CN108330385A - 两层复合高铬铁轧辊及其制造方法 - Google Patents

两层复合高铬铁轧辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两层复合高铬铁轧辊及其制造方法，本发明的两层复合高铬铁轧辊包括由工作层和芯部构成的辊体，且所述工作层为高铬铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:2.4‑3.0％，Si:0.3‑1.0％，Mn：0.5‑1.0％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr:12‑18％，Ni:0.2‑1.5％，Mo:0.8‑1.5％，V:0.1‑0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述芯部为球墨铸铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0‑3.6％，Si:1.5‑2.5％，Mn:0.3‑0.9％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr≤0.5％，Ni:0.1‑0.8％，Mo≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的两层复合高铬铁轧辊，因不具有中间过渡层，可简化加工工艺，从而能够降低电耗和配料成本。

Description

两层复合高铬铁轧辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及轧辊技术领域，特别涉及一种两层复合高铬钢轧辊，同时，本 发明也涉及该两层复合高铬钢轧辊的制造方法。
背景技术
现有技术中，高铬铁轧辊一般包括工作层、芯部，以及工作层和芯部之间 的过渡层，因需要发挥的作用不同，导致需采用三种金属，且需三次浇注完成。 即先在离心机铸型中浇注工作层铁水，待5-8min后，继续在离心机上浇注过 渡层高温铁水，等到型腔温度为1050-1250℃时，再停机进行静态浇注芯部球墨 铸铁铁水。上述的高铬铁轧辊制造方法因过渡层高铁水成分与工作层高铬铁水 以及芯部球墨铸铁铁水成分不同，需单独冶炼，从而会增加电耗和配料成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种两层复合高铬铁轧辊，其较现有技术可降 低轧辊的电耗以及配料成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种两层复合高铬铁轧辊，其包括由工作层和芯部构成的辊体，且：
所述工作层为高铬铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:2.4-3.0％， Si:0.3-1.0％，Mn：0.5-1.0％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr:12-18％，Ni:0.2-1.5％， Mo:0.8-1.5％，V:0.1-0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述芯部为球墨铸铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0-3.6％， Si:1.5-2.5％，Mn:0.3-0.9％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr≤0.5％，Ni:0.1-0.8％， Mo≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明同时也提出了如上的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其包括以下 步骤：
s1、采用两炉冶炼，分别制得工作层铁水和芯部铁水，工作层铁水冶炼温 度为1350-1550℃，芯部铁水冶炼温度为1350-1550℃；
s2、将工作层铁水注入离心机铸型内，铸造工作层，浇注温度为1400℃ -1480℃，离心转速为950-1200r/min；
