CN101386025A

CN101386025A - 离心铸造制轧辊

Info

Publication number: CN101386025A
Application number: CNA2007101422852A
Authority: CN
Inventors: 大畑拓己
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-18

Abstract

提供一种具备由高速钢类材料构成的外层的优越的耐磨损性、并且抑制了热处理时和轧制使用时的裂纹的离心铸造制轧辊。一种将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，在外层和内层的边界形成的层的厚度为1～30mm。

Description

离心铸造制轧辊

技术领域

本发明涉及将由高速钢类材料构成的外层和内层相互熔敷而一体化的复合结构的离心铸造制轧辊。特别是涉及适于作为热薄板轧机的精轧列上使用的工件轧辊的离心铸造制轧辊。

背景技术

热轧辊或冷轧辊，为了实现轧辊重组频率的降低、轧辊改削频率的降低、轧辊单位消费资源的提高，被要求具有耐磨损性和强韧性。作为这样的轧辊，从其耐磨损性方面而言，目前作为外层材料采用高合金麻口细晶粒合金或高铬铸铁等，不过，为了进一步提高耐磨损性，取代高铬铸铁而使用含有各数％的Cr、Mo、W、V等合金元素的高速钢类材料。高速钢类材料，是结晶或析出作为V类碳化物的MC(M指金属)、作为Mo及W类碳化物的M₆C或M₂C等高硬度碳化物，提高Fe基体和碳化物的总和硬度，利用Mo、W抑制高温下基体硬度下降，耐磨损性优越的材料。

另外，作为外层材料具有高速钢类材质的复合轧辊的制造方法，有连续铸补堆焊法(連続鋳掛肉盛法)和离心铸造法。连续铸补堆焊法是一边往立在石墨铸模中的芯材的外周和铸模之间注入合金熔液并使其凝固，一边使芯材下降，在芯材的外周部形成外层的方法。离心铸造法中，用离心力铸造机使模具旋转，同时使外层熔液注入凝固在模具内面，形成轧辊的外层，然后，将内有该外层的离心铸造用铸模、另行准备的上模和下模沿垂直方向组装连接，构成静置铸造用铸模，向静置铸造用铸模内浇注用以形成内层的熔液从而制造。

其中，利用连续铸补堆焊法形成的高速钢类轧辊，能够形成耐磨损性高的外层，并且，作为芯材也能够采用比外层材料融点高的材质(钢类材质)，与利用离心铸造法获得的高速钢类轧辊相比，能够制造耐磨损性优越且强韧的复合轧辊。不过，连续铸补堆焊法，虽然获得高性能的轧辊，但是制造成本高，因此，多采用制造成本低的离心铸造制高速钢类轧辊。

专利文献1：特开平4-131355号公报

外层由高速钢类材料构成的轧辊，需要在高速钢类材料的外层实施淬火、回火的热处理以强化基体。外层和内层以热膨胀系数为首，特性有所不同，从而，由于热处理而发生外层的相变，由此相变引起的强大的应力主要在外层和内层之间的边界发生。因此，存在热处理中外层从边界破裂的问题。再有，还存在的问题是，该强大的应力作为残余应力赋予轧辊，从而，在与轧制时轧制负载的相乘作用下，轧制时外层从边界破裂。

关于采用连续铸补堆焊法制作的轧制用复合轧辊的外层材料和芯材的边界的抗拉强度，引用文献1揭示了一种轧制用复合轧辊，其是将含有C1.5～2.4％、V3～6％且剩余部分实质上由铁构成的外层和含有低于外层的C的芯材进行冶金接合，外层和芯材分别具有60Kg/mm²以上的抗拉强度，且边界的抗拉强度在40Kg/mm²以上，然而关于离心铸造法制的高速钢类轧辊的边界，没有具体叙述。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具备由高速钢类材料构成的外层的优越的耐磨损性、并且抑制了热处理时和轧制使用时从外层和内层间的边界产生的裂纹的离心铸造制轧辊。

