CN108359912B - 一种轧辊辊套一体化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轧辊辊套一体化生产方法，在金属液充型及凝固过程通过振动消除凝固缺陷，促进夹杂物及气体的排出，阻碍大尺寸网状碳化物的形成，同时使得辊套的成分分布均匀，解决了目前高速钢轧辊网状析出物导致的抗剥落事故性差的问题。并且在轧辊辊套模具内金属液部分凝固时就开施加竖直方向的力进行锻造，使金属熔体在纵向锻造力下凝固，比传统的静态凝固能进一步提高了铸锻件的致密度，解决了辊套在凝固过程中易产生缩孔和疏松等问题从而提高其硬度和耐磨性等。另外，轧辊辊套铸造成型—锻造—热处理这三步制造工序实现高温衔接，不等完全冷却就直接顺序依次进行，充分利用了铸造时的热能，能耗降低20％～25％，也缩短了生产周期，提高了生产效率。

Description

一种轧辊辊套一体化生产方法
技术领域
本发明涉及一种轧辊辊套一体化生产方法，属于轧辊生产技术领域。
背景技术
轧辊是冶金工业生产中不可或缺的关键部件和最主要的消耗性备件，其质量的好坏对钢材的生产成本、加工效率以及轧制件的质量具有重要的影响；轧辊在生产工作中主要承受轧制时的动静载荷、磨损和温度变化的影响，因此需要轧辊具有高强度、高韧度、高热疲劳抗力和抗粘钢性；目前国内外已经开发出多种制作轧辊的材质，常用的材质有合金球铁、贝氏体球铁、高铬铸铁、高钒铸铁、高硼合金、工具型钢等铸造或者锻造整体轧辊、以及通过装配方式生产的高合金复合轧辊。
对于高端钢材轧制，现在常采用复合轧辊，复合轧辊由不同材质制作的轧辊辊套(即辊身外层)和辊芯(包括辊颈部分)构成；轧辊辊套直接与钢材接触，因此轧辊辊套的质量直接决定着轧制效果。高速钢轧辊的辊套通过金属碳化物、硼化物及其复合析出物对材质进行强化，提高轧辊的耐磨性、强度和硬度以及红硬性、抗剥落性等性能，使得高速钢复合轧辊成为目前高端钢材轧制所必须的优质轧辊；但是，对于目前的高速钢轧辊，还存在一些不稳定性的问题，主要体现为：高速钢材质由于成分复杂，析出物种类多、析出量大，导致轧辊凝固缺陷多，夹杂及含气量高，特别是经常出现网状碳化物析出，这增加了轧辊使用过程中的抗事故性差所导致的多种风险，并且，目前的高速钢轧辊的复合制备方法，工序复杂，要经历成型—锻造—热处理—机加工等工序，导致加工成本和能耗较高，有因此待开发一种生产成本、低能耗的轧辊辊套一体化生产方法。
发明内容
为此，本发明要解决现有技术中轧辊生产过程中加工成本和能耗较高的问题，从而提供一种生产成本、低能耗的轧辊辊套一体化生产方法。
本发明提供一种轧辊辊套一体化生产方法，包括以下步骤：
向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
使轧辊辊套模具连同模具内的金属液振动；
当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后；
锻造结束后，待完全凝固的金属到达淬火温度时开模，直接进行高温淬火。
优选地，对铸件施加竖直方向的压力时产生的压强为10-50MPa。
优选地，所述辊辊套模具连同模具内的金属液振动的频率为500-600Hz，振幅为1-10μm，金属液完全凝固后停止振动。
优选地，本发明的轧辊辊套一体化生产方法，施加竖直方向的力进行锻造在轧辊辊套模具的型腔内注满金属液之后3-15秒内进行。
优选地，本发明的轧辊辊套一体化生产方法，金属液部分凝固时的锻造压强为3-5MPa，金属液完全凝固后锻造压强为200-300MPa。
优选地，所述轧辊辊套模具包括底模、侧模和柱形的辊芯模，所述底模底部设置有使所述底模(2)和侧模振动的振动电机。
优选地，所述辊芯模为固定住的，不随所述轧辊辊套模具一起振动。
优选地，锻机的锻锤从模具的顶端伸入到所述轧辊辊套模具的型腔内以进行锻造。
优选地，本发明的轧辊辊套一体化生产方法，以质量百分数计，所述金属液的成分为：C:0.69-0.82，B：2.53-2.98，Cr：1.32-2.38，W：1.12-1.47，V：1.20-1.51，Si：0.54-0.63，Mn：0.22-0.37，Ti：0.08-0.12，Mg:0.16-0.19，RE：0.1-0.12，P≤0.03，S≤0.03，余量为Fe及不可避免杂质。
