CN101733389A

CN101733389A - 一种耐磨复合轧辊的制造方法

Info

Publication number: CN101733389A
Application number: CN201010103406A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 雷永平; 侯建强
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101733389B

Abstract

本发明公开了一种大型耐磨复合轧辊制造方法，其制造过程是：首先往安装在卧式离心机上的冷型内浇注复合轧辊的耐磨外层高合金金属液体，然往在冷型内加入玻璃渣，待外层高合金液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型、底箱铸型、浇注管组立装配在一起，从竖立在铸型中心部位的浇注管上端浇注心部铁水。心部铁水浇注过程中，温度控制在1330～1400℃，先以60～80kg/s的速度快速浇注铁水，当铁水进入辊颈和冒口箱铸型后，铁水浇注速度降至15～30kg/s。铁水充满铸型后，停止浇注，浇注管残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度。本发明轧辊强度高，使用效果好。

Description

一种耐磨复合轧辊的制造方法

技术领域

一种复合轧辊的制造方法，特别涉及一种辊身直径大于500mm的大型耐磨复合轧辊制造方法，属于轧辊制造技术领域。

技术背景

复合铸造轧辊指轧辊辊身外层与心部以及辊颈采用两种或两种以上材质复合铸造而成，辊身外层和辊颈分别通过不同材质的成分设计和热处理工艺获得要求的组织和性能。轧辊复合铸造方法有半冲洗复合铸造、离心复合与溢流复合三种。离心复合因辊身和心部易实现良好的冶金结合，且操作简便而广泛应用于大型复合轧辊的铸造生产中。离心铸造复合轧辊工艺有立式离心机浇铸法、卧式离心机浇铸法和倾斜式离心机浇铸法三种形式，不管哪种形式，都是将金属液体浇入旋转着的铸型内，在离心力的作用下，随着时间的延长，逐渐凝固，金属液体凝固受到高压的作用，使结晶组织致密。在凝固结晶的过程中，轻物质被重物质挤入内表面，外层厚度容易控制均匀，获得高的铸造收得率。其中卧式离心机浇铸法具有离心机建构简单、维护方便、生产能耗低、投资少和生产效率高等特点，在国内的离心铸造复合轧辊领域，市场占有率超过80％。

中国发明专利CN1194897公开了离心铸造半钢复合轧辊的生产方法，它包括半钢的工作层，球墨铸铁的芯体，以及两者之间的过渡层，首先采用离心方法在冷型中注入半钢的钢水形成工作层；当其温度降至凝固点时注入灰口铁铁水形成过渡层；当温度再次降至凝点时向芯部空腔中再注入球墨铸铁铁水形成芯体。中国发明专利CN1105612还公开了铸铁复合轧辊及其制造方法，辊身工作层的成份C：3.00～3.50％，Si：0.60～1.20％，Mn：0.30～0.80％，Ni：3.00～4.50％，Cr：0.60～1.50％，Mo：0.60～1.20％，其辊芯的成分为：C：3.00～3.50％，Si：1.50～3.00％，Mn：0.30～0.80％，Cr：≤0.50％，Ni：≤1.00％，Mo：≤0.50％。其铸造方法是离心浇注辊身工作层，合箱浇注辊芯，随箱冷却至700℃后控制冷却速度，使轧辊从700℃至250℃的温度下降时间在15小时以上。为了提高复合轧辊性能，中国发明专利CN1076393也公开了一种钢芯铸铁复合轧辊的制造方法，采用传统的砂型底注旋流式和电弧加热无冒口铸造工艺，将钢芯加工成曲面形，并在钢芯表面包覆一层易熔金属层，钢芯与铸铁外壳曲面结合，由铁水凝固收缩应力紧固复合。由于在钢芯表层包覆一层易熔金属，使凝固温度降低，凝固时间延长，平衡了铁水凝固产生的收缩应力，有效地解决了采用传统浇铸工艺在钢芯表面浇铸复合铸铁，外壳易裂的技术难题，钢芯与铸铁外壳曲面结合，摩擦力大，不易剥落。中国发明专利CN101537427公开了一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，包括轧辊外层和轧辊辊芯，所述的轧辊外层的材料的化学成分重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。中国发明专利CN101439351公开了一种离心铸造高硼高速钢复合轧辊的制造方法，提供一种无元素偏析的离心铸造高硼高速钢复合轧辊的制造方法，通过将高速钢液体经过倾斜冷却板冷却后，注入离心机上高速旋转的金属铸型内，并在浇注过程中喷水冷却铸型，然后离心浇注中间层，最后在静态下，在轧辊芯部浇注铸钢或合金球墨铸铁，得到高硼高速钢复合轧辊。中国发明专利CN1370644还公开了一种可用于热轧或冷轧的、含有硬质合金和铸钢的复合轧辊及其制备方法，其特征是：硬质合金工作环与钢基体之间有一互溶的过渡区，即其组成成分和金相组织均有别于两原组元的冶金结合层；而铸型在浇注前和浇注中需加热。这种复合轧辊既具有硬质合金的高硬度高耐磨性，又具有铸钢的高强度高韧性，其使用寿命与生产成本之比均高于硬质合金轧辊、耐磨铸铁轧辊和耐磨铸钢轧辊。但是，上述方法均未能解决大型离心复合轧辊浇注过程中存在辊心强度低、辊心和辊身结合层易出现夹渣，导致轧辊使用中易出现剥落事故的难题。