本发明的离心铸造制轧辊，其是将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，在外层和内层的边界形成的层的厚度为1～30mm。

另外，本发明的离心铸造制轧辊，其是将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，夹着在外层和内层的边界形成的层进行拉伸试验时的抗拉强度在350MPa以上。另外，优选，夹着在所述外层和内层的边界形成的层进行拉伸试验时的抗拉强度高于内层的抗拉强度。

所述本发明的离心铸造制轧辊，优选，所述外层的化学成分按照质量％含有C：1.0～3.5％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.1～1.5％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～8.0％、V：3.0～12.0％，剩余部分实质上为Fe。

优选，所述外层的化学成分还含有W：0.1～20.0％、Ni：0.1～5.0％、Co：0.1～5.0％、Nb：0.1～5.0％、Ti：0.1～5.0％、Zr.0.1～5.0％中的任意一种或两种以上。

本发明涉及的离心铸造制轧辊，用离心力铸造机离心铸造了轧辊的外层后，将内有该外层的离心铸造用铸模、另行准备的上模和下模沿垂直方向组装连接，构成静置铸造用铸模，向静置铸造用铸模内浇注用以形成内层的熔液从而制造。本发明者们经过研究，结果得出以下的观点：热处理时等从边界破裂，说明边界的强度不充分，其原因是离心铸造外层之际，外层的内周面成为最终凝固部，凝集了碳化物、杂质、气孔等，当无法通过内层将它完全再熔融时就会发生这种强度不足。

作为其对策，本发明者想到的是：因为外层的内周面通过内层进行的再熔融是否良好，由在最终形成的外层和内层的边界上形成的层的厚度来反映，所以，通过规定该层的优选范围，从而，能够确保外层和内层的边界的健全性。

在此，所谓在外层和内层的边界形成的层，详细地说指的是，外层的平均组成和内层的平均组成之间的组成区域，而更简单地说指的是，当利用倍率100倍左右的光学显微镜进行观察时能识别为与外层和内层都不同的区域。该层一般也被称为边界层、迁移层、扩散层。

本发明的离心铸造制轧辊，其是将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，在外层和内层的边界形成的层的厚度限定为1～30mm，从而，边界的强度得以确保，能够以即使热处理时及轧制使用时对外层和内层的边界施加大的应力时，也不会从边界产生剥离等的方式进行使用。若在外层和内层的边界形成的层的厚度比1mm薄，则有时外层的内面通过内层进行的再熔融不好而存在缺陷。另外，当在外层和内层的边界形成的层比30mm厚时，外层的再熔融厚度过厚，使用于轧制的外层的厚度过薄。在外层和内层的边界形成的层的优选厚度为5mm～20mm。

作为在外层和内层的边界形成的层的其他评价方法，夹着外层和内层进行了拉伸试验。如果其抗拉强度高于内层的抗拉强度，则即使热处理等中在边界发生高的应力，外层也不会从边界剥离。具体地说，用夹着在外层和内层的边界形成的层的拉伸试验片进行拉伸试验时的抗拉强度在350MPa以上为好。所谓夹着在外层和内层的边界形成的层的拉伸试验片，其是由外层、在外层和内层的边界形成的层、内层组成，并使在外层和内层的边界形成的层位于试验片的大致中央的拉伸试验片。

接下来，关于形成本发明轧辊的外层的高速钢类材料的化学成分(质量％)的限定理由进行说明。

C：1.0～3.5％

C与Cr、Mo、W、V等结合生成高硬度的碳化物(MC、M₂C、M₆C、M₇C₃等)，提高耐磨损性。C小于1.0％时，生成的碳化物的量少，从而不能获得充分的耐磨损性。另外，还由于使初晶温度上升、妨碍铸造性，从而是不好的。若超过3.5％，则破坏了与V的平衡，从而，破坏了VC均匀分布的组织形态，在耐表面粗糙性及强韧性方面差。

