CN105463314A

CN105463314A - 一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒及其制造方法

Info

Publication number: CN105463314A
Application number: CN201610002641.XA
Authority: CN
Inventors: 杨昱东; 刘娣; 杜旭景; 孙熙钊; 岳景朝; 高梦洁; 赵亮
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明公开了一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒及其制造方法，包括球墨铸铁辊筒芯部和辊筒的工作层，所述辊筒工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C：1.30~2.00%，Si：0.50~1.00%，Mn：0.80~1.10%，Cr：8.00~11.00%，Ni：0.20~2.00%，Mo：0.50~1.50%，V：0.50~1.00%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。本发明通过合理设计合金成分和制造工艺解决了传统辊筒工作层存在石墨相，并在使用过程中因石墨相的脱落引起的耐磨性差、轧制的橡塑制品表面光滑度差等技术问题。

Description

一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种辊筒及其制造方法，具体涉及到一种用于轧制橡塑的辊筒及其制造方法。

背景技术

近年来，橡塑制品在工业生产中的应用越来越广泛，同时随着各项工程对橡塑制品质量要求越来越严格，因此用于轧制橡塑制品的辊筒的工作层的性能至关重要。基于用于轧制橡塑的辊筒的本身特点，使用层比较薄，在轧制过程中辊筒升温速率比较快，因此为了控制轧制过程辊温需要在辊身中加工调温的通孔，就必须保证打孔部位的可加工性，提高加工效率，因此，需要设计出工作层厚度及硬度符合使用要求的辊筒。

目前，橡塑制品轧制用辊筒所用的材质主要为冷硬铸铁材质和高镍铬无限冷硬铸铁材质，采用传统的整体砂型铸造或者整体离心铸造，工作层中均含有一定数量的渗碳体和石墨，在一定程度上可提高辊筒的硬度和热传导性能，但是在轧辊的使用过程中易发生热疲劳裂纹，同时石墨容易磨损脱落，在辊面上形成20-100μm的孔洞，降低了辊筒表面的光洁度。辊筒工作面上石墨脱落形成孔洞，一方面会严重影响轧制，会造成提前换辊，并且换辊步骤比较繁琐需要对机座进行拆装，整个过程所用周期长，需停产15-30天，这无疑缩短了辊筒的在机时间，而且频繁换辊造成停工损失；另一方面在轧制较薄品种时，辊筒工作层形成的孔洞会直接反映在轧制品表面，影响橡塑制品的等级，限制了轧制规格的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种橡塑轧机用的辊筒及其制造方法，以解决传统辊筒工作层中存在石墨相及后续使用过程中因石墨相的脱落引起的辊筒工作层表面质量差在机周期短、无法完成高品质要求橡塑制品的轧制等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒，包括辊筒芯部和辊筒的工作层，其特征在于：辊筒工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C：1.30~2.00%，Si：0.50~1.00%，Mn：0.80~1.10%，Cr：8.00~11.00%，Ni：0.20~2.00%，Mo：0.50~1.50%，V：0.50~1.00%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

进一步的，辊筒工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C：1.30~2.00%，Si：0.50~1.00%，Mn：0.90~1.00%，Cr：8.50~10.50%，Ni：0.40~1.60%，Mo：0.60~1.40%，V：0.50~1.00%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒的制造方法，包括以下工艺过程：

a）冶炼：辊筒工作层以优质废钢配以适当的合金为原料，在感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1500℃~1650℃；出炉前加入脱氧剂对钢水进行脱氧，反应温度为1530℃~1580℃；

辊筒芯部材质为球墨铸铁，以生铁为原料；辊筒芯部的冶炼工艺为：冶炼温度为1450℃~1500℃，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为铁水总量的0.4%~0.8%，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的1%~1.3%。

b）离心铸造：首先浇注辊筒工作层，钢水采用低温浇注，浇注温度为1350℃~1450℃，浇注时离心机转速为900~1000转/分钟，当辊筒工作层钢水浇注完成后，将离心机转速调整为500~600转/分钟，直到浇注的外层温度冷却到900℃~1000℃；

c）合箱浇注辊筒芯部：将浇注好辊筒工作层的冷型与用于浇注辊筒芯部的砂箱进行合并；将经过变质和孕育处理的辊筒芯部铁水浇注到合并后的铸型内，浇注温度为1400℃~1430℃；

d）打箱清砂：待铸件在砂箱中缓冷至≤150℃后，打开砂箱取出铸件，清理铸件表面附着的型砂；

e）预备热处理：将铸件进行去应力退火，退火温度400℃~600℃，保温时间30小时~80小时，保温结束后随炉冷却；然后机械加工达到要求的尺寸及精度；

f）最终热处理：采用差温淬火方法对辊筒进行热处理，淬火温度900℃~1050℃，淬火保温时间5小时~10小时，采用吹风冷却方式冷却；回火温度470℃~520℃，回火时间共计100小时~150小时。