优选地，本发明的轧辊辊套一体化生产方法，锻造结束后，待完全凝固的金属到达1150-1250℃下开模，直接进行高温淬火。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明的轧辊辊套一体化生产方法，在金属液充型及凝固过程通过振动消除凝固缺陷，促进夹杂物及气体的排出，更重要的是阻碍了大尺寸网状碳化物的形成，同时使得辊套的成分分布均匀，解决了目前高速钢轧辊网状析出物导致的抗剥落事故性差的缺陷。并且在轧辊辊套模具内金属液部分凝固时就开施加竖直方向的力进行锻造，使金属熔体在纵向锻造力下凝固，比传统的静态凝固能进一步提高了铸锻件的致密度，解决了辊套在凝固过程中易产生缩孔和疏松等问题从而提高其硬度和耐磨性等；另外，锻造结束后不用等冷却完成，在到达淬火温度时直接开模淬火；从而使轧辊辊套铸造成型—锻造—热处理这三步制造工序不等完全冷却就直接顺序依次进行，充分利用了铸造时的热能；上述轧辊辊套一体化生产方法可以实现轧辊辊套的铸造—锻造—高温淬火的一体化连续性生产，单根轧辊的生产周期由原来的3-4天缩短为1-2天，生产效率提高一倍，生产成本方面，仅能耗可以降低20％～25％，具有显著的技术经济效益。
(2)采用本发明的轧辊辊套一体化生产方法得到的轧辊辊套的力学性能(硬度、冲击韧性和抗拉强度)以及淬硬层深度均得到了提高；采用本发明的轧辊辊套一体化生产方法得到的轧辊辊套的硬度＞70HRC，冲击韧性＞15(J/cm2)和抗拉强度＞895，淬硬层深度可达到70mm，均匀优良的综合力学性能和较厚的淬硬层深度。
附图说明
图1为本发明的轧辊辊套挤压振动铸造装置的结构示意图；
附图标记说明：
1-支撑平台；2-底模；3-侧模；6-辊芯模；7-型腔；8-振动电机；9-导轨；11-锻造锤头；12-高温淬火系统。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例的一种轧辊辊套一体化生产方法，包括以下步骤：
S1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
S2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并使模具内的金属液一同振动；
S3：当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后；
S4：锻造结束后，待完全凝固的金属到达淬火温度时开模，直接进行高温淬火。
上述轧辊辊套一体化生产方法为本发明的基本发明思路，在金属液充型及凝固过程通过振动消除凝固缺陷，促进夹杂物及气体的排出，更重要的是阻碍了大尺寸网状碳化物的形成，同时使得辊套的成分分布均匀，解决了目前高速钢轧辊网状析出物导致的抗剥落事故性差的缺陷；并且在轧辊辊套模具内金属液部分凝固时就开施加竖直方向的力进行锻造，使金属熔体在纵向锻造力下凝固，比传统的静态凝固能进一步提高了铸锻件的致密度，解决了辊套在凝固过程中易产生缩孔和疏松等问题从而提高其硬度和耐磨性等；另外，锻造结束后不用等冷却完成，在到达淬火温度时直接开模淬火；从而使轧辊辊套铸造成型—锻造—热处理这三步制造工序不等完全冷却就直接顺序依次进行，充分利用了铸造时的热能；上述轧辊辊套一体化生产方法可以实现轧辊辊套的铸造—锻造—高温淬火的一体化连续性生产，单根轧辊的生产周期由原来的3-4天缩短为1-2天，生产效率提高一倍，生产成本方面，仅能耗可以降低20％～25％，具有显著的技术经济效益。
实施例中可以使用轧辊辊套一体化生产装置，结构如图1所示，包括：支撑平台1，
轧辊辊套模具，设置在所述支撑平台1上，并且上方具有开口，
至少一个振动电机8，设置在所述模具底部；
锻机，图中未示出，所述锻机的锻造锤头11能够从上方伸入到轧辊辊套模具内以对未完全或者已完全凝固的金属液进行锻造；
高温淬火系统12，设置在所述轧辊辊套挤压振动铸造装置的一旁，用于在开模后对进行锻造的铸坯进行高温淬火。
所述轧辊辊套模具包括底模2，侧模3和柱形的辊芯模6，所述底模2，侧模3和柱形的辊芯模6围成轧辊辊套成型的型腔，所述振动电机8位于所述底模2底部，所述辊芯模6固定在所述支撑平台1上。将轧辊辊套模具分为底模2，侧模3和柱形的辊芯模6，辊芯模6固定在所述支撑平台1上，辊芯模6不随辊辊套模具的其它部分振动，在振动时辊芯模6外壁与铸件更容易分离，可以非常方便地进行开模，所述模具的底部(具体为底模2)通过弹簧固定在所述支撑平台1上；所述模具底部通过弹簧固定在所述支撑平台1上，所述支撑平台1通过弹簧支撑模具，可防止模具的振动传递到支撑平台1上；所述支撑平台1上还设置有导轨9，所述轧辊辊套模具设置在所述导轨9时并能够沿所述导轨9移动；设置导轨9后，可方便地将轧辊辊套模具以及锻件移动，以方便对开模后轧辊辊套模具内的锻件进行热处理。