Si：0.3～3.0％

Si是用于提高熔液的脱氧和熔液流动所需要的元素。另外，其置换W、Mo等而含有于M₆C类碳化物中，从而，对于实现W、Mo等高价元素的节俭是有效的。Si小于0.3％时，脱氧效果欠缺，容易发生铸造缺陷。另一方面，若超过3.0％，则韧性变差，因此是不好的。

Mn：0.1～1.5％

Mn作为脱氧剂发挥作用，并且对于将杂质S固定为MnS是有效的。Mn小于0.1％时，该效果欠缺。另一方面，若超过1.5％，则容易产生剩余奥氏体而不能稳定地维持硬度。

Cr：3.0～10.0％

Cr是为了提高淬火性及生成碳化物所需要的元素，含有3.0％以上。可是，若超过10.0％，则Cr类碳化物过多，从而是不好的。Cr类碳化物例如M₂₃C₆，与MC、M₄C₃、M₆C、M₂C相比，硬度低、耐磨损性劣化，因而不是优选的。

Mo：0.1～8.0％

Mo具有形成M₆C、M₂C等结晶碳化物的作用，并且固溶在基体中、带来淬火性的提高及回火硬度的提高，因此，含有0.1％以上。可是，若Mo超过8.0％，则作为最硬碳化物的MC的量减少，从而，不是优选的。

V：3.0～12.0％

V是形成最有助于提高耐磨损性的MC类碳化物的元素，需要至少含有3.0％以上。另一方面，若超过12.0％，则MC类碳化物很难按照与C的平衡均匀地分布。

本发明的高速钢类材料的基本化学成分如上所述，不过，按照轧辊的用途、使用特性等，能够选择性地添加以下各种化学成分。

W：0.1～20.0％

W与Mo同样，与C结合生成硬质的M₆C、M₂C类碳化物、且固溶在基体组织中、强化基体组织，因此对于提高耐磨损性有效，含有0.1％以上有效果。另一方面，若超过20.0％，则M₆C类碳化物增加，耐表面粗糙性劣化，因此，不是优选的。

Ni：0.1～5.0％

Ni对于提高淬火性有效，含有0.1％以上有效果。若超过5.0％，则剩余奥氏体的量过剩，不能期待硬度的提高。

Co：0.1～5.0％

Co是有效强化基体组织的元素，含有0.1％以上有效果。另一方面，若超过5.0％，则韧性下降。

Nb：0.1～5.0％

Nb与V同样，与C结合生成MC类碳化物、提高耐磨损性。用离心力铸造法形成轧辊的外层材料时，Nb具有至少减轻MC类碳化物的偏析的效果。可按照离心力铸造时V的添加量，选择是否需要添加Nb。Nb的优选含有量为0.1～5.0％。

Ti：0.1～5.0％

Ti与V同样，与C结合生成MC类碳化物、提高耐磨损性。Ti的优选含有量为0.1～5.0％。

Zr：0.1～5.0％

Zr与V同样，与C结合生成MC类碳化物、提高耐磨损性。Zr的优选含有量为0.1～5.0％。

P及S不可避免地作为杂质而含有，导致机械性质的劣化，因而最好是抑制其含有量。优选P的含有量为0.1％以下，S的含有量为0.1％以下。本发明的高速钢类材料，含有所述各成分，剩余部分实质上由Fe构成。

延性铸铁例如按照质量％含有C：3.0～4.0％、Si：1.5～3.0％、Mn：0.2～1.0％、P：0.1％以下、S：0.06％以下、Ni：0.7～5.0％、Cr：0.1～1.0％、Mo：0.1～1.0％、Mg：0.02～0.08％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成。

本发明的离心铸造制轧辊，通过作为轧制条件严格的热薄板轧机的工件轧辊(通常，外层的辊身直径Φ500～800mm、轧辊轴部直径Φ200～600mm)使用、尤其是作为精轧列上使用的工件轧辊使用而发挥效果。另外，本发明的离心铸造制轧辊，也可以在与轧制材料接触的外层的内面和内层的外面之间，形成夹有以成分混入的抑制和缓冲层等各种目的而采用的中间层。夹有中间层时的本发明的边界，是指外层和中间层的边界，说的是在外层和中间层的边界形成的层。另外，铸造外层的离心铸造法能够适用水平型、倾斜型或垂直型中的任意一种。

