CN101412105A

CN101412105A - 一种耐磨复合轧辊的制造方法

Info

Publication number: CN101412105A
Application number: CNA2008102276877A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 雷永平; 吴中伟; 林健; 邢建东
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: CN101412105B

Abstract

一种耐磨复合轧辊制造方法属于轧钢技术领域。现有组合式复合轧辊技术推广中存在的最大问题是外层辊套加工性能的改善和加工效率的提高。本发明通过在辊环内套外表面上开凹槽后，依次用稀盐酸和酒精洗涤，而后在其表面及凹槽中涂覆硼砂，晾干并置于铸型内；采用底注方法浇注外层耐磨金属熔液，得到镶铸复合辊套；将镶铸复合辊套与铸钢或锻钢辊轴通过花键结合和过盈配合于一体，得到耐磨复合轧辊。本发明复合轧辊具有外表层硬度高、耐磨性好，辊芯强度高、韧性好，辊套与辊芯、辊套外表层与辊环内套结合牢靠等优点。

Description

一种耐磨复合轧辊的制造方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种耐磨复合轧辊的制造方法，特别涉及一种辊芯和耐磨复合辊套组合而成的耐磨复合轧辊的制造方法。

背景技术

采用组合式复合轧辊取代铸造复合轧辊是解决轧钢生产中轧辊断裂的有效措施。组合式复合轧辊是将轧辊的外层(辊套或辊环)和芯部(辊轴)通过过盈配合，为了保证轧钢所需的扭矩，通常需要在辊套内侧开键槽或加工出螺纹孔，通过花键或螺栓使辊套和辊轴结合牢靠。采用组合式复合轧辊，对解决断辊，降低辊耗，提高轧钢机作业率具有良好的效果。在四辊宽带钢轧机上使用辊套、辊轴组合式复合支承辊，辊轴利用次数最高可达9次，辊套与辊轴重量比为0.3-0.5，从而使支承辊辊耗大幅度下降。鉴于组合式复合轧辊具有许多优点，目前国内外的多数高速线材轧机的预精轧段、精轧段以及棒材轧机和带钢轧机的精轧段已广泛采用组合式复合轧辊。组合式复合轧辊技术推广中存在的最大问题是外层辊套加工性能的改善和加工效率的提高。

中国发明专利CN1428212公开了一种用于各类型钢轧机轧制型钢用复合辊环的制造方法，采用耐磨合金浇注成整体辊环，辊环淬火加热前将辊环内层用保温材料板保护，保温材料板由高强度耐热钢螺栓、垫片和螺帽固定，保温材料板和螺栓、垫片、螺帽随辊环在热处理炉内一起加热和保温，在随后的快速冷却中，辊环外层冷却快，淬火组织中可获得高硬度的马氏体或贝氏体组织，辊环内层由于保温材料板的保温作用，冷却缓慢，淬火后辊环内层主要是珠光体组织，硬度较低，具有很好的加工性能，既可以方便地铣键槽，也可以方便地在内层钻螺纹孔。采用该发明可获得内外层组织和性能完全不同的复合辊环。但该发明内外层是合金元素含量较高同一种材料，合金消耗量大，生产成本较高，另外，将保温材料板和螺栓、垫片、螺帽随辊环在热处理炉内一起加热和保温，浪费能源，降低加热炉热处理效率。

中国发明专利CN1454723公开了一种高速钢复合辊环，辊环外层为高速钢，辊环芯部为合金球墨铸铁，辊环外层的化学成分(重量％)为：C 1.2-2.5％，Si 0.3-1.5％，Mn 0.4-1.0％，Cr 3.0-6.0％，Mo 1.0-4.0％，V 1.0-4.0％，W 0.5-3.0％，Nb 0.5-2.0％，Ti 0.01-0.5％，RE 0.01-0.5％，P<0.05％，S<0.05％，余为Fe；辊环芯部的化学成分(重量％)为：C 3.0-3.8％，Si 2.2-3.2％，Mn 0.3-0.8％，Ni 0.2-2.0％，Cr<0.3％，Mo<0.3％，Mg 0.03-0.1％，RE≥0.03％，P<0.1％，S<0.03，余为Fe。辊环外层与内层通过离心铸造复合在一起，内层硬度低、加工性能好。但辊环高温热处理过程中，内层机械性能明显降低，导致辊环使用过程中易出现变形、甚至破裂现象。另外，外层高速钢与芯部合金球墨铸铁结合部位易产生铸造缺陷，降低结合层强度，影响组合式复合轧辊的正常使用。

