CN109127734A - 轧辊辊套、轧辊辊套的制造方法以及轧辊 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轧辊辊套，包括：外工作层、中间复合层和内层无缝管，内层无缝管为预制的低碳无缝钢管，外工作层为预制的耐磨合金钢层；中间复合层为现浇合金液、铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应生成的铁水以及外工作层、内层无缝管表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成的复合层；外工作层、中间复合层和内层无缝管三者之间为冶金结合。以及公开了一种轧辊辊套的制造方法、包括该轧辊辊套的轧辊。通过采用复合的中间过渡层，即在现浇合金液浇铸时，铝热剂和造渣剂与合金液发生铝热反应而生成铁水、外工作层内表面、无缝钢管外表面遇高温熔化成铁水以及现浇的合金液相互渗入，共同形成中间复合层，从而实现了外工作层、内层无缝管与中间复合层的完全冶金结合，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固结合。

Description

轧辊辊套、轧辊辊套的制造方法以及轧辊
技术领域
本发明涉及铸造轧辊技术领域，特别涉及一种轧辊辊套，以及该轧辊辊套的制造方法，以及包括该轧辊辊套的轧辊。
背景技术
轧辊是轧钢生产中最重要的消耗件，它又被称作为“钢材之母”，我国每年生产80万吨左右的轧辊。目前使用的轧辊大多为传统的整体轧辊，辊套式复合轧辊目前仅在棒线材轧制领域得到应用。辊套式复合轧辊由辊轴和辊套组成，辊套嵌套在辊轴的外部，并由辊轴带动与钢坯接触，使钢坯发生塑性变形。辊套在使用时需要承受较大的轧制力、同时表层与钢坯之间存在较大的滑动摩擦；辊套与辊轴过盈装配，内层需要传递辊轴提供的较大扭矩，因此复合辊套需要具备“内韧外硬”的特点。
现有的轧辊合金中，没有单一材质能够同时兼具高耐磨性、高强度以及高韧性等辊套所需的全部特性。因此通过双金属复合工艺，将两种不同性能的材料复合在一起，最大限度的利用两种金属的特性制备高性能的双金属复合辊套是目前辊套制备的主要方法。
但是，由于复合辊套两个复合层材质的物理化学性能存在较大的差异，无缝管表层不可避免存在氧化层，采用传统铸造复合工艺生产时，两个复合层的结合处易出现气孔、夹渣、疏松和分层等缺陷，降低了复合层的强度及复合效果，使复合轧辊套在承受高强度和长时间的轧制工作时，易发生松动、产生裂纹或掉块，甚至断裂。
因此开发新的复合工艺，制备复合紧密、结合强度高的高性能复合辊套对辊套式复合轧辊的推广应用具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轧辊辊套，以及一种轧辊辊套的制造方法和具有该轧辊辊套的轧辊，该轧辊辊套的制造方法使得轧辊辊套的内层无缝管与外层耐磨合金层的完全冶金结合，同时可以减少结合处气孔、夹渣等缺陷的产生，使轧辊辊套具备外硬内韧的特性，从而提高复合辊套的整体性和工作性能以及使用寿命，以及提高轧辊的工作性能。为了解决上述问题，本发明提供的一种轧辊辊套，其技术方案如下：
本发明的一种轧辊辊套，所述轧辊辊套包括：外工作层、中间复合层和内层无缝管，所述内层无缝管为预制的低碳无缝钢管，所述外工作层为预制的耐磨合金钢层。
所述中间复合层为现浇合金液、铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应生成的铁水以及所述外工作层、所述内层无缝管表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成的复合层。所述外工作层、所述中间复合层和所述内层无缝管三者之间为冶金结合。
本发明的轧辊辊套，与现有技术中的轧辊辊套相比，采用复合的中间过渡层，即在外工作层内表面和内层无缝管外表面各涂覆一层涂覆层铝热剂和造渣剂的胶泥物，在现浇合金液浇铸时，铝热剂和造渣剂与合金液发生铝热反应而生成铁水同时放出的热量能，使得外工作层内表面和内层无缝管外表面部分熔化，从而，熔化的外工作层内表面、无缝钢管外表面以及铝热反应生成的铁水、现浇的合金液相互渗入，共同形成中间复合层，从而实现了外工作层、内层无缝管与中间复合层的完全冶金结合，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固结合。
作为本发明上述轧辊辊套的改进，浇铸合金液之前，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在所述外工作层内表面上形成外层复合涂层，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在所述内层无缝管外表面上形成里层复合涂层，合金液浇铸到所述里层复合涂层与所述外层复合涂层之间形成现浇合金层；所述里层复合涂层和所述外层复合涂层厚度为0.2mm～5mm。其中，外层复合涂层和里层复合涂层在合金液现浇的过程中，会与合金液发生铝热反应而消失，所生成的铁水与合金液、以及外工作层与内层无缝管表面熔化的铁水相结合，形成了牢固的中间复合层。
进一步地，所述外工作层厚度为20mm～80mm，所述中间复合层厚度为5mm～30mm，所述内层无缝管厚度为10mm～50mm。所述外工作层、所述中间复合层、所述内层无缝管三者的厚度之比为3～10：1：1～5。