本发明的离心铸造制轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列上，由于耐磨损性及耐事故性优越，因此有助于轧制工厂的生产率的提高。

具体实施方式

采用离心铸造用铸模，将按照质量％含有C：1.9％、Si：0.7％、Mn：0.4％、P：0.02％、S：0.01％、Ni：0.3％、Cr：6.1％、Mo：2.2％、V：6.2％、W：4.0％，且剩余部分实质上由Fe构成的高速钢类材料作为用以形成外层的轧辊材料，以浇铸厚度50mm进行离心铸造。外层的凝固结束后，在另行准备的下模上立设内有外层的离心铸造用铸模，在其上放置上模，进行组装，构成静置铸造用铸模。

在该静置铸造用铸模内，作为用以形成内层的熔液，通过与下模连通的注入管从下模侧注入按照质量％含有C：3.4％、Si：2.3％、Mn：0.4％、P：0.03％、S：0.03％、Ni：3.1％、Cr：0.1％、Mo：0.2％、Mg：0.04％，且剩余部分实质上由Fe构成的延性铸铁。然后，将凝固的外层内面熔入一些，在外层的内面熔敷内层。使外层内面的温度和内层的熔液的温度如表1所述那样变化，使基于内层的外层内面的再熔融的程度变化。内层凝固后，进行落砂。

[表1]

	外层内面温度(℃)	内层熔液温度(℃)	边界部厚度(mm)	边界部抗拉强度(MPa)	内层抗拉强度(MPa)
	外层内面温度(℃)	内层熔液温度(℃)	边界部厚度(mm)	边界部抗拉强度(MPa)	内层抗拉强度(MPa)	本发明例1	1000	1300	25	445	380
本发明例2	1000	1250	15	430	370	本发明例1	1000	1300	25	445	380
本发明例2	1000	1250	15	430	370	本发明例3	980	1250	2	355	350
比较例1	950	1200	0.5	328	350	本发明例3	980	1250	2	355	350

将如此获得的各轧辊从1100℃进行淬火，接着实施550℃下的回火。关于各轧辊，选取包括外层、在外层和内层的边界形成的层和内层的拉伸试验片，从内层选取内层的拉伸试验片。表1表示这些拉伸试验的结果。表1中的边界部厚度表示在外层和内层的边界形成的层的厚度。另外，表1的边界部抗拉强度表示夹着在外层和内层的边界形成的层进行拉伸试验时的抗拉强度。其结果是，比较例的轧辊，在热处理时发生了以边界部的强度不足为要因的裂纹。本发明例的轧辊，能够稳定地制造健全的复合轧辊。另外，能够确认的是将本发明例的轧辊供于轧制时，耐磨损性优越，并且轧制时没有发现轧辊的裂纹，耐事故性优越。

产业上的可利用性

如以上所述，本发明的离心铸造制轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列上，由于具备由高速钢类材料构成的外层的优越的耐磨损性，并且抑制了热处理时和轧制使用时的裂纹，因此，有助于轧制工厂的生产率的提高。

Claims

1.一种离心铸造制轧辊，其是将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，在外层和内层的边界形成的层的厚度为1～30mm。

2.一种离心铸造制轧辊，其是将外层和内层相互熔敷而一体化的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层由高速钢类材质构成，内层由延性铸铁构成，夹着在外层和内层的边界形成的层进行拉伸试验时的抗拉强度在350MPa以上。

3.根据权利要求2所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，夹着在所述外层和内层的边界形成的层进行拉伸试验时的抗拉强度高于内层的抗拉强度。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，所述外层的化学成分按照质量％含有C：1.0～3.5％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.1～1.5％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～8.0％、V：3.0～12.0％，剩余部分实质上为Fe。