复合轧辊和其生产方法技术

具有用优良耐磨性和抗表面变粗糙性坚硬高合金铸钢或铸铁制造的外壳部分和用坚韧铸铁或铸钢制造的芯部的复合轧辊，外壳部分铸铁的构成以重量计１．０－３．０％Ｃ，２．０％或更低的Ｓｉ，２．０％或更低的Ｍｎ，２．０－１５．０％的Ｃｒ，１０．０％或更低的Ｍｏ，２．０－８．０％的Ｖ，其余是Ｆｅ和不可避免的杂质，从外壳表面至５０毫米深度范围内，由分析确定，金属结构基体的晶粒平均直径１００μｍ或更小，而且满足公式ｍ↓［２］≤１．２ｍ↓［１］，式中ｍ↓［１］是外壳表面晶粒平均直径，ｍ↓［２］是５０毫米深度处晶粒平均直径，该复合轧辊是用离心铸造方法造出来的。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由一个具有优良的耐磨性和优良的抗表面粗糙性能的外壳部分和一个坚韧的芯部所组成的复合轧辊，以及通过离心铸造的方式生产这种复合轧辊的方法。更具体地说，涉及一种具有一个具有细的、均匀的金属结构的外壳的复合轧辊和生产这种复合轧辊的方法。就以用于热轧或冷轧钢类材料的轧辊而论，要求它的外壳部分，即与被轧制的材料直接接触的部分具有均匀的铸造结构和优良的耐磨性、抗表面粗糙性及抗裂性。为了满足这些要求，用离心铸造的方式形成外壳部分是有效的，而且，这种具有外壳部分和芯部的复合轧辊的生产方法以广为实施。在离心铸造方法中，通常是将制作外壳部分的熔融金属引进一个可围绕它自身的纵轴高速旋转的空心圆筒形模具，并让其在模具内凝固。在这种情况下，由于熔融的金属与通常由钢材制造的模具的内表面接触而被快速地冷却，因此，所得的复合轧辊的外壳的外表面具有细的金属结构。因此，复合轧辊的外壳部分表现出优良的耐磨性、抗表面粗糙性和抗裂性。但是，随着模具的内表面和正在凝固的熔融金属之间的距离的增大，外壳部分的熔融金属的冷却速度降低，熔融金属的温度梯度变小。结果是，外壳部分的金属结构变得粗大，因此，外壳部分所要求的各种性能，比如耐磨性等遭到破坏。于是，当复合轧辊的外壳被反复机械加工一个长的时间之后，外壳部分的内部被暴露出来，就不能保持上面所说的优良性能。为了解决这个问题，据认为有效的一种方案是，提高外壳部分的熔融金属的冷却速度，而且，必须使熔融金属的冷却速度沿着外壳部分的径向在任何位置上都尽可能的一致。为了提高外壳部分的熔融金属的冷却速度，曾有人提议用水来冷却模具，并将熔融的金属喷到模具的内表面上(见日本公开特许公报平1-254363)。再者，为了避免在外壳部分产生不希望有的熔析和其它缺陷，以及为了改进外壳部分的均匀性，还有人提议在离心铸造方法中，移动把熔融的金属浇进模具内的浇注点(见日本特许公报昭50-33021)。此外，还有的对外壳部分所用的材料进行研究。到目前为止，用离心铸造方法所生产的外壳部分主要是用高合金铸铁、高铬铸铁、高铬铸钢等制造的。此外，最近有建议用高速钢制作复合轧辊的外壳部分的(见日本公开特许公报昭60-124407)。上述这些方案中的轧辊用于热轧或冷轧的情况下，由于粗大的沉淀的晶粒和熔析的存在造成的外壳部分的铸造金属结构的不均匀性会导致不良的耐磨性，使每单位重量的被轧制材料的轧制费用提高，并造成所轧制的材料的质量不良。由于近来对轧制的钢板的质量要求越来越高，所以，对轧辊提出了高要求。因此，要求复合轧辊的外壳部分具有更加细的和更高均匀性的金属结构。在用高速钢制造外壳部分的情况下，通过模具的快速冷却作用，可使得外壳部分的表面部分具有细的金属结构。然而，由于模具的快速冷却作用在外壳部分的内部减弱，因此，金属结构变粗。其结果是，在外壳部分的深区，经过几次的机加工之后，深处就被暴露出来，显示出差的抗磨损性和抗表面变粗糙性。在用离心铸造方法形成外壳部分的情况下，也有一个问题，就是外壳部分不可避免地含有铸造缺陷和金属结构的非均匀性。这是由于外壳部分的冷却速度(温度梯度)里面部分的比表面部分的要小，因此，外壳部分的熔融金属内的气体、熔化了的元素、杂质等难于朝浇注熔融金属的模具腔的内部逸散。所以，这些成分在熔融金属的凝固过程中被陷住，导致了碳化物的熔析、粗的金属结构、气隙等。因此，本专利技术的目的是提供一种具有一个外壳部分的复合轧辊。其外壳部分具有细密的和良好均匀性的金属结构。本专利技术的另一个目的是提供一种生产这种复合轧辊的方法。根据上述目的，经对离心铸造方法方面的认真研究，专利技术人已经发现，通过控制熔融金属的供给温度以及外壳部分的成型速度，能够在熔融金属和外壳部分之间的凝固界面处获得大的冷却速度，也能获得大的温度梯度，因此，阻止了外壳部分的金属结构的过分增长，从而生产出没有铸造缺陷的外壳部分。