这样，里层复合涂层和外层复合涂层设计成合理的厚度，在现浇合金层现浇的过程中既能够将复合涂层熔化，同时使外工作层内表面、内层无缝管外表面部分融化，从而达到三者深度冶金结合的目的；如果里层复合涂层和外层复合涂层设置太厚，则浇铸时容易生成较多的浮渣，影响冶金结合质量；如果里层复合涂层和外层复合涂层设置太薄，则达不到外工作层、内层无缝管表层部分融化的目的。
本发明还提供一种轧辊辊套的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的耐磨合金钢套作为外工作层，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为内层无缝管，去除所述外工作层内表面和所述内层无缝管外表面的脏污和氧化层。
步骤二，将预定配比的铝热剂和造渣剂混合搅拌形成胶泥状，并均匀地涂覆在所述外工作层的内表面而形成外层复合涂层，涂覆在所述内层无缝管外表面上而形成里层复合涂层，所述里层复合涂层和所述外层复合涂层的厚度为0.2mm-5.0mm。
步骤三，将所述外工作层和所述内层无缝管安装到浇铸平台上，所述外工作层和所述内层无缝管安装到所述浇铸平台上时的温度控制在0℃～500℃。
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口浇入到所述里层复合涂层与所述外层复合涂层之间的空间内而形成现浇合金层，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，合金液浇铸过程中，所述里层复合涂层和所述外层复合涂层与合金液发生铝热反应而消失，现浇合金液、铝热反应生成的铁水以及所述外工作层、所述内层无缝管表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成中间复合层，浇铸完成后自然冷却即得到所述轧辊辊套。
本发明的轧辊辊套的制造方法，与现有技术中的辊套的制造方法相比，通过铝热剂和造渣剂与现浇合金液的铝热反应，铝热反应生成的铁水、合金液以及内外层表面熔化的铁水相结合的方式来制造中间复合层，这样，三者之间相互渗入更加深，即冶金结合更好；从而使得外工作层与内层无缝管的结合更加紧密。与现有将外工作层、中间过渡层以及内层无缝管均预制好再组装，然后经过高温处理的制造方法相比，本发明制造的轧辊辊套使用寿命提高了2-3倍，在使用过程中基本不会发生层与层之间的松动。
作为本发明上述制造方法的改进，步骤一中，所述外工作层内表面以及所述内层无缝管外表面在去除氧化层时，它们的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。这样，第一，使得胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆到外工作层内表面以及内层无缝管外表面时粘附性更好，避免了里层复合涂层和外层复合涂层在涂覆过程中往下堆积的问题；第二，增大了外工作层的内表面积以及内层无缝管的外表面积，在高温合金液倒入进里层复合涂层和外层复合涂层之间的空隙时，外工作层内表面以及内层无缝管外表面上突出的部分，即粗糙部能够迅速熔化，提高了内层无缝管与外工作层的结合性、整体性。
进一步地，步骤二中，作为所述里层复合涂层与所述外层复合涂层的铝热剂和造渣剂包括Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉，其中，Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的重量之比为1：2～4：0.2～1.0：0.5～2.0：0.5～1.5。这样，在高温合金液倒入进里层复合涂层和外层复合涂层之间的空隙后，高温会使里层复合涂层和外层复合涂层迅速熔化并发生铝热反应：2Al+Fe2O3→2Fe+Al2O3+836kJ，反应生成了液态Fe水，同时放出的热量能将外工作层的内表层以及内层无缝管内表层熔化，能更好的实现外工作层、中间复合层和内层无缝管三者之间为冶金结合。
步骤二中，作为所述里层复合涂层(21)与所述外层复合涂层(22)的铝热剂和造渣剂的Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的粒径为0.01mm～0.5mm。
本发明还提供一种轧辊，包括如上述的制造方法所制造的轧辊辊套。
本发明提供的轧辊辊套的有益效果是：
通过采用复合的中间过渡层，即在外工作层内表面和内层无缝管外表面各涂覆一层涂覆层铝热剂和造渣剂的胶泥物，在现浇合金液浇铸时，铝热剂和造渣剂与合金液发生铝热反应而生成铁水同时放出的热量能，使得外工作层内表面和内层无缝管外表面部分熔化，从而，熔化的外工作层内表面、无缝钢管外表面以及铝热反应生成的铁水、现浇的合金液相互渗入，共同形成中间复合层，从而实现了外工作层、内层无缝管与中间复合层的完全冶金结合，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固结合。