本发明的用于轧制橡塑的无石墨滚筒的制造方法的进一步改进在于：脱氧剂为铝，加入量占钢液质量的0.2%~0.8%。

本发明制得的无石墨辊筒工作层的厚度为15~30mm，工作层厚度均匀性≤5mm；辊筒的工作层的热处理硬度为HSD70~85。

由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：

采用本发明的方法和材质制造的轧辊，解决了传统辊筒石墨脱落问题，在使用过程中因石墨相的脱落引起的耐磨性差、轧制的橡塑制品表面光滑度差等技术问题。本发明通过合金成分的合理配置，成功制备出适用于橡塑轧机的无石墨辊筒，该辊筒材质具备高铬合金钢的硬度和耐磨性优势的同时还具有无石墨相，合金分布均匀，有效提升了辊筒工作层性能指标，工作层硬度控制在HSD70~85，较HSD≤70的传统辊筒材质耐磨性提高50%以上，延长了辊筒的轧制年限，提高了生产效率。

本发明中辊筒工作层采用高耐磨的无石墨材质，辊筒芯部采用强韧性及传导性能优良的球墨铸铁材质，通过离心铸造的方法将工作层和芯部复合到一起，不仅提高了辊筒工作层的使用性能，同时也保证了芯部的加工以及导热性能；本发明合理的调配了C、Mn、Cr、Mo、V、Ni等合金元素的含量，利用Cr、Ni、Mo等合金元素与C的亲和力高，避免碳的过饱和析出，形成石墨相降低辊筒工作层的力学性能及使用性能。

本发明中辊筒工作层浇注时，采用低温浇注，可以提高外层的冷却速度，离心机的转速控制在900~1000转/分钟，通过高速离心使辊筒工作层在浇注过程中具有较高的致密度。本发明通过外层及芯部浇注温度的合理匹配，工作层厚度偏差控制在5mm以内，工作层厚度的均匀性保证了辊身部位通孔的加工。本发明中铸件在砂箱中的缓冷至≤150℃，保证了铸件的均匀冷却，避免了开裂。本发明中轧辊的回火时间为100~150小时，保证了碳化物析出充分，提高辊筒工作层硬度。本发明产品经过热处理后，辊筒工作层硬度控制在HSD70~85，耐磨性较传统材质提高50%以上。

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作更进一步详细说明：

实施例1：

一种用于轧制橡塑用无石墨辊筒，规格为￠660×2130×3260，工作层使用6mm（半径），要求厚度为15~30mm，硬度要求为HSD70~76，辊筒包括辊筒的工作层和辊筒芯部，其中辊筒工作层的合金成分以及重量百分含量设计目标为：C1.35~1.45%，Si0.50~0.70%，Mn0.80~0.90%，Cr8.50~9.50%，Ni0.50~0.70%，Mo0.5~0.7%，V0.50~0.60%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

冶炼过程中，辊筒工作层以优质废钢配以适当的合金为原料，在感应炉中进行冶炼，冶炼温度为1500℃~1650℃；辊筒芯部材质为球墨铸铁，以生铁为原料；辊筒芯部的冶炼工艺为：冶炼温度为1450℃~1500℃。

根据辊筒的技术要求，于辊筒工作层材质出炉前加入脱氧剂对钢水进行脱氧，脱氧剂为铝，铝的加入量为钢水重量的0.75%，反应温度为1530℃~1580℃；于辊筒芯部材质出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为铁水总量的0.8%，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的1.2%。离心铸造过程中浇铸时离心机的转速为900转/分钟，当辊筒工作层钢水浇注完成后，离心机转速调整为520转/分钟；预备热处理的退火温度460℃，保温时间40小时；最终热处理的淬火温度900℃，淬火保温时间6小时，采用强力吹风冷却方式；回火温度470℃，回火时间共计100小时。

炉前取样对钢水的化学成分进行分析，经检测辊筒工作层的化学成分及重量百分含量为：C1.38%，Si0.60%，Mn0.83%，Cr9.00%，Ni0.66%，Mo0.64%，V0.52%，S0.02%，P0.04%，其余为Fe和不可避免杂质。

