CN104308113B - 一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该方法步骤如下：1）、在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；2）、根据高速钢钢水中的化学成分和球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，并控制过渡层浇注厚度；3）、当过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，吊出轧辊铸型合箱，静态浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4）、保温冷却至室温开箱，粗加工、淬火、回火热处理和精加工后即得低界面失效的高速钢轧辊。本发明铸造的轧辊界面冶金结合好、结合强度高且外层不易剥落。

Description

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法
技术领域
本发明涉及轧辊铸造技术领域，具体地说是一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。
背景技术
目前，离心复合铸造轧辊在使用过程中发生失效的主要类型是外层从结合层处剥落，主要原因是结合层冶金结合差，结合强度低，在轧制过程中由于轧制力的作用容易发生结合层高周疲劳，随着轧制进程的延长疲劳裂纹扩展和传播，当裂纹扩展到临界剥落的值时抵抗不了轧制力的作用引发外层大面积剥落。结合层冶金结合差，结合强度低，由两方面的原因造成：一.内外层互熔层过薄造成弱结合，导致结合层结合强度低；二. 内外层互熔层过厚造成外层高合金成分过多的渗入内层球铁中，引发过渡内层球铁强度指标的下降，导致结合层结合强度降低。如中国专利CN102990031.A公开了一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，其特征在于当外层高硼高速钢辊身内表面温度为1300-1350℃时，继续在转速为700-750转/分钟的离心机上，浇注温度1450-1470℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为15-20mm，其缺点在于采用了过高的辊身内表面温度和过高的过渡层球墨铸铁铁水温度参数来实现离心浇注成型，易造成内外层互熔层过厚造成外层高合金成分过多的渗入内层球铁中，引发过渡内层球铁强度指标的下降，导致结合层结合强度低；如中国专利CN102274856.A公开了一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，其特征在于离心铸造，浇注温度1420-1480℃，先铸造高速钢外层，离心重量倍数100-120G，铸造厚度90-110mm，当铸层冷却到1225-1245℃时，再离心铸造中间过渡层，铸造厚度40-60mm，离心重量倍数100-120G，当铸层冷却到1220-1240℃时停止，其缺点在于不同的外层化学成分离心铸造时，采用一个较窄的铸层温度参数很难精确控制外层和过渡层互熔的厚度，结合层的冶金结合质量和结合强度难以保证。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于所述的铸造方法步骤如下：
1）、在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；
2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1420-[100*C+8*Si+30*P+20*S+18*Ti+5*(Mn+Cu+Al+Ni)+2*(Cr+Mo+V+W)]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1680-(100*C+8*Si)±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40mm，其中温度T1中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T2中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；
3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；
4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
步骤1）中离心机的转速为22-28m/s。
步骤1）中外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃。
步骤1）中浇注完毕后向铸型内加入5-10Kg/m2的保护渣。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过高温高速钢钢水中的化学成分和高温球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定高温球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，即通过对外层内表面界面温度和过渡层球墨铸铁铁水浇注温度的精确计算和控制，实现定时、定温、定量浇注，能够显著提高结合层的冶金结合质量和结合强度，使得铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法步骤如下：
1）、在转速为22-28m/s的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃，浇注完毕后向铸型内加入5-10Kg/m2的LF101型保护渣；
2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1420-[100*C+8*Si+30*P+20*S+18*Ti+5*(Mn+Cu+Al+Ni)+2*(Cr+Mo+V+W)]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1680-(100*C+8*Si)±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40mm，其中温度T1中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T2中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；
3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；
4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
下面分别通过实施例1、实施例2和实施例3来说明本发明提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，实施例1、实施例2和实施例3的产品规格分别为：Φ380х650mm、Φ700х1700mm、Φ800х2000mm，针对以上规格离心复合铸造高速钢轧辊时，工艺执行过程中的控制参数如下：
一、实际制造过程中的外层和芯轴部位的化学成分如表1所示：
表1 实施例1、实施例2和实施例3的外层和芯轴部位的化学成分表。
二、按表1中的化学成分计算和控制的外层内表面界面温度和过渡层浇注温度如表2所示：
表2 实施例1、实施例2和实施例3中高速钢轧辊铸造时的控制参数表。
实施例1
当需要铸造一种规格为Φ380х650mm的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：1）、在转速为23m/s的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1428℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为87℃，浇注完毕后向铸型内加入7Kg/m2的LF101型保护渣；2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1221℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1357℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为28mm；3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1125℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1365℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
实施例2
当需要铸造一种规格为Φ700х1700mm的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：1）、在转速为27.5m/s的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1436℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为103℃，浇注完毕后向铸型内加入9Kg/m2的LF101型保护渣；2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1214℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1344℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为32mm；3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1092℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1346℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
实施例3
当需要铸造一种规格为Φ800х2000mm的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：1）、在转速为26m/s的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1443℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为112℃，浇注完毕后向铸型内加入6.5Kg/m2的LF101型保护渣；2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1190℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1326℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为37mm；3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1058℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1357℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
对上述实施例1、实施例2和实施例3铸造出的高速钢轧辊在热处理后进行取样检 测，得出通过本发明提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法铸造出来高速钢轧 辊性能数据如表3所示：
项次 内外层互熔层厚度 结合层强度
实施例1 1-1.5mm 472Mpa
实施例2 1-2mm 433Mpa
实施例3 1-1.5mm 456Mpa
根据工艺规定的内控标准：内外层互熔层厚度≤3mm、结合层强度≥400Mpa可知，本发明提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法铸造出来高速钢轧辊的内外层互熔层厚度和结合层强度都达到了工艺规定的内控标准要求，实现了低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造的可靠稳定生产。
本发明通过高温高速钢钢水中的化学成分和高温球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定高温球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，即通过对外层内表面界面温度和过渡层球墨铸铁铁水浇注温度的精确计算和控制，实现定时、定温、定量浇注，能够显著提高结合层的冶金结合质量和结合强度，使得铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于所述的铸造方法步骤如下：
1）、在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；
2）、当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T1＝1420-[100*C+8*Si+30*P+20*S+18*Ti+5*(Mn+Cu+Al+Ni)+2*(Cr+Mo+V+W)]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T2＝1680-(100*C+8*Si)±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40mm，其中温度T1中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T2中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；
3）、当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；
4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。
2.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中离心机的转速为22-28m/s。
3.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃。
4.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中浇注完毕后向铸型内加入5-10Kg/m2的保护渣。
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