发明内容

本发明针对大型离心复合轧辊生产中存在的上述问题，提出在复合轧辊冲心过程中，铁水经浇注管注入铸型型腔。心部铁水浇注完毕后，将浇注管残留在铸型中，浇注管除了起浇注铁水的作用外，还可以对轧辊心部和辊颈起强化作用，可防止轧辊使用中出现断辊事故。此外，心部铁水的冲心过程，通过采用浇注管的导向，使铁水由下往上实现顺序冲心，并可冲走附着在轧辊耐磨外层内表面的夹杂物和玻璃保护渣，改善轧辊耐磨外层和心部铁水的冶金结合效果，提高复合层的结合强度，确保轧辊的安全使用。

本发明的目的可以通过以下措施来实现见图1：

首先往安装在卧式离心机上的冷型内浇注复合轧辊的耐磨外层高合金金属液体，轧辊外层高合金金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过150～300℃烘烤的玻璃渣(防氧化剂)，在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面；待外层高合金液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型、底箱铸型、浇注管组立装配在一起，其中冷型安装在底箱铸型上，而辊颈和冒口箱铸型安装在冷型上，耐火砖镶嵌在底箱的型砂中，浇注管竖立在铸型中心部位，并借助放置在辊颈和冒口箱铸型上的托架固定，从竖立在铸型中心部位的浇注管上端浇注心部铁水。

浇注管下端离放置在底箱型砂内的耐火砖顶面的距离h为180mm～230mm。浇铸管选用高强度离心球墨铸铁铸管，其化学组成成分(质量分数)为3.7-3.9％C，0.4-0.7％Mn，2.3-2.6％Si，0.10-0.25％Mo，0.3-0.6％Cu，0.03-0.08％Nb，0.03-0.08％Ti，0.08％＜Nb+Ti＜0.15％，0.01-0.03％K，0.035-0.065％RE，0.035-0.065％Mg，P＜0.06％，S＜0.02％，Fe余量。浇铸管内径φ250mm～300mm，壁厚10mm～12mm。

采用浇注管浇注铁水过程中，先以60～80kg/s的速度快速浇注铁水，当铁水进入辊颈和冒口箱铸型后，铁水浇注速度降至15～30kg/s。铁水充满铸型后，停止浇注，浇注管残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度。

