CN101386026A

CN101386026A - 离心铸造制轧辊

Info

Publication number: CN101386026A
Application number: CNA2007101422867A
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

提供一种离心铸造制轧辊，其具有在瞬间性地施加大的负载时也能充分耐受其应力、材料强度的可靠性高的驱动侧的轧辊轴部。在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，在该辊身外壳部的内面浇铸熔液从而形成轧辊轴部，所述离心铸造制轧辊的特征在于，轧辊轴部具有形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部，所述驱动侧的轧辊轴部比反驱动侧的轧辊轴部抗拉强度大。

Description

离心铸造制轧辊

技术领域

本发明涉及离心铸造制轧辊，涉及驱动侧的轧辊轴部在材料强度的可靠性上优越的轧辊。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

轧辊采用如图1所示的轧制用复合辊，其通过将与轧制材料接触的辊身外壳部1和在辊身外壳部1的内面由与辊身外壳部1不同的材质构成的轧辊轴部2进行熔敷而形成。轧辊轴部2为实心的圆柱状体，以将辊身外壳部1夹在中间的形态左右具有驱动侧的轧辊轴部2a和反驱动侧的轧辊轴部2b。在驱动侧的轧辊轴部2a的端部，一体形成传递轧辊旋转的离合器部3。在反驱动侧的轧辊轴部2b的端部，一体形成轧辊操作等所需要的突出的凸状端部4。

离合器部3及凸状的端部4，分别由装入轧辊机座上的楔块支撑并能够旋转。并且，在离合器部3上安装驱动用联接器，并且向与该驱动用联接器连结形成的主轴传递马达的旋转力，从而使轧辊旋转。

另外，作为轧制用复合辊的制造方法，通常，用离心力铸造机离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，将内有该辊身外壳部的离心铸造用铸模、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铸用以形成轧辊轴部的熔液而制造。上模及下模为中空体，在上模侧的内面形成一轧辊轴部，在下模侧的内面形成另一轧辊轴部。

轧辊的辊身外壳部被要求具有耐磨损性、耐表面粗糙性及耐烧结性等。作为辊身外壳部的轧辊材料，采用高速钢类材料、麻口细晶粒合金(グレン)类材料、延性类材料等。

高速钢类材料，例如按照质量％含有C：1.5～3.5％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.3～1.5％、Cr：2～7％、Mo：9％以下、W：20％以下、V：3～15％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成。

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。

麻口细晶粒合金类材料例如按照质量％含有C：2.8～3.5％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.5～1.2％、Ni：3.5～5.0％、Cr：1.0～2.5％、Mo：0.2～0.6％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成。

另外，轧辊轴部还被要求具有强韧性和相对于与轴承摩擦的耐磨损性等。作为轧辊轴部的材料，采用延性铸铁、高级铸铁、石墨钢、铸钢等。

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。

于是，为了在热薄板轧制中实现薄板的形状控制和节能，而开发出了各种轧制方式。作为提供给这些新方式的轧辊，自然对辊身外壳部要求作为轧制使用层的诸特性，甚至轧辊轴部也被要求现有技术以上的强韧性。关于轧辊轴部的相关内容，例如有以下众所周知的文献。

专利文献1揭示了一种轴颈部具有强韧性的轧辊，其是轴颈长和辊身长的比LN/LB为0.8～1.2、或轴颈长和轴颈径的比LN/DN为3.8～13.0的细长轴颈形状，且轴颈端部尤其要求强韧性，其中，辊身外壳部采用镍铬耐磨铸铁或合金铸铁材料，辊芯部及与该辊芯部的两侧连接的轴承部、与该轴承部连续的轴颈中间部采用具有硬度Hs40～50、抗拉强度40～55kg/mm²、伸长率0.5～1.5％的球状石墨铸铁材料，轴颈端部一方或双方采用硬度Hs35～45、抗拉强度55kg/mm²以上、伸长率1.5％以上的钢材，将所述辊身外壳部和所述轴芯部熔敷而一体化，将所述轴颈中间部和所述钢材固相接合，形成强韧的轴颈端部。

