti形成氧-氮化物，N、O是抗石墨化元素。小于0.01％(重量)的Ti沒(méi)有這種效果，多至2.0％(重量)的Ti才足以把N和O的含量考慮進(jìn)去。更優(yōu)選的Ti含量是0.05～0.5％(重量)。
(12)B0.002～0.2％(重量)除上述不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可含B。雖然B有細(xì)化碳化物的功能，但B小于0.002％(重量)則不能充分顯示此功能。另一方面，超過(guò)0.2％(重量)的B使碳化物不穩(wěn)定。因此，B含量?jī)?yōu)選為0.002～0.2％(重量)，更優(yōu)選的是0.01～0.05％(重量)。
(13)Cu0.02～1.0％(重量)除上述不可缺少的元素外，本發(fā)明的軋輥還可含Cu。象Co一樣，Cu也具有使?jié)B碳體不穩(wěn)定以促使石墨結(jié)晶的功能。少于0.02％(重量)的Cu不能充分顯示該效果，而超過(guò)1.0％(重量)的Cu則導(dǎo)致韌性下降。因此，優(yōu)選Cu含量為0.02～1.0％(重量)，更好的是0.1～0.5％(重量)。
(14)余量除上述元素外，該軋輥主要由除雜質(zhì)之外的Fe構(gòu)成。主要的雜質(zhì)是P和S，為防止韌性下降，優(yōu)選P為0.1％(重量)或更少，S為0.08％(重量)或更少。耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥本發(fā)明的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥可以是復(fù)合輥。該復(fù)合輥的外層由具有上述金相組織和組成的鐵基合金制成。與此外層以冶金方法連接的該復(fù)合輥的軸由鋼制成，該鋼包括鑄鋼和鍛鋼。優(yōu)選該軸的抗拉強(qiáng)度為55kg/mm2或更大，而延伸率為1.0％或更大。這是因?yàn)楫?dāng)該軸用于軋制時(shí)，它承受很大的軋制力，而在軋制操作時(shí)，該軸的兩端又被施以彎曲力以調(diào)整此軋輥的撓度，因此該軸應(yīng)承受這樣的軋制力和彎曲力。
此外，該軸應(yīng)牢固地與上述鐵基合金制成的外層結(jié)合。因此，外層/軸間交界面的結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)大于或等于該外層和軸中的較弱一方的機(jī)械強(qiáng)度。該耐磨及抗卡咬熱軋軋輥的生產(chǎn)由本發(fā)明的軋輥材料是高速鋼，所以?xún)?yōu)選用離心鑄造法或殼型鑄造法將該軋輥制成復(fù)合輥。在這二種鑄造方法中，均應(yīng)將含Si的孕育劑加至具有上述組成的熔體中。雖然Si的孕育用量至少是0.1％(重量)，但當(dāng)Si的孕育用量超過(guò)0.8％(重量)時(shí)該孕育劑則變得難于均勻地溶于此熔體中，結(jié)果導(dǎo)致制成的外層的金相組織不均勻。
下面以殼型鑄造法舉例說(shuō)明復(fù)合輥的生產(chǎn)。
該殼型鑄造法基本上公開(kāi)于WO 88/07594中。圖1表示連接殼型鑄造法中所用的設(shè)備的例子。該設(shè)備包括一個(gè)組合模具10，該組合模具由一個(gè)漏斗形耐火模具1和冷卻模具4組成。該耐火模具有一錐形部分和一圓柱形部分，該冷卻模具在該耐火模具之下并與之共軸。
該耐火模具1被環(huán)形感應(yīng)加熱線圈2所環(huán)繞，而該耐火模具1的下端設(shè)有同軸的、環(huán)形的緩沖模具3，其內(nèi)徑與該耐火模具1的相同。與緩沖模具3底端相接的是冷卻模具4，其內(nèi)徑大致與緩沖模具3的相同。冷卻水經(jīng)進(jìn)口14引入冷卻模具4，然后經(jīng)出口14′排出。