本发明轧辊耐磨外层选用卧式离心机铸造成型，具有外层组织致密，夹杂、气孔和疏松缺陷少，轧辊耐磨性好等特点。另外，选用卧式离心机浇注轧辊外层，具有工艺简便、能耗低和效率高等优点。另外，轧辊外层高合金金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过150～300℃烘烤的玻璃渣，玻璃渣在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面，可起防止轧辊外层内表面氧化的作用。玻璃渣的成分为42-52％SiO₂，30-42％Na₂O，6-10％B₂O₃和4-10％Al₂O₃。由于玻璃渣密度只有2.1-2.2kg/dm³，软化点低于1200℃，可以将轧辊外层高合金金属液体中的气体和夹杂携带上浮，有利于改善复合轧辊的结合层质量，其加入量应控制在2.0-2.5kg/m²(轧辊耐磨外层内表面)。

从竖立在铸型中心部位的浇注管上端浇注心部铁水，心部铁水的冲心过程，通过采用浇注管的导向，使铁水由下往上实现顺序冲心，铁水冲心过程中，先以60～80kg/s的速度快速浇注铁水，可冲走附着在轧辊耐磨外层内表面的夹杂物和玻璃保护渣，改善轧辊耐磨外层和心部铁水的冶金结合效果，提高复合层的结合强度，确保轧辊的安全使用。但是，当铁水进入辊颈和冒口箱铸型后，铁水浇注速度应降至15～30kg/s，使铁水平稳充满铸型，然后停止浇注，浇注管残留在轧辊心部。由于浇注管采用抗拉强度达到720～760Mp的高强度离心球墨铸铁铸管，浇注后残留在轧辊心部，可对轧辊辊心和辊颈起强化作用，有利于防止轧辊使用中出现断辊事故。另外，球墨铸铁浇注管还起加快辊心和辊颈铁水的凝固作用，细化复合轧辊辊心和辊颈的组织，提高辊心和辊颈的强度和韧性。

在轧辊底箱的型砂内，预先埋入耐火砖，可以确保铁水进入铸型时不会冲坏铸型。浇注管下端离放置在底箱型砂内的耐火砖顶面的距离h控制在180mm～230mm，可以促进铁水冲走附着在轧辊耐磨外层内表面的夹杂物和玻璃保护渣，改善轧辊耐磨外层和心部铁水的冶金结合效果。

另外，铁水冲心温度过低，致使内外层不能熔合，同时各种夹杂物和玻璃保护渣不能浮向冒口上部，夹渣富集于结合层处，将降低复合轧辊结合层强度，影响轧辊安全使用。铁水冲心温度过高，则使轧辊外层厚度减薄，将降低轧辊使用寿命。铁水冲心温度控制在1330～1400℃效果最好。

附图说明

图1是合箱后准备冲心示意图：1-法兰，2-托架，3-铁水，4-浇注管，5-辊颈和冒口箱，6-型砂，7-玻璃渣，8-冷型，9-耐磨外层(工作层)，10-底箱，11-耐火砖。

图2是复合轧辊成品示意图：12-辊颈，9-耐磨外层(工作层)，13-辊心，14-残留浇注管。

具体实施方式

首先往安装在卧式离心机上的冷型(8)内浇注复合轧辊的耐磨外层高合金金属液体，轧辊外层高合金金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过150～300℃烘烤的玻璃渣(7)，在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面，待外层高合金液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型(5)、底箱铸型(10)、浇注管(4)组立装配在一起，浇注管(4)竖立在铸型中心部位，浇注管(4)上端带有法兰(1)，并借助放置在辊颈和冒口箱(5)内型砂(6)上的托架(2)固定，图1是合箱后准备冲心示意图，从竖立在铸型中心部位的浇注管(4)上端浇注心部铁水(3)，浇注管(4)下端离放置在底箱(10)型砂(6)内的耐火砖(11)顶面的距离h为180mm～230mm；浇铸管(4)选用高强度离心球墨铸铁铸管，其化学组成成分为3.7-3.9％C，0.4-0.7％Mn，2.3-2.6％Si，0.10-0.25％Mo，0.3-0.6％Cu，0.03-0.08％Nb，0.03-0.08％Ti，0.08％＜Nb+Ti＜0.15％，0.01-0.03％K，0.035-0.065％RE，0.035-0.065％Mg，P＜0.06％，S＜0.02％，Fe余量。浇铸管内径φ250mm～300mm，壁厚10mm～12mm。采用浇注管(4)浇注铁水过程中，先以60～80kg/s的速度快速浇注铁水(3)，当铁水(3)进入辊颈和冒口箱铸型(5)后，铁水(3)浇注速度降至15～30kg/s。铁水(3)充满铸型后，停止浇注，浇注管(4)残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度，最后得到的轧辊示意图见图2。

