CN101624680A

CN101624680A - 一种离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料

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Publication number: CN101624680A
Application number: CN200910091186A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 雷永平; 戴建方; 邢建东; 吴中伟; 林键
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101624680B

Abstract

一种用于离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料，其化学组成成分以质量百分比表示为：2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，0.4～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量为Fe和不可避免的微量杂质。用做离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层，可与外层和辊芯实现良好的冶金结合，并使辊芯的硼含量降至0.003％以下，确保辊芯具有高强度和高韧性，消除了轧辊使用中断辊事故的发生。

Description

一种离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料

技术领域

本发明属于离心铸造技术领域，具体涉及一种离心铸造复合轧辊的中间层材料，特别涉及一种离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料。

背景技术

含硼高速钢轧辊中，因贵重合金加入量少，因此生产成本较低。另外，硼除了生成高硬度的碳硼化合物外，部分硼进入基体，可改善基体的淬透性和淬硬性，有助于含硼高速钢轧辊耐磨性的提高。但是，含硼高速钢轧辊生产过程中，外层的硼元素易混入辊芯，使辊芯的硼含量增加，导致辊芯强度降低、韧性下降。为了消除外层硼元素混入辊芯，中国发明专利CN101240402公开了一种用于制作复合辊环轧辊用铸造高硼高速钢及其热处理方法，其化学成分设计为(质量％)：0.20-1.10C，1.0-2.5B，3.0-5.0Cr，0.5-0.9Si，0.6-1.3Mn，2.0-10.0V，0.5-1.5Ni，1.0-4.0Mo，0.2-4.0W，0.1-2.0Nb，S＜0.04，P＜0.04，其余为Fe；它的热处理方法包括退火，淬火和2-3次回火，退火加热温度为800-860℃，炉冷至小于500℃后炉冷或空冷；淬火加热温度为1020-1150℃，随后风冷或空冷；回火2-3次，加热温度500-550℃，随后炉冷或空冷，再将辊环和辊轴装配于一体，从而获得复合轧辊，与传统高镍铬钼轧辊相比，大幅提高耐磨性、耐热性和抗热冲击性，但采用这种方法制造轧辊工艺复杂，效率低，且轧辊组织致密性差，使用寿命较短。为了提高复合轧辊结合层质量，中国发明专利CN101234417公开了一种用合金半钢中间过渡层复合离心浇铸高铬双复合铸铁轧辊的方法，包括下述工艺步骤：分别进行合金半钢中间过渡层钢水熔炼，外层高铬铸铁熔炼，芯部球墨铸铁熔炼；合金半钢中间过渡层钢水、外层高铬铸铁铁水进行变质处理，对芯部球墨铸铁铁水进行球化及孕育处理，离心铸造法浇铸高铬铸铁、合金半钢中间过渡层钢水；工装准备，合箱；用静态铸造法浇铸芯部球墨铸铁铁水；冷却开箱，热处理，加工检验。合金半钢中间过渡层钢水的成分重量百分比为：C 1.4～2.6，Si 1.0～2.0，Mn 0.5～1.5，P＜0.1，S＜0.03，Cr 3～8，Ni 0.5～1.5，Mo 0.5～1.5。由于中间层含有较多铬，易析出脆性碳化物，导致中间层脆性大，使用中易出现开裂，影响轧钢正常的生产。

发明内容

本发明所提供的一种离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料，其化学组成成分以质量百分比表示为：2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，0.4～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量为Fe和不可避免的微量杂质。其中硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充。

该中间层材料熔炼工艺简便，贵重合金元素加入量较少，且与外层含硼高速钢(其主要成分质量百分比为：0.3～1.0C，1.0～2.5B，5.0～7.0Cr，V＜1.5，Mo＜1.5，Nb＜1.0，Co＜1.0，W＜1.0，Si＜1.5，Mn＜1.5，余量为Fe和不可避免的微量杂质，其中，3.0＜V+Mo+Nb+Co+W＜5.0)和辊芯球墨铸铁结合良好，该中间合金层还具有良好的强韧性，可确保轧辊使用安全、可靠。

本发明材料中，碳和硅是主要元素，主要是为了得到综合性能好的石墨钢，钙和钡是钢水孕育时带入的，采用硅-钙-钡孕育处理钢水，有利于细化凝固组织，改善石墨形态和分布，提高石墨钢综合性能。碳、硅元素加入量过少，材料熔点高，与外层含硼高速钢和芯部球墨铸铁不易复合；加入量过多，则强度下降、韧性降低。碳含量控制2.2～2.5％、硅含量控制在1.8～2.2％时，可改善轧辊的复合效果，提高复合层结合强度，可确保轧辊的安全使用。

加入适量稀土、镁，可促进碳化物细化和分布孤立化，还促进细小石墨球的凝固析出，有利于提高中间层的力学性能，并可改善中间层与辊芯的复合效果。

加入适量钛可细化凝固组织，加入适量铜可提高基体强度。

硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充。加入量过多，易出现过多的碳化物，反而损害中间层材料的强度，加入适量，可细化凝固组织，提高基体强度，改善材料的强韧性，综合考虑将硼含量控制在0.03～0.08％，钼含量控制在0.15％以下，钒含量控制在0.15％以下，钨含量控制在0.15％以下，钴含量控制在0.10％以下，铌含量控制在0.10％以下，铬含量控制在0.6～0.8％，且0.35％＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55％。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明材料是一种多元合金化的石墨钢，其中硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充，本发明材料强度和韧性高，其中铸态下的抗拉强度达到1020～1250Mpa，冲击韧性达到21～24J/cm²；