s3、工作层浇注结束后，按浇注结束后的型腔内表面积加入厚度为2-5mm 的保护渣，再采用覆盖有陶瓷纤维层的钢板封堵离心机铸型型腔的两端，并使 覆设的陶瓷纤维层与工作层冷型端部之间的距离为3-8cm；
s4、离心机旋转8-15min后，检测离心机铸型型腔温度，当型腔温度达到 950℃-1150℃时，停止离心机，同时将芯部铁水出炉；
s5、起吊工作层冷型，并将工作层冷型与浇注芯部的砂箱合并，控制合箱 时间不大于15min，当芯部铁水温度为1300℃-1400℃时，将经球化和孕育处理 的芯部铁水浇注到合并后的砂箱内，且控制合箱完成到芯部浇注时间不大于 3min；
s6、芯部浇注结束后，辊体包裹陶瓷纤维，静置18-64h后，待冷型表面温 度不大于150℃时，进行开箱操作；
s7、对辊体进行后续粗加工、热处理及精加工，得到两层复合高铬铁轧辊。
进一步的，所述保护渣包括质量百分比为68％-85％的O型玻璃渣，以及 质量百分比为32％-15％的无水硼砂。
进一步的，步骤s5中采用XTMg3-8进行球化处理，添加量为铁水总量的 1.0-1.5％。
进一步的，步骤s5中采用粒度为3-8mm的SiFe粒进行孕育处理，添加量 为铁水总量的0.1-0.5％，并为随流孕育。
进一步的，步骤s7中的热处理包括：
a、将粗加工后的辊体装入热处理炉中进行淬火处理：先将轧辊在100-150℃ 保温1-4h，然后以10-25℃/h的升温速度加热至500-550℃，保温8-14h后再 以10-25℃/h的升温速度加热至600-700℃，再保温10-18h；
b、将淬火后的辊体转入差温炉进行差温处理：差温温度1050-1200℃，差 温时间2-5h后出炉；
c、将差温处理后的辊体进行二次淬火：以8-23℃/min降温速度均匀等速 降温，至辊体温度冷却至100-500℃；
d、将二次淬火后的辊体进行三次回火处理：回火温度为480-550℃，回火 保温时间为8-12h，回火后炉冷至室温。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的两层复合高铬铁轧辊，因不具有中间过渡层，从而相较于现有的 三种金属、三次浇注的制造方法，可减小金属冶炼及浇注工作量，从而能够降 低电耗和配料成本。
同时，本发明的两层复合高铬铁轧辊的制造方法中，通过工作层停机时间 和芯部浇注温度的配合，利用950℃-1150℃的型腔温度，再配合芯部球墨铸铁 铁水温度为1350℃-1380℃，可以减少溶蚀量，降低工作层的高合金向芯部的偏 移量，能够将溶蚀厚度控制在16-25mm，可保证芯部球磨铸铁的碳化物含量小 于2-5％，进而能够提高辊颈的伸长率由0.4％提高到1.4％以上，因此轧辊的韧 性得以提高、抗事故性增强，从而可使得制得的轧辊具有良好的机械性能和使 用性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明涉及一种两层复合高铬铁轧辊，其包括由工作层和芯部构成的辊体， 且具体的，工作层为高铬铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:2.4-3.0％， Si:0.3-1.0％，Mn：0.5-1.0％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr:12-18％，Ni:0.2-1.5％， Mo:0.8-1.5％，V:0.1-0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质。芯部为球墨铸铁， 并采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0-3.6％，Si:1.5-2.5％，Mn:0.3-0.9％， P≤0.1％，S≤0.05％，Cr≤0.5％，Ni:0.1-0.8％，Mo≤0.5％，余量为Fe和不可 避免的杂质。
本实施例的两层复合高铬铁轧辊通过去除中间过渡层，从而相较于现有的 三种金属、三次浇注的制造方法，可减小金属冶炼及浇注工作量，从而能够降 低电耗和配料成本。
下面将结合具体实例对本实施例的两侧复合高铬铁轧辊的制造及其性能进 行说明。
实例1