值得说明的是，振动电机8的开启时机可以是向型腔内注入金属液之前或者同时，或者注入金属液不久之后。
实施例1
本实施例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，使用如下成分的金属液：
表1本实施例生产轧辊辊身用金属液化学成分(质量分数，％)
包括以下步骤：
S1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
S2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并使模具内的金属液一同振动，所述振动的频率为500Hz，振幅为1μm；
S3：当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时，也即轧辊辊套模具的型腔内注满金属液之后3秒内进行施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后，金属液完全凝固之前控制锻造压强为3MPa，金属液完全凝固后停止振动并且将锻造压强提高到200MPa；
S4：锻造结束后，待完全凝固的金属冷却到1250℃时开模，直接进行高温淬火。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：如图1所示，包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8；锻机的锻锤从模具的顶端伸入到所述轧辊辊套模具的型腔内以进行锻造。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
实施例2
本实施例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，使用如下成分的金属液：
表2本实施例生产轧辊辊身用金属液化学成分(质量分数，％)
Figure BDA0001585383390000052
包括以下步骤：
S1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
S2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并使模具内的金属液一同振动，所述振动的频率为550Hz，振幅为5μm；
S3：当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时，也即轧辊辊套模具的型腔内注满金属液之后10秒内进行施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后，金属液完全凝固之前控制锻造压强为4MPa，金属液完全凝固后停止振动并且将锻造压强提高到250MPa；
S4：锻造结束后，待完全凝固的金属冷却到1200℃时开模，直接进行高温淬火。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：如图1所示，包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8；锻机的锻锤从模具的顶端伸入到所述轧辊辊套模具的型腔内以进行锻造。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
实施例3
本实施例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，使用如下成分的金属液：
表3本实施例生产轧辊辊身用金属液化学成分(质量分数，％)
Figure BDA0001585383390000061
包括以下步骤：
S1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
S2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并使模具内的金属液一同振动，所述振动的频率为600Hz，振幅为10μm；
S3：当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时，也即轧辊辊套模具的型腔内注满金属液之后15秒内进行施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后，金属液完全凝固之前控制锻造压强为5MPa，金属液完全凝固后停止振动并且将锻造压强提高到300MPa；
