一种高速钢复合轧辊及其制备方法技术

本发明专利技术技术是属于轧钢制造领域。主要适用于轧钢行业中采用高速钢复合轧辊的制造方法。该复合轧辊的外层高速钢与芯部石墨钢为冶金结合，其制造方法是采用离心铸造工艺将两种金属材料浇铸成型后，再对复合轧辊进行粗加工和进行淬火热处理，采用本发明专利技术轧辊及其制造方法与现有技术相比较，具有该轧辊芯部强度高，抗事故能力强和提高轧辊在线使用寿命以及生产成品率显著提高等特点。

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术技术是属于轧钢制造领域，主要适用于轧钢行业中采用高速钢复合轧辊的制造方法。
技术介绍
随着冶金工业的迅速发展，我国目前轧材年产量已接近3.5亿吨，占世界轧材总量的30％左右，而现代化的轧制技术普遍采用的是低温轧制和无头连续轧制等先进轧制技术。轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键部件，因此对轧辊的各项性能和使用寿命提出了更高的要求，高速钢复合轧辊以其硬度高、耐磨性好及优良的使用效果被广大轧钢界普遍采用和推崇。但是，在现有生产技术中，轧辊外层采用的是高速钢，而轧辊芯部采用的是合金球墨铸铁，该种高速钢复合轧辊尽管目前在轧钢生产中被很好地应用，但是由于轧辊芯部球墨铸铁强度较低，使轧辊在生产和使用过程中都存在一定的不足，如ZL 97100083.2。在现有技术的轧辊生产过程中，由于离心复合高速钢轧辊的制造技术是将高速钢液体浇入到旋转的离心机铸型内，当外层的高速钢液刚刚凝固时，再浇入用做轧辊芯部的合金球墨铸铁液，为了确保这两种材料达到完全的冶金结合，对于用做轧辊芯部的球墨铸铁液，必须将已凝固的外层高速钢层溶化一定的深度，而被溶化的高速钢中含有大量的Cr V W Mo等碳化物形成元素，这些元素进入轧辊芯部的球墨铸铁铁水中后，铁水中较高的C含量使轧辊芯部球墨铸铁组织中的碳化物数量急剧增加，有的甚至可升高20％以上，这样将会造成轧辊结合层与轧辊芯部的强度显著降低。尤其是含有这种结合层的轧辊在热处理过程中，往往是由于在轧辊的结合层处或芯部处因强度的不足而发生轧辊的断裂，使轧辊的生产成品率和生产周期无法保证；另外还有是轧辊在使用过程中，当该复合轧辊被用于中轧机架时或采用低温轧制技术时，由于该辊的芯部因强度不足而往往出现断辊，致使轧辊提前报废，缩短了轧辊使用寿命。另外还有在日本特开平11-279705公开的文献中，介绍了一种采用三层复合的轧辊技术，即轧辊外层材料为高速钢，轧辊芯部材料为铸钢，在外层和芯部之间加了一层球墨铸铁或石墨钢做为中间层，其作用是增加外层高速钢与芯部铸钢的复合能力。但是由于该复合轧辊因结构的限制，其浇铸厚度仅有20-30mm的中间层球墨铸铁在外层合金元素的扩散下，轧辊组织内会形成大量的碳化物，即使是石墨钢材料，在大量合金元素的存在下所形成的也是半钢，其强度和韧性均达不到设计的要求。另一方面，在500℃时球墨铸铁的膨胀系数为12.44×10-6mm/mm.℃，而高速钢在500℃时的膨胀系数为14.56×10-6mm/mm.℃。也就是说，这种复合轧辊在热处理加热过程中，由于轧辊外层和中间层存在温差以及这两种材料膨胀系数的差别，因此轧辊外层与中间层的膨胀量相差很大，使轧辊的中间层产生很强的拉应力，而这些内在的应力往往就是造成中间层拉裂以及降低轧辊制造成品合格率的根源，另外当采用三层复合轧辊工艺时，轧辊的制造难度相应提高，同样也会使轧辊的制造成本有明显的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合成分设计合理，制轧工艺操作简单和生产成本低，产品使用寿命长、硬度强度高、耐磨性好和抗事故能力强的高速钢复合轧辊及其制造方法。根据本专利技术的目的，我们所提出的技术解决方案为该复合轧辊的组成特征在于轧辊外层材料为高速钢，轧辊芯部材料为石墨钢，轧辊外层高速钢材料的化学成分重量％为C1.2-2.5％；Si 0.3-1.5％；Mn 0.4-1.0％；Cr 3.0-8.0％；Mo 2.0-7.0％；V 2.0-7.0％；W 1.0-5.0％；RE 0.01-0.5％；P＜0.05％；S＜0.05％；余为Fe，轧辊芯部石墨钢材料的化学成分重量％为C 1.2-2.0％；Si 1.5-2.5％；Mn 0.3-1.0％；Ni 0.5-1.5％；Cr＜0.2％；Mo＜0.2％；P＜0.05％；S＜0.05％；RE0.01-0.2％；Ca 0.05-0.5％；其余为Fe，复合轧辊外层高速钢材料与芯部石墨钢材料为冶金结合。