CN101386027A

CN101386027A - 离心铸造制轧辊

Info

Publication number: CN101386027A
Application number: CNA2007101422903A
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％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成，其金属组织中的基体按照面积率为80～95％，与轧辊的旋转轴成直角的截面上的外层和内层的截面积比(外层的截面积/内层的截面积)在0.6以下。

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

作为轧辊，采用将与轧制材料接触的外层的内面和由与外层不同的材质构成的内层相互熔敷而一体化的复合结构的离心铸造制轧辊。作为离心铸造制轧辊的制造方法，通常，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铸用以形成内层的熔液从而制造。

轧辊的外层被要求具有耐磨损性、耐表面粗糙性及耐烧结性等。作为外层，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，轧辊的内层被要求具有强韧性。作为内层，采用延性铸铁、高级铸铁、石墨钢、铸钢等。

于是，为了在热薄板轧制中实现薄板的形状控制和节能等，而开发出了各种轧制方式。作为提供给这些新方式的轧辊，自然对外层要求作为轧制使用层的诸特性，关于外层和内层的复合结构也提出了各种提案。例如有以下众所周知的文献。

专利文献1揭示了一种离心铸造制热轧制用复合轧辊，其外壳层的化学成分按照质量比含有C：3.0～4.0％、Si：0.8～2.5％、Mn：0.2～1.2％、Ni：3.0～5.0％、Cr：0.5～2.5％、Mo：0.1～3.0％、V：1.0～5.0％、剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，内层由含有C：2.5～4.0％的普通铸铁或球状石墨铸铁形成，并且，外壳层厚度(T)和内层的半径(R)的关系满足0.03≦T/R≦0.5。

专利文献2揭示了一种热轧制用复合轧辊，其是内层由钢类材料构成的高速钢类复合轧辊，轧辊报废直径的外层和内层的截面积比在1/4以上，从而，从轧辊新品直径到报废直径，抑制复合轧辊整体的热膨胀系数α在12.0×10^-6/℃以下。

专利文献1：特开2004—82209号公报

专利文献2：特开2000—102807号公报

外层由高速钢类材料构成的轧辊，由于其外层的韧性低，从而作为利用离心铸造法熔敷了延性铸铁等强韧内层的复合轧辊。在高速钢类材料的外层，为了强化基体而实施淬火、回火的热处理。不过，淬火、回火的热处理时，由于只有外层发生相变膨胀，从而，残余应力增高，由此存在或是热处理时发生裂纹、或是轧制使用时的耐事故性差这样的问题。

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的裂纹的离心铸造制轧辊。

本发明的离心铸造制轧辊，其将外层和内层相互熔敷而一体化，其特征在于，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％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成，其金属组织中的基体按照面积率为80～95％，与轧辊的旋转轴成直角的截面上的外层和内层的截面积比(外层的截面积/内层的截面积)在0.6以下。

所述本发明的离心铸造制轧辊，其特征在于，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。

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。

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％，则韧性劣化，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。

外层的金属组织中的基体的面积率：80～95％

本发明的外层实施淬火、回火的热处理从而强化基体。金属组织中除去碳化物以外的基体的面积率小于80％时，不能充分获得强化基体的效果，另外，韧性也下降。另一方面，若基体的面积率超过95％，则碳化物的量变少，不能获得充分的耐磨损性。

外层和内层的截面积比：0.6以下

满足所述特定的化学组成范围和基体的面积率范围的高速钢类材料，为了强化基体而实施了淬火、回火的热处理时，由于残余应力增高，从而判明了引起裂纹的可能性。为此，本发明中将轧辊的与旋转轴成直角的截面上的外层和内层的截面积比(外层的截面积/内层的截面积)设为0.6以下，从而，能够降低内层上发生的拉伸残余应力，抑制轧辊的裂纹。

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。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。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，将凝固的外层的内面熔入一些，在外层的内面熔敷内层。

内层凝固后，进行落砂。该制造方法中，改变轧辊的与旋转轴成直角的截面上的外层和内层的截面积比(外层的截面积/内层的截面积)，即制造0.51(本发明例)、0.65(比较例)两种轧辊。另外，外层的金属组织中的基体的面积率为85％。

将如此获得的各轧辊从1100℃进行淬火，接着实施550℃下的回火。其结果是，比较例的轧辊，在热处理时发生了以残余应力为要因的裂纹。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，其将外层和内层相互熔敷而一体化，其特征在于，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％，剩余部分实质上由Fe及杂质构成，其金属组织中的基体按照面积率为80～95％，与轧辊的旋转轴成直角的截面上的外层和内层的截面积比(外层的截面积/内层的截面积)在0.6以下。

2.根据权利要求1所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，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。

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，用于热薄板轧机的工件轧辊。