发明效果：

(1)本发明轧辊耐磨外层和心部铸铁的结合层无夹杂、气孔、裂纹等缺陷，结合强度高，达到550～580Mpa；

(2)本发明轧辊辊颈和心部组织致密，无疏松、气孔等铸造缺陷；

(3)本发明轧辊心部残留的高强度球墨铸铁管，可以对复合轧辊的心部和辊颈进行强化，有利于防止轧辊使用中出现断辊事故；

(4)本发明轧辊可以提高心部铁水的收得率，比普通方法浇注复合轧辊的心部铁水收得率提高12％～15％。

采用本发明浇注的轧辊，辊颈和辊心组织致密、无疏松和气孔缺陷，强韧性好，高强度离心球墨铸铁铸管镶嵌在辊颈和辊心中，可以起进一步的强化作用。本发明复合轧辊的耐磨外层与心部球铁具有良好的冶金结合，结合层强度高，轧辊使用中无断辊、剥落显现出现，提高了轧辊使用的安全性和可靠性，已取得了很好的经济和社会效益。

下面结合实施例对本发明做进一步详述：

实施例1：

采用离心铸造方法铸造φ650mm×1700mm高速钢复合轧辊，轧辊外层是高速钢，辊心和辊颈是球墨铸铁。先用电炉分别熔炼高速钢和球墨铸铁。然后往安装在卧式离心机上的冷型(8)内浇注复合轧辊的耐磨外层高速钢金属液体，轧辊外层高速钢金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过300℃烘烤的玻璃渣(7)，玻璃渣的成分(质量分数)为42.5％SiO₂，41.8％Na₂O，9.5％B₂O₃和6.2％Al₂O₃，其加入量控制在2.0kg/m²(轧辊耐磨外层内表面)，在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面。待外层高速钢液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型(5)、底箱铸型(10)、浇注管(4)组立装配在一起，浇注管(4)竖立在铸型中心部位，浇注管(4)上端带有法兰(1)，并借助放置在辊颈和冒口箱(5)内型砂(6)上的托架(2)固定，图1是合箱后准备冲心示意图。从竖立在铸型中心部位的浇注管(4)上端浇注心部球墨铸铁铁水(3)。浇注管(4)下端离放置在底箱(10)型砂(6)内的耐火砖(11)顶面的距离h为180mm。浇铸管(4)选用高强度离心球墨铸铁铸管，其化学组成成分为3.71％C，0.45％Mn，2.58％Si，0.21％Mo，0.34％Cu，0.04％Nb，0.07％Ti，0.02％K，0.037％RE，0.060％Mg，0.051％P，0.008％S，Fe余量。浇铸管(4)内径φ250mm，壁厚10mm。采用浇注管(4)浇注1337℃铁水(3)过程中，先以60kg/s的速度快速浇注铁水(3)，当铁水(3)进入辊颈和冒口箱铸型(5)后，铁水(3)浇注速度降至15kg/s。铁水(3)充满铸型后，停止浇注，浇注管(4)残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度，最后得到的轧辊示意图见图2。