本发明的轧辊辊套的制造方法，通过铝热剂和造渣剂与现浇合金液的铝热反应，铝热反应生成的铁水、合金液以及内外层表面熔化的铁水相结合的方式来制造中间复合层，这样，三者之间相互渗入更加深，即冶金结合更好；从而使得外工作层与内层无缝管的结合更加紧密。与现有将外工作层、中间过渡层以及内层无缝管均预制好再组装，然后经过高温处理的制造方法相比，本发明制造的轧辊辊套使用寿命提高了2-3倍，在使用过程中基本不会发生层与层之间的松动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例轧辊辊套的纵截面结构示意图；
图2是图1中中间复合层的放大示意图；
图3是本发明第二实施例轧辊辊套的制造方法加工轧辊辊套的结构示意图。
图中标记如下：
1-外工作层；2-中间复合层；21-里层复合涂层；22-外层复合涂层；23-现浇合金层；3-内层无缝管；4-浇铸平台；5-浇铸口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个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。
实施例一
请参考图1和图2，本实施例的一种轧辊辊套，该轧辊辊套包括：外工作层1、中间复合层2和内层无缝管3，内层无缝管3为预制的低碳无缝钢管，外工作层1为预制的耐磨合金钢层；中间复合层2为现浇合金液、铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应生成的铁水以及外工作层1、内层无缝管3表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成的复合层；外工作层1、中间复合层2和内层无缝管3三者之间为冶金结合。
其中，浇铸合金液之前，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在外工作层1内表面上形成外层复合涂层22，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在内层无缝管3外表面上形成里层复合涂层21，合金液浇铸到里层复合涂层21与外层复合涂层22之间形成现浇合金层23；里层复合涂层21和外层复合涂层22厚度为0.2mm～5mm。
作为优选的实施方式，外工作层1厚度为20mm～80mm，中间复合层2厚度为5mm～30mm，内层无缝管3厚度为10mm～50mm。更优选地，外工作层1厚度为50mm～70mm，中间复合层2厚度为10mm～20mm，内层无缝管3厚度为20mm～30mm。其中，里层复合涂层21和外层复合涂层22厚度为0.2mm～5mm；优选为1mm～3mm。
作为最优选的实施方式，外工作层1、中间复合层2、内层无缝管3三者的厚度之比为3～10：1：1～5。
实施例二
请参考图2和图3，本实施例的一种轧辊辊套的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的耐磨合金钢套作为外工作层1，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为内层无缝管3，去除外工作层1内表面和内层无缝管3外表面的脏污和氧化层。
步骤二，将预定配比的铝热剂和造渣剂混合搅拌形成胶泥状，并均匀地涂覆在外工作层1的内表面而形成外层复合涂层22，涂覆在内层无缝管3外表面上而形成里层复合涂层21，里层复合涂层21和外层复合涂层22的厚度为0.2mm-5.0mm。
步骤三，将外工作层1和内层无缝管3安装到浇铸平台4上，外工作层1和内层无缝管3安装到浇铸平台4上时的温度控制在0℃～500℃。
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口5浇入到里层复合涂层21与外层复合涂层22之间的空间内而形成现浇合金层23，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，合金液浇铸过程中，里层复合涂层21和外层复合涂层22与合金液发生铝热反应而消失，现浇合金液、铝热反应生成的铁水以及外工作层1、内层无缝管3表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成中间复合层2，浇铸完成后自然冷却即得到所述轧辊辊套。
优选地，里层复合涂层21和外层复合涂层22的厚度为0.5mm-2.0mm；外工作层1和内层无缝管3安装到浇铸平台4上时的温度控制在150℃～300℃；合金液浇铸时的温度控制在1350℃～1450℃。
作为进一步优选的实施方式，步骤一中，外工作层1内表面以及所述内层无缝管3外表面在去除氧化层时，它们的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。
步骤二中，作为里层复合涂层21与外层复合涂层22的铝热剂和造渣剂包括Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉，其中，Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的重量之比为1：2～4：0.2～1.0：0.5～2.0：0.5～1.5。
