CN108311655A - 一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，采用离心铸造工艺进行粗轧辊的铸造，通过科学合理的对外层与内芯铁液的化学成分进行配比，低镍、中镍球墨铸铁轧辊与传统铸造低NiCr‑Mo冷球轧辊强度得到显著的提高；本发明在轧辊内芯层采用钇基重RE长效球化剂和Si‑Ba长效孕育剂，轧辊芯部强度大幅度提高，解决了普通轧辊芯部球化衰退的技术难题；同时本发明通过正火与回火等热处理工艺，消除残余应力比较完全，提高轧辊的综合力学性能；本发明生产的棒材轧机粗轧辊采用离心铸造后，可以降低金属原料消耗，使轧辊铸件成品率上升，同时提高了轧辊的强度、耐磨性以及耐用度，具有显著的经济效益和社会效益，值得推广。

Description

一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法。
背景技术
热连轧精轧工作辊与灼热的钢坯接触，使轧辊表面温度升高，与板坯分离以后，轧辊随即又在连续喷水下急速冷却，从而使轧辊表面承受交变的热应力的作用。因此，所用的轧辊需要兼有高的强度与韧性，并且要有良好的耐磨性与抗热疲劳性能。利用离心铸造法生产复合轧辊具有成本低、生产效率高、表面硬度均匀等优点。影响离心铸造轧辊质量及抗腐蚀耐磨损性能的因素有：化学成分，冶炼及浇注工艺参数，热处理、冷却方式等。
棒材轧机粗轧辊的辊身直径一般为450-660mm，辊身长度为700-1100mm，粗轧辊开槽深度一般为80-120mm。因此，棒材粗轧辊技术要求为：(1)辊身工作层深度为80-120mm，确保轧辊的使用周期；(2)辊身硬度为50-58HSD，保证粗轧辊有良好的咬入性，并有一定的耐磨性；(3)辊身工作层硬度落差应小于0.9HSD/cm，确保轧辊最后一个使用周期槽底硬度和耐磨性；(4)轧辊的抗拉强度应大于500MPa，防止断辊；(5)轧辊应有良好的抗热裂纹性、抗剥落性、抗冲击性。为了棒材粗轧辊的需求，就需要针对离心铸造轧辊的工艺进行一系列的改进，得到满足各方面要求的棒材粗轧辊产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，粗轧辊由轧辊外层、轧辊芯部复合而成，其具体制备方法如下：
(1)轧辊外层铁液采用低镍或中镍球墨铸铁，确定具体化学成分，采用堤坝坑式包底冲入法进行球化处理，堤坝坑内面积占包底的2/5-1/2，堤坝高度为可容纳添加的球化剂和覆盖剂即可，将球化剂装入堤坝坑内，上面覆盖铁屑并打实，出铁时，铁液冲向没有球化剂一侧，先出2/3的铁液，球化反应即将结束时，再补放其余铁液，补放铁液时，加入适量孕育剂，进行充分搅拌，控制1450-1490℃的出炉温度；
(2)轧辊芯部采用高强度球磨铸铁，确定具体化学成分，选择合适的球化剂以及孕育剂，与外层铁液采用相同的球化处理与孕育处理，最后控制出炉温度1400-1450℃；
(3)外层铁液进行离心浇注时，用电子秤称量所需的铁液，开始浇注的铁液流量要大一些，使铁液尽快充满整个铸型的内表面，随后进行匀速浇注，严禁铁液断流，浇注时，铁液的温度控制在1360-1380℃，外层铁液浇注后，从冷型两端向冷型内撒入新型浮渣玻璃，控制厚度2-3㎜，外层内壁冷却至1070-1100℃时，停机减速，冷型停稳后，吊起冷型往浇注坑合箱，合箱后立即浇注填芯铁液，控制合适的浇注速度，加入0.1-0.2％的随流孕育剂，轧辊浇注完毕后，应在冒口内加入保温剂，防止离心辊上辊颈顶缩；
(4)将成型的轧辊进行热处理，首先正火加热至550-600℃，保温10-15小时，空冷至室温后回火，加热至300-350℃，保温4-5小时，继续空冷至室温即可。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(1)所述的轧辊外层铁液的化学成分，具体为，按照质量比碳2.90％-3.20％，硅2.3％-2.6％，锰0.50％-0.80％，磷<0.05％，硫<0.03％，钼0.3％-0.4％，铬0.20％-0.40％，其中低镍球墨铸铁和中镍球墨铸铁轧辊镍含量分别控制在0.5％-0.9％和1.2％-1.5％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(1)所述的球化剂为Cu-Mg合金(铜含量85-87％，镁含量13-15％)和REMgSiFe合金，且Cu-Mg合金的加入量为1.30％-1.50％，REMgSiFe合金的加入量为0.50％-0.60％