经检测，辊筒工作层厚度为15~18mm，热处理轧辊表面硬度可达HSD75~76，相同实验条件下的线磨损量比同硬度高镍铬无限冷型铸铁材质降低73%。

实施例2：

一种用于轧制橡塑用无石墨辊筒，规格为￠905×2800×5960，工作层使用8mm（半径），要求厚度为15~30mm，硬度要求为HSD75~80。

与实施例1的区别在于：

辊筒工作层的合金成分以及重量百分含量设计目标为：C1.65~1.75%，Si0.60~0.80%，Mn0.90~1.00%，Cr9.00~10.50%，Ni1.00~1.10%，Mo1.00~1.10%，V0.65~0.75%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

冶炼过程中铝的加入量为钢水重量的0.75%，孕育剂的添加量为0.8%，球化剂的添加量为1.2%；离心铸造过程中浇铸时离心机的转速为950转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，离心机转速调整为550转/分钟；预备热处理的退火温度500℃，保温时间60小时；最终热处理的淬火温度1000℃，淬火保温时间8小时，采用强力吹风冷却方式；回火温度500℃，回火时间共计120小时。

对钢水的化学成分进行分析，得到所炼制的钢水的化学成分及重量百分含量为：C1.70%，Si0.72%，Mn0.93%，Cr10.00%，Ni1.02%，Mo1.06%，V0.68%，S0.03%，P0.35%，其余为Fe和不可避免杂质。

经检测，工作层厚度为20~25mm，最终制得的轧辊表面硬度HSD77~79，相同实验条件下的线磨损量比同硬度高镍铬无限冷型铸铁材质降低81%。

实施例3：

一种用于轧制橡塑用无石墨辊筒，规格为￠800×2500×5160，工作层使用7mm（半径），要求厚度为15-30mm，硬度要求为HSD80-85。

与实施例1的区别在于：

辊筒工作层的合金成分以及重量百分含量设计目标为：C1.80~1.95%，Si0.70~0.90%，Mn1.00~1.10%，Cr9.00~10.50%，Ni1.00~1.10%，Mo1.00~1.10%，V0.65~0.75%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

冶炼过程中铝的加入量为钢水重量的0.75%，孕育剂的添加量为0.8%，球化剂的添加量为1.2%；离心铸造过程中浇铸时离心机的转速为1000转/分钟，当辊身工作层钢水浇注完成后，离心机转速调整为600转/分钟；预备热处理的退火温度560℃，保温时间80小时；最终热处理的淬火温度1050℃，淬火保温时间9小时，采用强力吹风冷却方式；回火温度520℃，回火时间共计150小时。

对钢水的化学成分进行分析，得到所炼制的钢水的化学成分及重量百分含量为：C1.85%，Si0.82%，Mn1.03%，Cr10.00%，Ni1.02%，Mo1.06%，V0.68%，S0.03%，P0.35%，其余为Fe和不可避免杂质。

经检测，工作层厚度为23~28mm，最终制得的轧辊表面硬度HSD82~84，相同实验条件下的线磨损量比同硬度高镍铬无限冷型铸铁材质降低95%。

Claims

1.一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒，包括球墨铸铁辊筒芯部和辊筒的工作层，其特征在于：辊筒工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C：1.30~2.00%，Si：0.50~1.00%，Mn：0.80~1.10%，Cr：8.00~11.00%，Ni：0.20~2.00%，Mo：0.50~1.50%，V：0.50~1.00%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒，其特征在于：辊筒工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C：1.30~2.00%，Si：0.50~1.00%，Mn：0.90~1.00%，Cr：8.50~10.50%，Ni：0.40~1.60%，Mo：0.60~1.40%，V：0.50~1.00%，S≤0.03%，P≤0.05%，其余为Fe和不可避免杂质。

3.权利要求1所述的一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒的制造方法，其特征在于包括以下工艺过程：

辊筒芯部材质为球墨铸铁，以生铁为原料；辊筒芯部的冶炼工艺为：冶炼温度为1450℃~1500℃，出炉前在铁水中加入孕育剂和球化剂，孕育剂为硅铁，添加量为铁水总量的0.4%~0.8%，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的1%~1.3%；

4.根据权利要求2所述的一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒的制造方法，其特征在于：脱氧剂为铝，加入量占钢液质量的0.2%~0.8%。

5.根据权利要求2所述的一种用于轧制橡塑的无石墨辊筒的制造方法，其特征在于：工作层的厚度为15~30mm，工作层厚度偏差≤5mm。