中国发明专利CN1751816也公开了一种大断面WC_p/Fe-C复合材料-球铁复合结构辊环，由高耐磨WC_p/Fe-C复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.0-3.8％C，2.0-2.8％Si，<0.4％Mn，0.2-0.3％Mo，3-5％Ni，0.04-0.06Mg，0.05-0.08RE，S、P≤0.03。该发明辊环表面复合材料工作层中WC颗粒尺寸75-200μm，体积分数可根据使用工况要求控制在50-85vol％。辊环复合材料工作层中WC颗粒分布均匀，复合材料工作层厚度可在10-30mm之间任意控制。辊环采用离心铸造法制备，工艺简单，制造成本低，由于外层WC_p/Fe-C复合材料与芯部球墨铸铁结合部位易产生铸造缺陷，降低结合层强度，影响组合式复合轧辊的正常使用。

中国发明专利CN1861828还公开了合金半钢和球状石墨钢复合辊环及制备方法的改进，其特征是半钢工作层成份为：C1.80-2.20％，Si0.50-0.80％，Mn0.80-1.10％，Ni1.20-1.70％，Cr2.80-3.20％，Mo0.40-0.60％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe及少量残余元素。离心浇注时分别控制工作层钢合金半钢温度为测定液相线温度加80-100℃，内层球状石墨钢浇注温度为测定的液相线温度加90-110℃，并在浇注的工作层界面温度低于液相线温度50-80℃时浇注内层。该发明得到的高碳高合金半钢，基体组织主要为贝氏体、碳化物及珠光体，因而具有较高的耐磨性，但工作层与内层离心复合过程中，结合面易出现气孔、夹杂、裂纹等铸造缺陷，降低结合层强度，也影响组合式复合轧辊的正常使用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种内层加工性能好且加工量小，外层硬度高、耐磨性好，且内外层结合良好的耐磨镶铸复合辊套的制造方法。

本发明是将辊环低合金钢内套与辊环高合金耐磨外层通过镶铸方法而复合在一起，再将镶铸复合辊套与铸钢或锻钢辊轴通过过盈配合于一体，得到耐磨复合轧辊，具体步骤如下：

1)将钢管加工成辊环内套，并在辊环内套的外表面上开凹槽，凹槽宽度10-15mm，凹槽深度10-12mm，凹槽间距15-25mm；

2)将辊环内套依次用稀盐酸和酒精洗涤，干燥后在辊环内套外表面和凹槽中涂覆一层厚度0.8-1.2mm的硼砂，晾干后置于铸型内；

其中，洗涤辊环内套的目的在于除去外表面杂质及氧化皮，辊环内套外表面氧化物的存在将恶化外层金属熔液与镶铸内套的润湿，同时还会阻碍金属熔液的渗入，最终影响镶铸质量。涂覆硼砂可在浇注初期，包裹辊环内套，减小氧化程度，同时硼砂受热熔化后发生分解反应：

Na₂B₄O₇→2NaBO₂+B₂O₃ 式(1)

反应产物B₂O₃可溶解辊环内套表面的氧化膜、净化其表面，提高其润湿能力。

3)将外层耐磨金属熔液依次通过浇口杯、直浇道、内浇道进入金属型腔，得到镶铸复合辊套；

采用底注方法浇注外层耐磨金属，可使金属熔液平稳充入铸型型腔，还有利于气体和夹杂物的排出。另外铸型选用铸铁加工而成的金属型，具有凝固快、铸件组织致密和生产效率高等特点。

4)将镶铸复合辊套经浇冒口清理和表面打磨后直接退火，而后粗加工，经淬火和回火处理后，进行精加工，最后与铸钢或锻钢辊轴通过过盈配合于一体，过盈量为0.10-0.15mm，同时在镶铸复合辊套内侧开键槽，通过花键使辊套和辊轴结合牢靠，获得高强度组合式耐磨复合轧辊。

本发明耐磨复合轧辊与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明耐磨复合轧辊在金属铸型和重力条件下凝固，组织致密，元素不会出现偏析、轧辊不会出现开裂现象，本发明复合轧辊的辊轴与镶铸复合辊套通过过盈配合，同时镶铸复合辊套内侧开键槽，通过花键使辊套和辊轴结合牢靠，因此复合轧辊轴套与辊轴结合强度高。

(2)本发明复合轧辊的镶铸复合辊套采用耐磨铸造合金做外层，与钢管加工成的辊环内套通过镶铸方法复合在一起，且在辊环内套开了凹槽，并在辊环内套外表面和凹槽中涂覆一层厚度0.8-1.2mm的硼砂，可以明显改善内外层结合效果，提高结合强度，防止使用中结合面出现开裂。