本实例中，工作层采用如下质量百分比的组分制成：C:2.4％，Si:0.3％， Mn：0.5％，P：0.1％，S：0.05％，Cr:12％，Ni:0.2％，Mo:0.8％，V:0.1％，余 量为Fe和不可避免的杂质；芯部采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0％， Si:1.5％，Mn:0.3％，P：0.1％，S：0.05％，Cr：0.5％，Ni:0.1％，Mo：0.5％， 余量为Fe和不可避免的杂质。
本实例中两层复合高铬铁轧辊的制造方法如下：
步骤s1：采用中频炉进行两炉冶炼，分别制得工作层铁水和芯部铁水，其 中，工作层铁水冶炼温度为1530℃，芯部铁水冶炼温度为1520℃；
步骤s2：将工作层铁水注入离心机铸型内，铸造工作层，浇注温度为 1400℃，离心转速为950r/min；
步骤s3：工作层浇注结束后，按型浇注结束后型腔内表面积加入厚度为 2mm的保护渣，所述保护渣包括质量百分比为68％的O型玻璃渣，以及质量 百分比为32％的无水硼砂，再采用覆盖有陶瓷纤维层的钢板封堵离心机铸型型 腔的两端，并使覆设的陶瓷纤维层与工作层冷型端部之间的距离为3cm；
步骤s4：离心机旋转8min后，检测离心机铸型型腔温度，当型腔温度达 到990℃时，停止离心机，同时将芯部铁水出炉；
步骤s5：起吊工作层冷型，并将工作层冷型与浇注芯部的砂箱合并，控制 合箱时间在10min，当芯部铁水温度为1350℃时，将经球化和孕育处理的芯部 铁水浇注到合并后的砂箱内，其中，采用XTMg3-8进行球化处理，添加量为铁 水总量的1.0％，采用粒度为3mm的SiFe粒进行孕育处理，添加量为铁水总量 的0.1％，并为随流孕育，且控制合箱完成到芯部浇注时间在3min；
步骤s6：芯部浇注结束后，辊体包裹陶瓷纤维，静置18h后，待冷型表面 温度为150℃时，进行开箱操作；
步骤s7：对辊体进行后续粗加工、热处理及精加工，即得到两层复合高铬 铁轧辊，其中粗加工与精加工根据辊体精度要求，采用常规轧辊机加工方式即 可，而热处理工艺则具体包括如下的步骤：
步骤a、将粗加工后的辊体装入热处理炉中进行淬火处理：先将轧辊在 100℃保温1h，然后以10℃/h的升温速度加热至500℃，保温8h后再以10℃ /h的升温速度加热至600℃，再保温10h；
步骤b、将淬火后的辊体转入差温炉进行差温处理：差温温度1050℃，差 温时间2h后出炉；
步骤c、将差温处理后的辊体进行二次淬火：以8℃/min降温速度均匀等 速降温，至辊体温度冷却至100℃；
步骤d、将二次淬火后的辊体进行三次回火处理：回火温度为480℃，回火 保温时间为8h，回火后炉冷至室温。
经对制得的两层复合高铬铁轧辊进行检测，其中，芯部向工作层的溶蚀厚 度为18mm，芯部球磨铸铁的碳化物含量为2.5％。
实例2
本实例中，工作层采用如下质量百分比的组分制成：C:2.7％，Si:0.5％， Mn：0.8％，P：0.1％，S：0.05％，Cr:15％，Ni:0.8％，Mo:1.2％，V:0.4％，余 量为Fe和不可避免的杂质；芯部采用如下质量百分比的组分制成：C:3.3％， Si:1.8％，Mn:0.6％，P：0.1％，S：0.05％，Cr：0.5％，Ni:0.5％，Mo：0.5％， 余量为Fe和不可避免的杂质。
本实例中两层复合高铬铁轧辊的制造方法如下：
步骤s1：采用中频炉进行两炉冶炼，分别制得工作层铁水和芯部铁水，其 中，工作层铁水冶炼温度为1520℃，芯部铁水冶炼温度为1510℃；
步骤s2：将工作层铁水注入离心机铸型内，铸造工作层，浇注温度为 1440℃，离心转速为1000r/min；
步骤s3：工作层浇注结束后，按浇注结束后型腔内表面积加入厚度为3.5mm 的保护渣，所述保护渣包括质量百分比为75％的O型玻璃渣，以及质量百分比 为25％的无水硼砂，再采用覆盖有陶瓷纤维层的钢板封堵离心机铸型型腔的两 端，并使覆设的陶瓷纤维层与工作层冷型端部之间的距离为5cm；
步骤s4：离心机旋转11min后，检测离心机铸型型腔温度，当型腔温度达 到1000℃时，停止离心机，同时将芯部铁水出炉；
步骤s5：起吊工作层冷型，并将工作层冷型与浇注芯部的砂箱合并，控制 合箱时间在12min，当芯部铁水温度为1360℃时，将经球化和孕育处理的芯部 铁水浇注到合并后的砂箱内。其中，采用XTMg3-8进行球化处理，添加量为铁 水总量的1.2％，采用粒度为5mm的SiFe粒进行孕育处理，添加量为铁水总量 的0.35％，并为随流孕育，且控制合箱完成到芯部浇注时间在3min；