专利文献2中揭示了一种热轧辊，其外层由高速工具钢类材料构成，内层及轴部由C：0.2～1.2重量％的碳素钢或低合金钢构成，其中，只有该轧辊的离合器部含有C：2.5～3.5％、Si：1.6～2.8％、Mn：0.3～0.6％、P<0.05％、S<0.03％、Ni<0.5％、Cr<0.2％、Mo<0.5％、Mg：0.02～0.05％、剩余部分由Fe及其他不可避免的杂质构成，离合器部由按照面积率结晶或析出5～15％石墨的量的球状石墨铸铁构成，从而提高了离合器部的耐烧结性及耐磨损性。

专利文献1：特开昭59—225806号公报

专利文献2：特开平6—304612号公报

轧辊通常其轧辊轴部由形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部构成。向驱动侧的轧辊轴部作用驱动力，因此，产生大的转矩。当轧制操作时轧辊在轧制材料的咬入等作用下施加大的负载时，会施加通常轧制时的2～4倍的负载。特别是，如果离合器部稍有铸造缺陷等，材料强度就会减小极多，相对于折损等缺乏可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种离心铸造制轧辊，其具有在瞬间性地施加大的负载时也能充分耐受其应力、材料强度的可靠性高的驱动侧的轧辊轴部。

本发明的离心铸造制轧辊，其在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，在该辊身外壳部的内面浇铸熔液从而形成轧辊轴部，所述离心铸造制轧辊的特征在于，轧辊轴部具有形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部，所述驱动侧的轧辊轴部比反驱动侧的轧辊轴部抗拉强度大。

另外，本发明的离心铸造制轧辊，其在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，将内有该辊身外壳部的离心铸造用铸模、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铸用以形成轧辊轴部的熔液，从而形成轧辊轴部，所述离心铸造制轧辊的特征在于，轧辊轴部具有形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部，将铸造时在下模侧的内面形成的轧辊轴部作为驱动侧的轧辊轴部。

所述本发明的离心铸造制轧辊，其特征在于，所述驱动侧的轧辊轴部的抗拉强度在400MPa以上。

所述本发明的离心铸造制轧辊，其特征在于，用于热薄板轧机的工件轧辊。

所述本发明的离心铸造制轧辊，其特征在于，所述辊身外壳部由高速钢类材料构成。

本发明的离心铸造制轧辊，在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，将内有该辊身外壳部的离心铸造用铸模、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铸轧辊轴部用的熔液，一体形成轧辊轴部。静置铸造用铸模从上依次配置上模、内有辊身外壳部的离心铸造用铸模、下模，进行组装连接并立起。

用以形成轧辊轴部的熔液，从上模侧的开口部注入，或通过与下模连通的注入管从下模侧注入。上模及下模为中空状的铸模，在上模侧的内面形成一轧辊轴部，在下模侧的内面形成另一轧辊轴部。

注入并浇铸轧辊轴部用的熔液，从而，使辊身外壳部的内面熔入一些，在辊身外壳部的内面熔敷铸造轧辊轴部。与此同时，在上模及下模的内面也形成轧辊轴部。

这种铸造时在上模侧形成的轧辊轴部，由于熔液的凝固收缩不稳定、或容易存在杂质，从而，容易发生铸造缺陷。另一方面，在下模侧形成的轧辊轴部，与在上模侧形成的轧辊轴部相比，铸造缺陷得到抑制，在强度方面优越。

为此，本发明的离心铸造制轧辊，采用铸造时在下模侧形成的轧辊轴部作为驱动侧的轧辊轴部，从而，能够确保充分的强度。相反，在上模侧形成的轧辊轴部，作为反驱动侧的轧辊轴部而采用。从而，即使轧制时对驱动侧的轧辊轴部瞬间性地施加大的负载时，也能充分耐受其应力，能够具备材料强度的可靠性高的驱动侧的轧辊轴部。驱动侧的轧辊轴部的抗拉强度优选是400MPa以上。轧辊轴部的抗拉强度为轧辊的最终制品状态的抗拉强度。

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，辊身外壳部直径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辊身外壳部的内面和轧辊轴部的外面之间，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。另外，铸造辊身外壳部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。