下面根据本专利技术所设计的复合轧辊成分中的特征进行详细叙述1、本专利技术复合轧辊的外层材料成分为高速钢轧辊面；本专利技术复合轧辊的外层材料采用的是高速钢材料成分，与现有技术材料的成分中合金加入量基本相似，只是取消了Ni元素的加入。Ni在钢的成分中尽管有细化基体和提高钢的韧性作用，但同时又会导致轧辊辊面的组织中残余奥氏体量的增加，而残余奥氏体会在本专利技术复合轧辊的热处理和使用过程中发生有害相变，使本专利技术复合轧辊的相变应力增加，特别是在使用过程中的相变，是引起高速钢辊面生成裂纹的主要途径之一，致使轧辊辊面剥落或者断裂而报废。2、本专利技术复合轧辊的内层材料成分为石墨钢轧辊芯；本专利技术复合轧辊的轧辊芯部材料采用的是石墨钢，在该材质中，C是钢中重要的组成元素，它以固溶和游离的方式存在，当C含量过高于外层高速钢中的C含量时(如外层为钢，芯部为铁)，则轧辊外层与芯部材料膨胀系数差别较大，热处理时轧辊外层和芯部材料的膨胀量相差也很大，易出现结合层或芯部的拉裂；当C含量过低时，钢液的流动性会较差，容易造成两种金属不能很好地达到冶金结合的效果，因此在本专利技术成分中将C含量控制在1.2-2.0％的范围内，与外层高速钢C含量相接近较合适。Si是典型的石墨化形成元素，石墨钢中C的石墨化行为与Si有着依赖关系，Si的存在是一个重要的条件，没有Si或Si很低时，即使C含量较高，石墨化也较困难。当Si含量较高时，共析转变温度提高，钢液在冷却过程中能够在较高的温度开始奥氏体和石墨的结晶，有利于铁素体的获得，降低了轧辊芯部组织的白口化，这就是Si选择较高的原因，通常Si控制在1.5-2.5％较为合适。Mn能溶于铁素体和渗碳体，增强铁和C原子的结合力，因而Mn是阻碍石墨化促进碳化物形成的元素，同时Mn能细化珠光体，提高钢的强度，并且与钢水中的S具有较强的亲合力，而形成的MnS在石墨钢内又成为石墨的核心，间接地起到促进石墨化的作用，所以Mn是调节和控制石墨钢组织的重要元素之一，一般控制在0.3-1.0％较合适。Ni在轧辊芯部的石墨钢中有轻微的石墨化作用，同时也能够细化材料的基体，有利于提高钢的韧性和强度，为了抵消轧辊外层高速钢中大量合金元素扩散到芯部石墨钢中所造成的不良后果，因此在石墨钢成分中加入0.5-1.5％的Ni有保证石墨钢的强度和韧性的作用。Cr和Mo都是碳化物的形成元素，如果在本专利技术钢成分中Cr和Mo含量过高时，当轧辊芯部在钢液浇注以后，由于外层高速钢金属的溶解和高温扩散，可使复合轧辊的结合层和轧辊芯部的碳化物数量会大量的增加，其复合轧辊的强度和韧性会急剧下降，使复合轧辊在后期的热处理和使用过程中将出现断裂，所以对复合轧辊芯部的石墨钢成分要求中Cr＜0.2％、Mo＜0.2％。另外铬、钼元素的限量加入还有Cr 0.05-0.18％、Mo 0.1-0.18％。Ca和Re元素均为还原或消除杂质的元素，在本专利技术复合轧辊芯部的石墨钢成分中，Re还有净化晶界和消除裂纹的作用，但一定要限制Ca和Re元素的加入量，所以对本专利技术复合轧辊芯部的石墨钢成分中，Ca、Re加入量为Ca 0.05-0.5％、Re 0.01-0.2％的要求。Ca的限制加入量为0.1-0.5％。本专利技术复合轧辊制造方法与现有技术相似，首先是选择上述本专利技术复合轧辊的内、外层的具体成分进行分别冶炼，当钢液的成分和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速钢复合轧辊，其特征在于该复合轧辊的外层材料为高速钢，轧辊芯部材料为石墨钢，轧辊外层高速钢材料的化学成分重量％为：Ｃ１．２－２．５％；Ｓｉ０．３－１．５％；Ｍｎ０．４－１．０％；Ｃｒ３．０－８．０％；Ｍｏ２．０－７．０％；Ｖ２．０－７．０％；Ｗ１．０－５．０％；ＲＥ０．０１－０．５％；Ｐ＜０．０５％；Ｓ＜０．０５％；余为Ｆｅ，轧辊芯部石墨钢材料的化学成分重量％为：Ｃ１．２－２．０％；Ｓｉ１．５－２．５％；Ｍｎ０．３－１．０％；Ｎｉ０．５－１．５％；Ｃｒ＜０．２％；Ｍｏ＜０．２％；Ｐ＜０．０５％；Ｓ＜０．０５％；ＲＥ０．０１－０．２％；Ｃａ０．０５－０．５％；其余为Ｆｅ，复合轧辊外层高速钢材料与芯部石墨钢材料为冶金结合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫开令，崔昌利，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]