步骤s6：芯部浇注结束后，辊体包裹陶瓷纤维，静置40h后，待冷型表面 温度为120℃时，进行开箱操作；
步骤s7：对辊体进行后续粗加工、热处理及精加工，即得到两层复合高铬 铁轧辊。其中粗加工与精加工根据辊体精度要求，采用常规轧辊机加工方式即 可，而热处理工艺则具体包括如下的步骤：
步骤a、将粗加工后的辊体装入热处理炉中进行淬火处理：先将轧辊在 120℃保温2.5h，然后以20℃/h的升温速度加热至530℃，保温10h后再以20℃ /h的升温速度加热至650℃，再保温15h；
步骤b、将淬火后的辊体转入差温炉进行差温处理：差温温度1100℃，差 温时间3h后出炉；
步骤c、将差温处理后的辊体进行二次淬火：以15℃/min降温速度均匀等 速降温，至辊体温度冷却至350℃；
步骤d、将二次淬火后的辊体进行三次回火处理：回火温度为500℃，回火 保温时间为10h，回火后炉冷至室温。
经对制得的两层复合高铬铁轧辊进行检测，其中，芯部向工作层的溶蚀厚 度为20mm，芯部球磨铸铁的碳化物含量为2.8％。
实例3
本实例中，工作层采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0％，Si:1.0％， Mn：1.0％，P：0.05％，S：0.03％，Cr:18％，Ni:1.5％，Mo:1.5％，V:0.6％， 余量为Fe和不可避免的杂质；芯部采用如下质量百分比的组分制成：C:3.6％， Si:2.5％，Mn:0.9％，P：0.05％，S：0.03％，Cr：0.3％，Ni:0.8％，Mo：0.3％， 余量为Fe和不可避免的杂质。
本实例中两层复合高铬铁轧辊的制造方法如下：
步骤s1：采用中频炉进行两炉冶炼，分别制得工作层铁水和芯部铁水，其 中，工作层铁水冶炼温度为1480℃，芯部铁水冶炼温度为1480℃；
步骤s2：将工作层铁水注入离心机铸型内，铸造工作层，浇注温度为 1480℃，离心转速为1200r/min；
步骤s3：工作层浇注结束后，按浇注结束后型腔内表面积加入厚度为5mm 的保护渣，所述保护渣包括质量百分比为85％的O型玻璃渣，以及质量百分比 为15％的无水硼砂，再采用覆盖有陶瓷纤维层的钢板封堵离心机铸型型腔的两 端，并使覆设的陶瓷纤维层与工作层冷型端部之间的距离为8cm；
步骤s4：离心机旋转15min后，检测离心机铸型型腔温度，当型腔温度达 到1150℃时，停止离心机，同时将芯部铁水出炉；
步骤s5：起吊工作层冷型，并将工作层冷型与浇注芯部的砂箱合并，控制 合箱时间在15min，当芯部铁水温度为1380℃时，将经球化和孕育处理的芯部 铁水浇注到合并后的砂箱内，其中，采用XTMg3-8进行球化处理，添加量为铁 水总量的1.5％，采用粒度为8mm的SiFe粒进行孕育处理，添加量为铁水总量 的0.5％，并为随流孕育，且控制合箱完成到芯部浇注时间在3min；
步骤s6：芯部浇注结束后，辊体包裹陶瓷纤维，静置64h后，待冷型表面 温度为150℃时，进行开箱操作；
步骤s7：对辊体进行后续粗加工、热处理及精加工，得到两层复合高铬铁 轧辊。其中粗加工与精加工根据辊体精度要求，采用常规轧辊机加工方式即可， 而热处理工艺则具体包括如下的步骤：
步骤a、将粗加工后的辊体装入热处理炉中进行淬火处理：先将轧辊在 150℃保温4h，然后以25℃/h的升温速度加热至550℃，保温14h后再以25℃ /h的升温速度加热至700℃，再保温18h；
步骤b、将淬火后的辊体转入差温炉进行差温处理：差温温度1200℃，差 温时间5h后出炉；
步骤c、将差温处理后的辊体进行二次淬火：以23℃/min降温速度均匀等 速降温，至辊体温度冷却至500℃；
步骤d、将二次淬火后的辊体进行三次回火处理：回火温度为550℃，回火 保温时间为12h，回火后炉冷至室温。
经对制得的两层复合高铬铁轧辊进行检测，其中，芯部向工作层的溶蚀厚 度为17mm，芯部球磨铸铁的碳化物含量为2.2％。
此外，采用邵氏硬度计，按照GB/T13313-2008方法检测硬度后，得出上 述各实例中工作层的硬度如下表所示：
同时，对上述各实例所制得的两层复合高铬铁轧辊进行超声波探伤和金相 组织检验，均未发现大面积缺陷。