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(1)所述的孕育剂为硅化铁，添加量为铁液的0.7-0.8％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(2)所述的轧辊芯部铸铁的化学成分，具体为，按照质量比碳3.00％-3.50％，硅2.00％-2.60％，锰0.50％-0.80％，磷＜0.05％，硫＜0.03％，镁0.03％-0.06％，铼0.01％-0.03％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(2)所述的合适的球化剂以及孕育剂，分别是指：球化剂为钇基重RE长效球化剂(RE重2％-3％，Mg6.3-6.7％，Ca1.8％-2.0％)，添加量为铁液的1.8-2％；孕育剂采用Si-Ba长效孕育剂(Ba4％-6％，Ca2.0％，Si70％-71％，Al＜1.2％)，添加量为铁液的0.8-1.2％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(3)所述的控制浇注速度，在浇注外层铁液时的速度为16.1kg/s，浇注芯部铁液的速度为30.3kg/s。
本发明的有益效果是：
本发明采用离心铸造工艺进行粗轧辊的铸造，通过科学合理的对外层与内芯铁液的化学成分进行配比，低镍、中镍球墨铸铁轧辊与传统铸造低NiCr-Mo冷球轧辊强度得到显著的提高，同时离心铸造比普通铸造更加节省铁液的用量，不仅可以解决粗轧辊断辊的技术难题，提高轧辊的耐用性，还可以降低轧辊金属原料的消耗，提高轧辊铸造成品率，进而降低生产成本；本发明在轧辊内芯层采用钇基重RE长效球化剂和Si-Ba长效孕育剂，轧辊芯部强度大幅度提高，解决了普通轧辊芯部球化衰退的技术难题；同时本发明通过正火与回火等热处理工艺，通过不同的温度控制，消除残余机加工应力与铸造应力比较完全，碳化物尚未长大，细小且均匀弥散的分布在针状马氏体基体上，轧辊工作层硬度较高，有利于阻止裂纹的扩展，提高轧辊的综合力学性能；本发明生产的棒材轧机粗轧辊采用离心铸造后，可以降低金属原料消耗，使轧辊铸件成品率上升，同时提高了轧辊的强度、耐磨性以及耐用度，具有显著的经济效益和社会效益，值得推广。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，粗轧辊由轧辊外层、轧辊芯部复合而成，其具体制备方法如下：
(1)轧辊外层铁液采用中镍球墨铸铁，质量比碳2.90％-3.20％，硅2.3％-2.6％，锰0.50％-0.80％，磷<0.05％，硫<0.03％，钼0.3％-0.4％，铬0.20％-0.40％，镍1.2％-1.5％，采用堤坝坑式包底冲入法进行球化处理，堤坝坑内面积占包底的2/5，堤坝高度为可容纳添加的球化剂和覆盖剂即可，将球化剂装入堤坝坑内，上面覆盖铁屑并打实，出铁时，铁液冲向没有球化剂一侧，先出2/3的铁液，球化反应即将结束时，再补放其余铁液，补放铁液时，加入0.7％的孕育剂硅化铁，进行充分搅拌，控制1450-1490℃的出炉温度；
(2)轧辊芯部采用高强度球磨铸铁，质量比碳3.00％-3.50％，硅2.00％-2.60％，锰0.50％-0.80％，磷＜0.05％，硫＜0.03％，镁0.03％-0.06％，铼0.01％-0.03％，选择钇基重RE长效球化剂以及Si-Ba长效孕育剂，与外层铁液采用相同的球化处理与孕育处理，最后控制出炉温度1400-1450℃；
(3)外层铁液进行离心浇注时，用电子秤称量所需的铁液，开始浇注的铁液流量要大一些，使铁液尽快充满整个铸型的内表面，随后进行匀速浇注，严禁铁液断流，浇注时，铁液的温度控制在1360-1380℃，外层铁液浇注后，从冷型两端向冷型内撒入新型浮渣玻璃，控制厚度2-3㎜，外层内壁冷却至1070-1100℃时，停机减速，冷型停稳后，吊起冷型往浇注坑合箱，合箱后立即浇注填芯铁液，控制合适的浇注速度，加入0.1-0.2％的随流孕育剂，轧辊浇注完毕后，应在冒口内加入保温剂，防止离心辊上辊颈顶缩；
(4)将成型的轧辊进行热处理，首先正火加热至550-600℃，保温10-15小时，空冷至室温后回火，加热至300-350℃，保温4-5小时，继续空冷至室温即可。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(1)所述的球化剂为Cu-Mg合金(铜含量85，镁含量15％)和REMgSiFe合金，且Cu-Mg合金的加入量为1.50％，REMgSiFe合金的加入量为0.50％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(2)所述的球化剂以及孕育剂，球化剂为钇基重RE长效球化剂(RE重2％-3％，Mg6.3-6.7％，Ca1.8％-2.0％)，添加量为铁液的2％；孕育剂采用Si-Ba长效孕育剂(Ba4％-6％，Ca2.0％，Si70％-71％，Al＜1.2％)，添加量为铁液的1.2％。