本发明的轧辊的辊身外壳部优选由高速钢类材料构成。形成本发明轧辊的辊身外壳部的高速钢类材料，优选是按照质量％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％，剩余部分由Fe及杂质元素构成。所述化学成分中还可以含有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％中的任一种或两种以上。

关于形成本发明轧辊的辊身外壳部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C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等元素而含有于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的平衡而均匀地分布。

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是对于基体组织的强化有效的元素，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。

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，由于具备材料强度的可靠性高的驱动侧的轧辊轴部，因此，即使轧制时对驱动侧的轧辊轴部瞬间性地施加大的负载时，也能充分耐受其应力，有助于轧制工厂的生产率的提高。

附图说明

图1是通常的轧制用复合辊的概略图。

图中：1—辊身外壳部，2—轧辊轴部，2a—驱动侧的轧辊轴部，2b—反驱动侧的轧辊轴部，3—离合器部，4—端部。

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辊身外壳部的轧辊材料，以浇铸厚度50mm进行离心铸造。辊身外壳部的凝固结束后，在另行准备的下模上立设内有辊身外壳部的离心铸造用铸模，在其上载置上模，进行组装，构成静置铸造用铸模。

在该静置铸造用铸模内，作为用以形成轧辊轴部的熔液，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，将凝固的辊身外壳部内面熔入一些，在辊身外壳部的内面熔敷轧辊轴部。由此，在上模侧的内面形成一轧辊轴部，在下模侧的内面形成另一轧辊轴部。

轧辊轴部凝固后，进行落砂。将如此获得的轧辊从1100℃进行淬火，接着实施550℃下的回火。之后，关于在下模侧形成的轧辊轴部和在上模侧形成的轧辊轴部，分别采取拉伸试验片，测定抗拉强度。其结果是，在下模侧形成的轧辊轴部的抗拉强度为450MPa，在上模侧形成的轧辊轴部的抗拉强度为430MPa。也就是说，在下模侧形成的轧辊轴部比在上模侧形成的轧辊轴部抗拉强度大。

在下模侧形成的轧辊轴部的端部，利用机械加工一体形成传递轧辊旋转的离合器部。这是本发明的驱动侧的轧辊轴部。另外，在上模侧形成的轧辊轴部的端部，利用机械加工一体形成比该轧辊轴部本体小径且轧辊操作等所需要的突出的凸状端部。这是本发明的反驱动侧的轧辊轴部。由此，制造出了驱动侧的轧辊轴部比反驱动侧的轧辊轴部抗拉强度大的本发明的离心铸造制轧辊。

本发明的离心铸造制轧辊，由于驱动侧的轧辊轴部中特别是离合器部的材料强度的可靠性高，因此，即使轧制操作时轧辊在轧制材料的咬入等作用下施加大的负载时，也能充分耐受其应力。

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，由于具备材料强度的可靠性高的驱动侧的轧辊轴部，因此，即使轧制时对驱动侧的轧辊轴部瞬间性地施加大的负载时，也能充分耐受其应力，防止折损等。

Claims

1.一种离心铸造制轧辊，其在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，在该辊身外壳部的内面浇铸熔液从而形成轧辊轴部，所述离心铸造制轧辊的特征在于，轧辊轴部具有形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部，所述驱动侧的轧辊轴部比反驱动侧的轧辊轴部抗拉强度大。

2.一种离心铸造制轧辊，其在离心铸造了轧辊的辊身外壳部后，将内有该辊身外壳部的离心铸造用铸模、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铸用以形成轧辊轴部的熔液，从而形成轧辊轴部，所述离心铸造制轧辊的特征在于，轧辊轴部具有形成有传递轧辊旋转的离合器部的驱动侧的轧辊轴部和位于与驱动侧的轧辊轴部相反方向的反驱动侧的轧辊轴部，将铸造时在下模侧的内面形成的轧辊轴部作为驱动侧的轧辊轴部。

3.根据权利要求1或2所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，所述驱动侧的轧辊轴部的抗拉强度在400MPa以上。

4.根据权利要求1或2所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，用于热薄板轧机的工件轧辊。

5.根据权利要求1或2所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，所述辊身外壳部由高速钢类材料构成。