(3)本发明复合轧辊的镶铸复合辊套加工性能好，辊套内层加工量少，加工效率高，比普通铸造复合辊套可缩短加工时间25-30％。

(4)本发明复合轧辊外表层硬度高、耐磨性好，辊芯强度高、韧性好，辊套与辊芯、辊套外表层与辊环内套结合牢靠，复合轧辊使用安全，使用寿命比普通合金复合轧辊提高1倍以上，由于本发明复合轧辊合金加入量较少，生产成本比铸造复合轧辊降低30％以上。

附图说明

图1、镶铸复合辊套浇注示意图。

图2、镶铸复合辊套结构示意图。

图3、组合式耐磨复合轧辊示意图。

1-浇口杯，2-直浇道，3-铸铁金属型，4-内浇道，5-型腔，6-辊环内套，7-凹槽，8-上箱砂型，9冒口，10-外层耐磨金属，11-花键，12-辊轴。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详述。

具体实施方式

实施例1

1)将钢管加工成辊环内套6，并在辊环内套6的外表面上开多条凹槽7，凹槽宽度12mm，凹槽深度10mm，凹槽间距20mm；

2)将辊环内套6用稀盐酸浸洗，除去外表面杂质及氧化皮后，在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，在辊环内套6外表面和凹槽7中涂覆一层厚度1.0硼砂，自然晾干后置于铸铁金属型3的型腔5内；

3)将外层耐磨金属熔液通过浇口杯1、直浇道2、内浇道4进入型腔5，用底注方法浇注外层耐磨金属10，外层耐磨金属10采用高碳高速钢，具体成分如下(重量％)：1.93％C，4.07％Cr，5.21％W，4.06％V，2.04％Mo，1.03％Si，0.90％Mn，余量Fe，得到镶铸复合辊套；

4)将镶铸复合辊套经浇冒口清理和表面打磨后直接退火，而后粗加工，经淬火和回火处理后，进行精加工，最后与铸钢辊轴通过过盈配合于一体，过盈量为0.13mm，同时在镶铸复合辊套内侧开键槽，通过花键11使辊套和辊轴12结合牢靠，最终可获得外表层硬度高(大于65HRC)、淬硬层深(大于35mm)、耐磨性好和辊芯强度高、韧性好的高强度组合式耐磨复合轧辊。

实施例2

1)将钢管加工成辊环内套6，并在辊环内套6的外表面上开凹槽7，凹槽宽度15mm，凹槽深度10mm，凹槽间距25mm；

2)将辊环内套6用稀盐酸浸洗，除去外表面杂质及氧化皮后，在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，在辊环内套6外表面和凹槽7中涂覆一层厚度0.82mm的硼砂，自然晾干后置于铸铁金属型3的型腔5内；

3)将外层耐磨金属熔液通过浇口杯1、直浇道2、内浇道4进入型腔5，用底注方法浇注外层耐磨金属10，外层耐磨金属10采用高铬耐磨白口铸铁，具体成分如下(重量％)：3.06％C，18.71％Cr，1.15％Mo，0.93％Ni，0.74％Cu，0.77％Si，0.83％Mn，余量Fe，得到镶铸复合辊套；

4)将镶铸复合辊套经浇冒口清理和表面打磨后直接退火，而后粗加工，经淬火和回火处理后，进行精加工，最后与锻钢辊轴通过过盈配合于一体，过盈量为0.14mm，同时在镶铸复合辊套内侧开键槽，通过花键11使辊套和辊轴12结合牢靠，最终可获得外表层硬度高(大于63HRC)、淬硬层深(大于35mm)、耐磨性好和辊芯强度高、韧性好的高强度组合式耐磨复合轧辊。

本发明复合轧辊的镶铸复合辊套加工性能好，辊套内层加工量少，加工效率高，比普通铸造复合辊套可缩短加工时间25-30％；本发明复合轧辊外表层硬度高、耐磨性好，辊芯强度高、韧性好，辊套与辊芯、辊套外表层与辊环内套结合牢靠，复合轧辊使用安全，在高速线材轧机预精轧机架和棒材轧机精轧机架使用，其使用寿命比普通合金复合轧辊提高1倍以上，由于本发明复合轧辊合金加入量较少，生产成本比铸造复合轧辊降低30％以上。因此本发明复合轧辊的推广使用具有显著的经济和社会效益。

Claims

1、一种耐磨复合轧辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

4)将镶铸复合辊套经浇冒口清理和表面打磨后进行热处理和机械加工，最后与铸钢或锻钢辊轴通过花键结合和过盈配合于一体，过盈量为0.10-0.15mm，得到耐磨复合轧辊。