將輥軸5插于具有上述結(jié)構(gòu)的組合模具10中。該軸5設(shè)有一封閉件(未表示出)，其直徑基本上與外層的直徑相同，該外層在此輥軸的下端或在適宜的與此輥軸下端不同的部位形成。輥軸5的下端裝在一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)械上(未表示出)。熔體7被引入軸5和耐火模具1間的空間中，而熔體7的表面用熔融的熔劑6封住以隔絕空氣。熔體7被圖1中如箭頭A所示方向的對(duì)流所攪動(dòng)。然后，軸5與固裝在其上的封閉件一起逐漸向下移動(dòng)。由于輥軸和封閉件的向下運(yùn)動(dòng)，熔體7下降，當(dāng)其與緩沖模具3和冷卻模具4相接觸時(shí)該熔體就可開(kāi)始凝固。通過(guò)這種凝固，該軸和外層完全按冶金學(xué)的方法相結(jié)合。保持在耐火模具1中的熔體表面也隨輥軸5和封閉件的下降而一起下降，但適當(dāng)?shù)毓?yīng)新的熔體以便將熔體表面保持在某一水平。通過(guò)連續(xù)地重復(fù)輥軸5的下降和注入熔體7，熔體7自下逐漸凝固，結(jié)果形成外層8。
在上述連續(xù)鑄造期間，將含Si的孕育劑射入盛在耐火模具1中的熔體7中。在用Fe-Si合金達(dá)不到足夠的石墨結(jié)晶時(shí)，最好用Ca-Si合金作此含Si孕育劑。Ca-Si合金中的Si含量是55～65％(重量)。
應(yīng)在熔體剛開(kāi)始凝固之前將孕育劑射入，因?yàn)樵杏Ч某掷m(xù)時(shí)間僅約5分鐘。因此，不采用僅通過(guò)將孕育劑與熔體7混合的孕育或包內(nèi)孕育，而是通過(guò)射入含孕育劑的線16于盡可能靠近熔體的凝固部位來(lái)進(jìn)行孕育。用這種被稱(chēng)為線射法，所得的凝固外層8就含有足量的結(jié)晶的石墨顆粒。
該含孕育劑的線16最好用低碳鋼來(lái)制造，以避免外層組份的變化。線16是管狀的，其外徑約6～14mm而內(nèi)徑為5.6～13mm。線的內(nèi)部空間充以含Si的孕育劑。由低碳鋼制成的線16在熔體7中逐漸熔化，以使含于其中的含Si孕育劑暴露出來(lái)并熔于熔體中，借此進(jìn)行Si的孕育處理。為進(jìn)行有效地孕育處理Si，線16的尾端保持在正在凝固的熔體表面的附近。
這樣制成的復(fù)合輥進(jìn)一步經(jīng)受熱處理，如已知方法的硬化和回火。
借助以下實(shí)施例本發(fā)明將被更詳細(xì)地說(shuō)明。
實(shí)施列1每份組份示于表1的、1550℃的熔體以1440℃的澆注溫度被注入直徑100mm、深100mm的砂型中。該砂型含有0.2％(重量)Ca-Si合金孕育劑。此鑄件經(jīng)受從1100℃的硬化，然后是550℃的回火，重復(fù)3次后制得每個(gè)試驗(yàn)輥。在表1中，1～7號(hào)試驗(yàn)輥均在本發(fā)明范圍中，8號(hào)試驗(yàn)輥用砂型鑄鋼制成，9號(hào)試驗(yàn)輥用未經(jīng)過(guò)Si孕育處理的高速鋼制成，距2號(hào)試驗(yàn)輥底部50mm處的金相組織的顯微照片示于圖2～4。確切地說(shuō)，圖2示出了經(jīng)金剛砂拋光的表面金相組織。圖2中的黑色部分是石墨顆粒，而白色背景部分是碳化物和基體。圖3所示是經(jīng)苦味酸浸蝕的表面的金相組織。該浸蝕處理使觀察回火的貝氏體基體、馬氏體基體及碳化物的組織成為可能。圖4所示是經(jīng)用鉻酸電解浸蝕后的表面金相組織。通過(guò)用鉻酸進(jìn)行的電解浸蝕，能看到MC碳化物為黑色部分，該部分還包括石墨顆粒。通過(guò)用過(guò)硫酸銨溶液浸蝕可觀察到所有的碳化物(MC碳化物、M2C碳化物、M6C碳化物、滲碳體等)，石墨及碳化物的面積比用圖象分析儀(由Nippon Avionics Co.Ltd制造)。結(jié)果示于表2。
表1(重量％)試驗(yàn)輥號(hào)CSiMnNiCrMoV1 2.9 1.9 0.5 1.0 2.8 3.1 4.52 3.0 2.0 0.5 0.9 3.0 2.9 4.53 3.1 2.0 0.5 1.2 3.1 2.5 4.04 3.3 2.7 0.4 0.8 2.7 3.3 3.05 3.0 2.0 0.5 0.8 2.3 2.2 3.86 2.9 1.8 0.5 0.9 2.5 2.1 4.57 3.0 2.0 0.5 0.9 2.2 4.3 4.48(1)3.1 1.0 0.7 4.5 1.8 0.3 -9(2)2.1 0.8 0.4 0.5 6.2 3.5 5.9