步骤二中，作为里层复合涂层21与外层复合涂层22的铝热剂和造渣剂的Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的粒径为0.01mm～0.5mm。理论上可以通过控制Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的比例及粉末的颗粒大小控制里层复合涂层21和外层复合涂层22的反应速度和温度，从而实现中间复合层2的反应时间能与合金液浇铸速度相匹配。
实施例三
本实施例的一种轧辊，包括实施例一所述的轧辊辊套；或者，包括实施例二所述的制造方法所制造的轧辊辊套。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轧辊辊套，其特征在于，所述轧辊辊套包括：外工作层(1)、中间复合层(2)和内层无缝管(3)，所述内层无缝管(3)为预制的低碳无缝钢管，所述外工作层(1)为预制的耐磨合金钢层；
所述中间复合层(2)为现浇合金液、铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应生成的铁水以及所述外工作层(1)、所述内层无缝管(3)表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成的复合层；
所述外工作层(1)、所述中间复合层(2)和所述内层无缝管(3)三者之间为冶金结合。
2.根据权利要求1所述的轧辊辊套，其特征在于，浇铸合金液之前，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在所述外工作层(1)内表面上形成外层复合涂层(22)，将胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆在所述内层无缝管(3)外表面上形成里层复合涂层(21)，合金液浇铸到所述里层复合涂层(21)与所述外层复合涂层(22)之间形成现浇合金层(23)；
所述里层复合涂层(21)和所述外层复合涂层(22)厚度为0.2mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的轧辊辊套，其特征在于，所述外工作层(1)厚度为20mm～80mm，所述中间复合层(2)厚度为5mm～30mm，所述内层无缝管(3)厚度为10mm～50mm。
4.根据权利要求3所述的轧辊辊套，其特征在于，所述外工作层(1)、所述中间复合层(2)、所述内层无缝管(3)三者的厚度之比为3～10：1：1～5。
5.一种轧辊辊套的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的耐磨合金钢套作为外工作层(1)，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为内层无缝管(3)，去除所述外工作层(1)内表面和所述内层无缝管(3)外表面的脏污和氧化层；
步骤二，将预定配比的铝热剂和造渣剂混合搅拌形成胶泥状，并均匀地涂覆在所述外工作层(1)的内表面而形成外层复合涂层(22)，涂覆在所述内层无缝管(3)外表面上而形成里层复合涂层(21)，所述里层复合涂层(21)和所述外层复合涂层(22)的厚度为0.2mm-5.0mm；
步骤三，将所述外工作层(1)和所述内层无缝管(3)安装到浇铸平台(4)上，所述外工作层(1)和所述内层无缝管(3)安装到所述浇铸平台(4)上时的温度控制在0℃～500℃；
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口(5)浇入到所述里层复合涂层(21)与所述外层复合涂层(22)之间的空间内而形成现浇合金层(23)，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，合金液浇铸过程中，所述里层复合涂层(21)和所述外层复合涂层(22)与合金液发生铝热反应而消失，现浇合金液、铝热反应生成的铁水以及所述外工作层(1)、所述内层无缝管(3)表层遇现浇合金液熔化的铁水相结合形成中间复合层(2)，浇铸完成后自然冷却即得到所述轧辊辊套。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤一中，所述外工作层(1)内表面以及所述内层无缝管(3)外表面在去除氧化层时，它们的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤二中，作为所述里层复合涂层(21)与所述外层复合涂层(22)的铝热剂和造渣剂包括Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉，其中，Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的重量之比为1：2～4：0.2～1.0：0.5～2.0：0.5～1.5。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤二中，作为所述里层复合涂层(21)与所述外层复合涂层(22)的铝热剂和造渣剂的Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的粒径为0.01mm～0.5mm。
9.一种轧辊，其特征在于，包括如权利要求5至8所述的制造方法所制造的轧辊辊套。
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