综上所述，本实施例的两层复合高铬铁轧辊能够降低制造成本，而且制得 的两层复合高铬铁轧辊工作层与芯部具有良好的冶金结合，辊身硬度完全满足 使用需要，同时轧辊内部，从而也可使所制得的高铬铁轧辊具有很好的使用性 能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种两层复合高铬铁轧辊，其特征在于：包括由工作层和芯部构成的辊体，且：
所述工作层为高铬铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:2.4-3.0％，Si:0.3-1.0％，Mn：0.5-1.0％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr:12-18％，Ni:0.2-1.5％，Mo:0.8-1.5％，V:0.1-0.6％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述芯部为球墨铸铁，并采用如下质量百分比的组分制成：C:3.0-3.6％，Si:1.5-2.5％，Mn:0.3-0.9％，P≤0.1％，S≤0.05％，Cr≤0.5％，Ni:0.1-0.8％，Mo≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
s1、采用两炉冶炼，分别制得工作层铁水和芯部铁水，工作层铁水冶炼温度为1350-1550℃，芯部铁水冶炼温度为1350-1550℃；
s2、将工作层铁水注入离心机铸型内，铸造工作层，浇注温度为1400℃-1480℃，离心转速为950-1200r/min；
s3、工作层浇注结束后，按浇注结束后的型腔内表面积加入厚度为2-5mm的保护渣，再采用覆盖有陶瓷纤维层的钢板封堵离心机铸型型腔的两端，并使覆设的陶瓷纤维层与工作层冷型端部之间的距离为3-8cm；
s4、离心机旋转8-15min后，检测离心机铸型型腔温度，当型腔温度达到950℃-1150℃时，停止离心机，同时将芯部铁水出炉；
s5、起吊工作层冷型，并将工作层冷型与浇注芯部的砂箱合并，控制合箱时间不大于15min，当芯部铁水温度为1300℃-1400℃时，将经球化和孕育处理的芯部铁水浇注到合并后的砂箱内，且控制合箱完成到芯部浇注时间不大于3min；
s6、芯部浇注结束后，辊体包裹陶瓷纤维，静置18-64h后，待冷型表面温度不大于150℃时，进行开箱操作；
s7、对辊体进行后续粗加工、热处理及精加工，得到两层复合高铬铁轧辊。
3.根据权利要求2所述的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其特征在于：所述保护渣包括质量百分比为68％-85％的O型玻璃渣，以及质量百分比为32％-15％的无水硼砂。
4.根据权利要求2所述的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其特征在于：步骤s5中采用XTMg3-8进行球化处理，添加量为铁水总量的1.0-1.5％。
5.根据权利要求2所述的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其特征在于：步骤s5中采用粒度为3-8mm的SiFe粒进行孕育处理，添加量为铁水总量的0.1-0.5％，并为随流孕育。
6.根据权利要求2所述的两层复合高铬铁轧辊的制造方法，其特征在于：步骤s7中的热处理包括：
a、将粗加工后的辊体装入热处理炉中进行淬火处理：先将轧辊在100-150℃保温1-4h，然后以10-25℃/h的升温速度加热至500-550℃，保温8-14h后再以10-25℃/h的升温速度加热至600-700℃，再保温10-18h；
b、将淬火后的辊体转入差温炉进行差温处理：差温温度1050-1200℃，差温时间2-5h后出炉；
c、将差温处理后的辊体进行二次淬火：以8-23℃/min降温速度均匀等速降温，至辊体温度冷却至100-500℃；
d、将二次淬火后的辊体进行三次回火处理：回火温度为480-550℃，回火保温时间为8-12h，回火后炉冷至室温。
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