表1(續(xù))(重量％)試驗(yàn)輥號(hào)WCoNbTiBCu1 -- - - --2 2.2 - - - --3 2.1 5.2 - - --4 -- 2.3 - --5 3.1 - - 0.5 --6 2.5 - - - 0.05 -7 3.0 - - - -0.28(1)-- - - --9(2)2.2 - - - --注(1)砂型鑄鐵輥(2)高速鋼輥實(shí)施例2使用2號(hào)和5號(hào)試驗(yàn)輥制成的外層60mm、內(nèi)層40mm、寬40mm的小套筒軋輥承受用如圖5所示的軋制磨損設(shè)備進(jìn)行的軋制磨損試驗(yàn)和用如圖6所示的摩擦-熱沖擊試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行的卡咬試驗(yàn)。進(jìn)而，在用8號(hào)試驗(yàn)輥(砂型鑄鐵軋輥)和9號(hào)試驗(yàn)輥(高速鋼輥)制成的套筒軋輥上進(jìn)行相同的試驗(yàn)。重復(fù)該試驗(yàn)三次后以磨損深度來(lái)評(píng)價(jià)各輥的耐磨性。
該軋制磨損設(shè)備包括一臺(tái)軋機(jī)21，及在該軋機(jī)21中的上輥22和下輥23，預(yù)熱待軋帶鋼S的加熱爐24、冷卻軋成的帶鋼S的冷卻水池25、用于在軋制操作期間對(duì)該帶鋼施以恒定張力的卷取機(jī)26及用于調(diào)整張力的張力控制器27。試驗(yàn)條件如下待軋帶鋼1mm厚及15mm寬的SUS 304軋制壓縮率 25％軋制速度150m/分軋制溫度900℃軋制距離300m軋輥冷卻水冷輥號(hào)4在圖6所示的該摩擦-熱沖擊試驗(yàn)設(shè)備中，使重錘39落在齒條38上以使齒輪30轉(zhuǎn)動(dòng)，借此使卡咬件32與試驗(yàn)件31的表面強(qiáng)硬接觸。
結(jié)果示于表2。本發(fā)明的每個(gè)軋輥的磨損深度約為砂型鑄鐵輥的磨損深度的1/4，而且與高速鋼輥的磨損深度相等。說(shuō)到卡咬面積比，本發(fā)明各軋輥的該比值大致與砂型鑄鐵軋輥的相同，而是高速鋼軋輥的約60％。這些結(jié)果表明，抗卡咬性隨石墨量的增加而提高。
如上所述，本發(fā)明的軋輥在抗卡咬性上比得上常規(guī)的砂型鑄鐵軋輥，而在耐磨性上比后者高4倍。另外，與只有少量石墨的高速鋼相比，本發(fā)明的軋輥顯出對(duì)抗卡咬性有更大的改進(jìn)。
表2試驗(yàn)輥號(hào)石墨的面積比MC碳化物的面積比碳化物的面積比(％)(％)(％)2 2.7 5.5 24.15 2.2 4.7 23.88(1)2.5 - 38.69(2)- 7.3 20.7表2(續(xù))試驗(yàn)輥號(hào) 卡咬面積比 磨損深度(％)(μm)2 41 65 40 78(1)38 279(2)63 7注(1)砂型鑄鐵軋輥(2)高速鋼軋輥實(shí)施例3用組分與實(shí)施例1中2號(hào)試驗(yàn)輥相同的熔體，用圖1所示的連續(xù)殼型鑄造設(shè)備制成一個(gè)外徑600mm、輥長(zhǎng)1800mm的復(fù)合輥。熔體溫度為1580℃而澆注溫度為1350℃。如圖1所示地用線射法將Ca-Si孕育劑注射入盛于耐火模具1中的熔體中，孕育用Si量為0.2％(重量)。將如此制得的復(fù)合輥進(jìn)行應(yīng)力消除退火，自1100℃的硬化然后作550℃、20小時(shí)的回火三次。
對(duì)軋輥筒體的上鑄造部、中間鑄造部及下鑄造部的5mm深處、25mm深處和50mm深處作外層的組分檢查。該結(jié)果示于表3。另外，觀察與上述相同部位處的金相組織顯示的結(jié)果是石墨面積比為2.0～3.0％、MC碳化物面積比為4.5～5.5％，總碳化物(MC、M2C、M6C碳化物及滲碳體)的面積比為20～25％。這些結(jié)果與實(shí)施例1中的結(jié)果大致相同并證實(shí)了本發(fā)明復(fù)合輥在耐火性和抗卡咬性方面的優(yōu)異性。
表3(重量％)部位 CSiMnNi上鑄造部位5mm 3.04 2.10 0.48 0.9025mm 3.00 2.0 8 0.47 0.8850mm 2.98 2.08 0.47 0.88中間鑄造部位5mm 2.99 1.96 0.48 0.9125mm 3.05 1.98 0.49 0.8750mm 3.02 1.98 0.50 0.88下鑄造部位5mm 3.01 1.92 0.51 0.9025mm 2.99 1.88 0.48 0.9150mm 2.99 1.91 0.47 0.95