实施例2：

采用离心铸造方法铸造φ730mm×2600mm高镍铬铸铁复合轧辊，轧辊外层是高镍铬铸铁，辊心和辊颈是球墨铸铁。先用电炉分别熔炼高镍铬铸铁和球墨铸铁。然后往安装在卧式离心机上的冷型(8)内浇注复合轧辊的耐磨外层高镍铬铸铁金属液体，轧辊外层高镍铬铸铁金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过150℃烘烤的玻璃渣(7)，玻璃渣的成分(质量分数)为51.3％SiO₂，33.1％Na₂O，7.6％B₂O₃和8.00％Al₂O₃，其加入量控制在2.5kg/m²(轧辊耐磨外层内表面)，在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面。待外层高镍铬铸铁液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型(5)、底箱铸型(10)、浇注管(4)组立装配在一起，浇注管(4)竖立在铸型中心部位，浇注管(4)上端带有法兰(1)，并借助放置在辊颈和冒口箱(5)内型砂(6)上的托架(2)固定，图1是合箱后准备冲心示意图。从竖立在铸型中心部位的浇注管(4)上端浇注心部铁水(3)。浇注管(4)下端离放置在底箱(10)型砂(6)内的耐火砖(11)顶面的距离h为230mm。浇铸管(4)选用高强度离心球墨铸铁铸管，其化学组成成分为3.88％C，0.61％Mn，2.34％Si，0.13％Mo，0.56％Cu，0.08％Nb，0.05％Ti，0.03％K，0.061％RE，0.039％Mg，0.047％P，0.011％S，Fe余量。浇铸管内径φ300mm，壁厚12mm。采用浇注管(4)浇注1395℃铁水(3)过程中，先以80kg/s的速度快速浇注铁水(3)，当铁水(3)进入辊颈和冒口箱铸型(5)后，铁水(3)浇注速度降至30kg/s。铁水(3)充满铸型后，停止浇注，浇注管(4)残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度，最后得到的轧辊示意图见图2。

Claims

1.一种耐磨复合轧辊的制造方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先往安装在卧式离心机上的冷型内浇注复合轧辊的耐磨外层高合金金属液体，轧辊外层高合金金属液体浇注完毕后，往冷型内加入经过150～300℃烘烤的玻璃渣，其加入量应控制在2.0-2.5kg/m²(轧辊耐磨外层内表面)，在离心力的作用下均匀覆盖轧辊外层的内表面。待外层高合金液体凝固后，将离心冷型吊立起来与辊颈和冒口箱铸型、底箱铸型、浇注管组立装配在一起，从竖立在铸型中心部位的浇注管上端浇注心部铁水，浇注管下端离放置在底箱型砂内的耐火砖顶面的距离h为180mm～230mm；采用浇注管浇注铁水过程中，铁水温度控制在1330～1400℃，先以60～80kg/s的速度快速浇注铁水，当铁水进入辊颈和冒口箱铸型后，铁水浇注速度降至15～30kg/s；铁水充满铸型后，停止浇注，浇注管残留在轧辊心部，轧辊冷却至室温后，开箱清理轧辊毛坯，轧辊经粗加工后进行淬火和回火处理，最后精加工至规定尺寸和精度。

2.如权利要求1所述的轧辊制造方法，其特征在于，浇铸管选用高强度离心球墨铸铁铸管，其化学组成及质量分数为3.7-3.9％C，0.4-0.7％Mn，2.3-2.6％Si，0.10-0.25％Mo，0.3-0.6％Cu，0.03-0.08％Nb，0.03-0.08％Ti，0.08％＜Nb+Ti＜0.15％，0.01-0.03％K，0.035-0.065％RE，0.035-0.065％Mg，P＜0.06％，S＜0.02％，余量Fe。

3.如权利要求1或2所述的轧辊制造方法，其特征在于浇铸管内径φ250mm～300mm，壁厚10mm～12mm。

4.如权利要求1、2或3所说的轧辊制造方法，其特征在于玻璃渣的成分及质量分数为42-52％SiO₂，30-42％Na₂O，6-10％B₂O₃和4-10％Al₂O₃。