因此，根据本专利技术，用离心铸造生产出的复合轧辊包括一个用具有优良的耐磨性和抗表面粗糙性能的硬的高合金铸钢或铸铁制造的外壳部分和一个用坚韧的铸铁或铸钢制造的芯部，外壳部分的高合金铸钢或铸铁的成分构成，其重量比为1.0～3.0%的碳，2.0%或低于2.0%的硅，2.0%或低于2.0%的锰，2.0～15.0%的铬，10.0%或低于10.0%的钼，2.0～8.0%的钒，剩余部分基本上是铁和不可避免的杂质，在从外壳部分的表面到50毫米深度处这样一个范围内，构成外壳部分基体的晶粒的平均直径为100微米(μm)或小于100微米，而且，晶粒满足下列公式m2≤1.2m1式中，m1是在外壳部分的表面上的晶粒的平均直径，而m2是在50毫米深度处的晶粒的平均直径，上述平均直径是用影像分析法在具有30微米以上直径的晶粒中测得的。根据本专利技术，生产上述复合轧辊的方法包括通过把将要成为外壳部分的熔融金属以温度T供应给一个可绕其自身的纵轴旋转的空心圆筒形模具而离心铸造上述外壳部分的步骤，所说的温度T满足公式Tc≤T≤Tc+90℃，式中，Tc是外壳部分的初始结晶温度，而熔融金属的供应速度是这样的-即模具内平均的外壳部分形成速度为2～40毫米/分钟。附图说明图1是表示例1的硫印试验结果的示意图;图2(a)是表示例2的外壳部分在表面处的金属结构的显微照片;图2(b)是表示例2的外壳部分的自其表面起50毫米深度处的金属结构的显微照片;图3(a)是表示比较例2的外壳部分的表面处的金属结构的显微照片;图3(b)是表示比较例2的外壳部分自其表面起50毫米深度处的金属结构的显微照片。用以制作外壳部分的高合金铸钢或铸铁的配方可用来制作本专利技术的复合轧辊的外壳部分的高合金铸钢或铸铁具有下列组分(1)碳(C)1.0～3.0%(重量)C是形成提高外壳部分的耐磨性的碳化物所必需的元素，但是，随着含C量的增加，外壳部分的抗裂性能降低。因此，含C量应当在1.0～3.0%(重量)的范围内。如果含C量低于1.0%(重量)，则所生产出的外壳部分将表现出差的耐磨性，这是因为析出的碳化物量小的缘故。另一方面，如果含C量超过3.0%(重量)，则导致外壳部分表现出低的抗裂性。最佳含C量是1.3～2.0%(重量)。(2)硅(Si)2.0%或低于2.0%(重量)Si是作为脱氧剂所必不可少的元素。它还可以代替昂贵的元素比如钨(W)、钼(Mo)等而有效地溶解于M6C碳化物中，从而降低外壳部分的成本。然而，如果Si的含量超过2.0%，则所得的外壳部分将具有铸造缺陷。Si的最佳含量为0.3～1.5%(重量)。(3)锰(Mn)2.0%或低于2.0%(重量)Mn起脱氧剂的作用，还作为同S形成化合物MnS的元素，以便消除S的有害作用。但是，如果Mn的含量超过2.0%(重量)，则在所得的外壳部分内很可能形成残余的奥氐体相，从而导致不能稳定地表现出足够的硬度。另一方面，如果Mn的含量太小，则不能起充分脱氧的作用。Mn的最佳量为0.3～1.5%(重量)。(4)铬(Cr)2.0～15.0%(重量)如果Cr的含量低于2.0%(重量)，则不能获得足够的可淬性。另一方面，如果Cr的含量超过15.0%(重量)，则形成多余的铬碳化物(M23C6)。由于M23C6比MC和M2C软，因此，铬碳化物将降低外壳部分的耐磨性。铬的最佳含量是3.0～10.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由离心铸造生产的复合轧辊，包括一个用具有优良的耐磨性和抗表面变糙性的坚硬的高合金铸钢或铸铁制造的外壳部分和一个用坚韧的铸铁或铸钢制造的芯部，所说的外壳部分的高合金铸钢或铸铁的成分构成，其重量比为１．０～３．０％的Ｃ，２．０％或低于２．０％的Ｓｉ，２．０％或低于２．０％的Ｍｎ，２．０～１５．０％的Ｃｒ，１０．０％或低于１０．０％的Ｍｏ，２．０～８．０％的Ｖ，其余部分基本上是Ｆｅ和不可避免的杂质，在从外壳部分的表面至５０毫米深度处这个范围内，由影像分析法在直径大于３０μｍ的晶粒中确定出、构成所说外壳部分的基体的晶粒的平均直径为１００μｍ或小于１００μｍ，所说晶粒满足公式：ｍ↓［２］≤１．２ｍ↓［１］，式中ｍ↓［１］是外壳部分的表面上的晶粒的平均直径，ｍ↓［２］是５０毫米深度处的晶粒的平均直径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：绳田良作，伊达贤治，服部敏幸，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]