2)本发明材料的凝固温度略高于芯部球墨铸铁，略低于外层含硼高速钢，与外层含硼高速钢和辊芯球墨铸铁，可以实现良好的冶金结合，与外层、辊芯的结合部位的强度都超过900Mpa；

3)本发明中间层材料铸造性能好，离心铸造含硼高速钢复合轧辊生产过程中，使用本发明材料做中间层，其厚度达到5～8mm即可，而普通中间层材料的厚度通常需要12mm以上；

4)离心铸造含硼高速钢复合轧辊生产过程中，采用本发明材料做中间层，辊芯的硼含量可降至0.003％以下，可确保辊芯具有高强度和高韧性，消除了轧辊使用中断辊事故的发生。

附图说明

下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明：

图1是含硼高速钢复合轧辊示意图，1-外层含硼高速钢；2-中间层；3-辊芯球墨铸铁。

具体实施方式

实施例1：

采用离心铸造方法浇注

高速钢复合轧辊，外层是含硼高速钢1，外层厚度45mm，辊芯是球墨铸铁3，本发明材料做中间层2，中间层2的厚度为5mm，中间层2采用500公斤中频感应电炉熔炼。先将废钢、生铁和铜板混合加热熔化，硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充。炉前调整成分合格后，将温度升至1525℃，然后用铝脱氧，随后加入钛铁并出炉，出炉时先用硅-钙-钡孕育处理钢水，然后用稀土镁合金对钢水进行包内变质处理。在离心机上先浇注外层含硼高速钢1后，再浇注本发明中间层2，最后静态浇注辊芯球墨铸铁3，中间层3的成分见表1。

表1中间层成分(质量分数，％)

元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu
元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu	成分	2.21	2.17	0.30	0.09	0.07	0.06	0.03	0.08	0.43
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	2.21	2.17	0.30	0.09	0.07	0.06	0.03	0.08	0.43
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	0.04	0.13	0.05	0.05	0.08	0.08	0.60	余量

实施例2：

采用离心铸造方法浇注

高速钢复合轧辊，外层是含硼高速钢1，外层厚度62mm，辊芯是球墨铸铁3，本发明材料做中间层2，中间层2的厚度为8mm，中间层2采用500公斤中频感应电炉熔炼。先将废钢、生铁和铜板混合加热熔化，硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充。炉前调整成分合格后，将温度升至1538℃，然后用铝脱氧，随后加入钛铁并出炉，出炉时先用硅-钙-钡孕育处理钢水，然后用稀土镁合金对钢水进行包内变质处理。在离心机上先浇注外层含硼高速钢1后，再浇注本发明中间层2，最后静态浇注辊芯球墨铸铁3，中间层3的成分见表2。

表2中间层成分(质量分数，％)

元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu
元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu	成分	2.49	1.80	0.58	0.14	0.16	0.04	0.06	0.03	0.68
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	2.49	1.80	0.58	0.14	0.16	0.04	0.06	0.03	0.68
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	0.08	0.02	0.08	0.06	0.09	0.14	0.75	余量

实施例3：

采用离心铸造方法浇注

高速钢复合轧辊，外层是含硼高速钢1，外层厚度50mm，辊芯是球墨铸铁3，本发明材料做中间层2，中间层2的厚度为6mm，中间层2采用500公斤中频感应电炉熔炼。先将废钢、生铁和铜板混合加热熔化，硼、钒、钼、铌、钴、钨和铬等元素主要由外层含硼高速钢带入，不足部分通过添加铁合金补充。炉前调整成分合格后，将温度升至1520℃，然后用铝脱氧，随后加入钛铁并出炉，出炉时先用硅-钙-钡孕育处理钢水，然后用稀土镁合金对钢水进行包内变质处理。在离心机上先浇注外层含硼高速钢1后，再浇注本发明中间层2，最后静态浇注辊芯球墨铸铁3，中间层3的成分见表3。

表3中间层成分(质量分数，％)

元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu
元素	C	Si	Mn	Ti	Ce	Mg	Ca	Ba	Cu	成分	2.36	2.02	0.51	0.12	0.09	0.05	0.04	0.06	0.58
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	2.36	2.02	0.51	0.12	0.09	0.05	0.04	0.06	0.58
元素	B	Mo	V	Co	Nb	W	Cr	Fe		成分	0.06	0.07	0.14	0.04	0.06	0.09	0.67	余量

将本发明材料用做离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层，可与外层(含硼高速钢)和辊芯(球墨铸铁)实现良好的冶金结合，结合部位强度高，达到900Mpa以上。另外，中间层厚度薄，只有5～8mm。离心铸造含硼高速钢复合轧辊时，加入本发明中间层材料，辊芯的硼含量可降至0.003％以下，可确保辊芯具有高强度和高韧性，消除了轧辊使用中断辊事故的发生。

Claims

1、一种离心铸造含硼高速钢复合轧辊的中间层材料，其特征在于中间层材料的化学组成成分以质量百分比表示为：2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，04～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量为Fe和不可避免的微量杂质。