表3(續(xù))(重量％)部位 CrMoVW上鑄造部位5mm 2.85 2.89 4.44 2.2025mm 2.91 2.90 4.48 2.1750mm 2.95 2.90 4.47 2.11中間鑄造部位5mm 2.90 2.81 4.45 2.1825mm 3.02 2.85 4.46 2.0850mm 2.96 2.86 4.48 2.16下鑄造部位5mm 2.84 2.85 4.51 2.2225mm 2.93 2.78 4.53 2.1950mm 2.95 2.77 4.51 2.26通過(guò)使石墨顆粒與硬碳化物共存，現(xiàn)已可能提供有耐磨性和抗卡咬的熱軋軋輥。這類(lèi)軋輥用于帶鋼熱軋機(jī)的精加工軋機(jī)組的較后的臺(tái)架中是很有效的。用這類(lèi)軋輥可提高軋制工業(yè)的生產(chǎn)力。
權(quán)利要求
1.一種耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其組成主要為(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其金相組織包括基體、面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物、面積比為40％或更少的滲碳體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述的金相組織中除所述的MC碳化物外還包括面積比為0.2～20％的M2C碳化物、M6C碳化物和M7C3碳化物中的至少一種碳化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述的基體中主要包括馬氏體、貝氏體或珠光體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述的組成中還主要包括(重量％)0.2～4.0％的Ni、2.0～10.0％的W、1.0～10.0％的Co、1.0～10.0％的Nb、0.01～2.0％的Ti、0.002～0.2％的B和0.02～1.0％的Cu中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述的軋輥中的組成主要為(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、0.2～4.0％的Ni、2.0～10.0％的W，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)及1.0～10.0％的Co、1.0～10.0％的Nb、0.01～2.0％的Ti、0.002～0.2％的B及0.02～1.0％的Cu中的至少一種。
6.一種耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥，該軋輥有一耐磨及抗卡咬的鐵基合金的外層及一個(gè)與該外層以冶金的方法結(jié)合的鋼軸，該鐵基合金的組成主要是(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其金相組織包括基體、面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物及面積比為40％或更小的滲碳體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述外層的所述金相組織中除所述的MC碳化物外還含面積比為0.2～20％的M2C碳化物、M6C碳化物及M7C3碳化物中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其中所述外層的所述基體中主要含有馬氏體、貝氏體或珠光體。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)的耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥，其中所述外層的所述鐵基合金還含有(重量％)0.2～4.0％的Ni、2.0～10.0％的W、1.0～10.0％的Co、1.0～10.0％的Nb、0.01～2.0％的Ti、0.002～0.2％的B和0.02～1.0％的Cu中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6～9中的任一項(xiàng)的耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥，其中所述的外層的組成主要為(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Nn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、0.2～4.0％的Ni、2.0～10.0％的W，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)及1.0～10.0％的Co、1.0～10.0％的Nb、0.01～2.0％的Ti、0.002～0.2％的B及0.02～1.0％的Cu中的至少一種。
11.一種制造耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的方法，該軋輥有一耐磨及抗卡咬鐵基合金的外層及一個(gè)用冶金學(xué)方法與該外層結(jié)合的鋼軸，該鐵基合金的組成基本上是(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其金相組織包括基體、面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物和面積比為40％或更小的滲碳體，其中至少在用作該外層的材料的熔體和所述鋼軸的結(jié)合部位附近將含Si的孕育劑供入所述熔體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11制造耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的方法，其中用線射法將所述含Si孕育劑注射入所述熔體和所述鋼軸結(jié)合部位附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12制造耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的方法，其中所述方法包括下述步驟將所述鋼軸共軸地引入進(jìn)一個(gè)復(fù)合模具的內(nèi)部空間，該復(fù)合模具包括一個(gè)繞有感應(yīng)加熱線圈的耐火模具及一個(gè)設(shè)在該耐火模具下并與耐火模具共軸的冷卻模具，將所述鐵基合金熔體灌澆入所述鋼軸和所述復(fù)合模具間的空間中；在加熱并攪動(dòng)、同時(shí)用熔劑封住所述熔體表面的條件下以初晶結(jié)晶溫度和比該初晶結(jié)晶溫度高100℃的溫度間的溫度保持所述熔體；與所述復(fù)合模具共軸地向下移動(dòng)所述鋼軸使所述熔體與所述冷卻模具接觸，借此使所述熔體凝固并與所述鋼軸結(jié)合，從而使所述外層在所述鋼軸體上連續(xù)形成，在所述外層的形成過(guò)程中用線射法將含Si的孕育劑注射入所述熔體和所述鋼軸的所述結(jié)合部位的附近以使石墨顆粒以足量結(jié)晶出來(lái)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11～13中任一項(xiàng)的制造耐磨及抗卡咬復(fù)合熱軋軋輥的方法，其中所述的含Si的孕育劑是Ca-Si合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐磨及抗卡咬熱軋軋輥，其基本組成為(重量％)2.0～4.0％的C、0.5～4.0％的Si、0.1～1.5％的Mn、1.0～7.0％的Cr、2.0～10.0％的Mo、2.0～8.0％的V、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其金相組織包括基本上包含馬氏體、貝氏體或珠光體的基體，面積比為0.5～5％的石墨、面積比為0.2～10％的MC碳化物、及面積比為40％或更小的滲碳體。本發(fā)明的軋輥適于作帶鋼熱軋機(jī)的精加工軋機(jī)組的較后臺(tái)架中的工作輥。
文檔編號(hào)C22C37/04GK1106981SQ94190167
公開(kāi)日1995年8月16日 申請(qǐng)日期1994年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月31日
發(fā)明者野田朗, 服部敏幸, 繩田良作 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社