S4：锻造结束后，待完全凝固的金属到1150℃时开模，直接进行高温淬火。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：如图1所示，包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8；锻机的锻锤从模具的顶端伸入到所述轧辊辊套模具的型腔内以进行锻造。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
对比例1
本对比例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，本对比例与实施例1的轧辊辊套的化学成分相同，在200MPa锻造压强下进行锻造，淬火工艺相同，但是三道工序分别进行，制备得到轧辊辊套后，对轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
对比例2
本对比例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，本对比例与实施例2的轧辊辊套的化学成分相同，在250MPa锻造压强下进行锻造，淬火工艺相同，但是三道工序分别进行，制备得到轧辊辊套后，对轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
对比例3
本对比例提供一种轧辊辊套一体化生产方法，本对比例与实施例3的轧辊辊套的化学成分相同，在300MPa锻造压强下进行锻造，淬火工艺相同，但是三道工序分别进行，制备得到轧辊辊套后，对轧辊辊套进行力学性能测定和淬硬层测量，力学性能测定和淬硬层深度的结果如表4所示。
表4轧辊辊套的力学性能
Figure BDA0001585383390000071
通过表4对比结果可知：采用实施例1-3的轧辊辊套一体化生产方法，与对比例1-3相比，力学性能(硬度、冲击韧性和抗拉强度)以及淬硬层深度均得到了提高；采用本发明的轧辊辊套一体化生产方法得到的轧辊辊套的硬度＞70HRC，冲击韧性＞15(J/cm2)和抗拉强度＞895，淬硬层深度可达到70mm。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注入金属液；
使轧辊辊套模具连同模具内的金属液振动；
当轧辊辊套模具内金属液部分凝固时施加竖直方向的力进行锻造并一直持续到金属液完全凝固之后；
锻造结束后，待完全凝固的金属到达淬火温度时开模，直接进行高温淬火；
所述辊辊套模具连同模具内的金属液振动的频率为500-600Hz，振幅为1-10μm，金属液完全凝固后停止振动；
所述施加竖直方向的力进行锻造是在轧辊辊套模具的型腔内注满金属液之后3-15秒内进行。
2.根据权利要求1所述的轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，金属液部分凝固时的锻造压强为3-5MPa，金属液完全凝固后锻造压强为200-300MPa。
3.根据权利要求1所述的轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，所述轧辊辊套模具包括底模（2），侧模（3）和柱形的辊芯模（6），所述底模（2）底部设置有使所述底模（2）和侧模（3）振动的振动电机（8）。
4.根据权利要求3所述的轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，所述辊芯模（6）为固定住的，不随所述轧辊辊套模具一起振动。
5.根据权利要求1所述的轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，锻机的锻锤从模具的顶端伸入到所述轧辊辊套模具的型腔内以进行锻造。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的轧辊辊套一体化生产方法，以质量百分数计，所述金属液的成分为：C:0.69-0.82，B：2.53-2.98，Cr：1.32-2.38，W：1.12-1.47，V：1.20-1.51，Si：0.54-0.63，Mn：0.22-0.37，Ti：0.08-0.12，Mg:0.16-0.19，RE：0.1-0.12，P≤0.03，S≤0.03，余量为Fe及不可避免杂质。
7.根据权利要求6所述的轧辊辊套一体化生产方法，其特征在于，锻造结束后，待完全凝固的金属到达1150-1250℃下开模，直接进行高温淬火。
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