一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，步骤(3)所述的控制浇注速度，在浇注完成铁液时的速度为16.1kg/s，浇注芯部铁液的速度为30.3kg/s。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，粗轧辊由轧辊外层、轧辊芯部复合而成，其具体制备方法如下：
(1)轧辊外层铁液采用低镍或中镍球墨铸铁，确定具体化学成分，采用堤坝坑式包底冲入法进行球化处理，堤坝坑内面积占包底的2/5-1/2，堤坝高度为可容纳添加的球化剂和覆盖剂即可，将球化剂装入堤坝坑内，上面覆盖铁屑并打实，出铁时，铁液冲向没有球化剂一侧，先出2/3的铁液，球化反应即将结束时，再补放其余铁液，补放铁液时，加入适量孕育剂，进行充分搅拌，控制1450-1490℃的出炉温度；
(2)轧辊芯部采用高强度球磨铸铁，确定具体化学成分，选择合适的球化剂以及孕育剂，与外层铁液采用相同的球化处理与孕育处理，最后控制出炉温度1400-1450℃；
(3)外层铁液进行离心浇注时，用电子秤称量所需的铁液，开始浇注的铁液流量要大一些，使铁液尽快充满整个铸型的内表面，随后进行匀速浇注，严禁铁液断流，浇注时，铁液的温度控制在1360-1380℃，外层铁液浇注后，从冷型两端向冷型内撒入新型浮渣玻璃，控制厚度2-3㎜，外层内壁冷却至1070-1100℃时，停机减速，冷型停稳后，吊起冷型往浇注坑合箱，合箱后立即浇注填芯铁液，控制合适的浇注速度，加入0.1-0.2％的随流孕育剂，轧辊浇注完毕后，应在冒口内加入保温剂，防止离心辊上辊颈顶缩；
(4)将成型的轧辊进行热处理，首先正火加热至550-600℃，保温10-15小时，空冷至室温后回火，加热至300-350℃，保温4-5小时，继续空冷至室温即可。
2.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(1)所述的轧辊外层铁液的化学成分，具体为，按照质量比碳2.90％-3.20％，硅2.3％-2.6％，锰0.50％-0.80％，磷<0.05％，硫<0.03％，钼0.3％-0.4％，铬0.20％-0.40％，其中低镍球墨铸铁和中镍球墨铸铁轧辊镍含量分别控制在0.5％-0.9％和1.2％-1.5％。
3.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(1)所述的球化剂为Cu-Mg合金(铜含量85-87％，镁含量13-15％)和REMgSiFe合金，且Cu-Mg合金的加入量为1.30％-1.50％，REMgS iFe合金的加入量为0.50％-0.60％。
4.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(1)所述的孕育剂为硅化铁，添加量为铁液的0.7-0.8％。
5.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(2)所述的轧辊芯部铸铁的化学成分，具体为，按照质量比碳3.00％-3.50％，硅2.00％-2.60％，锰0.50％-0.80％，磷＜0.05％，硫＜0.03％，镁0.03％-0.06％，铼0.01％-0.03％。
6.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(2)所述的合适的球化剂以及孕育剂，分别是指：球化剂为钇基重RE长效球化剂(RE重2％-3％，Mg6.3-6.7％，Ca1.8％-2.0％)，添加量为铁液的1.8-2％；孕育剂采用S i-Ba长效孕育剂(Ba4％-6％，Ca2.0％，S i 70％-71％，Al＜1.2％)，添加量为铁液的0.8-1.2％。
7.根据权利要求1所述的一种棒材轧机粗轧辊的离心铸造方法，其特征在于，步骤(3)所述的控制浇注速度，在浇注完成铁液时的速度为16.1kg/s，浇注芯部铁液的速度为30.3kg/s。
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