CN109174971B - 复合辊套以及轧辊 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合辊套，包括：外工作层、复合过渡层和内层无缝管，所述内层无缝管为预制的低碳无缝钢管，所述外工作层为现浇的耐磨合金钢层，所述复合过渡层为铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应而生成铁水以及所述内层无缝管表层熔化铁水共同形成的过渡层，所述外工作层、所述复合过渡层和所述内层无缝管三者之间为冶金结合。以及公开了一种包括该复合辊套的轧辊。通过采用铝热剂和造渣剂的混合涂层涂覆在内层无缝管外表面上，混合涂层在外工作层的现浇铸过程中，遇到高温的合金液而发生化学反应，生成铁水，同时放出的热量能将无缝钢管的表层熔化，生成的铁水以及无缝钢管表层熔化的铁水共同形成复合过渡层，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固结合。

Description

复合辊套以及轧辊
技术领域
本发明涉及铸造轧辊技术领域，特别涉及一种复合辊套，以及该复合辊套的制造方法，以及包括该复合辊套的轧辊。
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复合辊套，以及一种复合辊套的制造方法和具有该复合辊套的轧辊，该复合辊套的制造方法使得复合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，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，本发明提供的一种复合辊套，其技术方案如下：
本发明的一种复合辊套，所述复合辊套包括：外工作层、复合过渡层和内层无缝管，所述内层无缝管为预制的低碳无缝钢管，所述外工作层为现浇的耐磨合金钢层，所述复合过渡层为铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应而生成铁水以及所述内层无缝管表层熔化铁水共同形成的过渡层，所述外工作层、所述复合过渡层和所述内层无缝管三者之间为冶金结合。
本发明的复合辊套，与现有技术中的复合辊套相比，采用铝热剂和造渣剂的混合涂层涂覆在内层无缝管的外周，混合涂层在外工作层的现浇铸过程中，遇到高温的合金液而发生化学反应，生成液态的铁水，同时放出的热量能将无缝钢管的表层熔化，从而，混合涂层即铝热剂和造渣剂与合金液反应生成的铁水以及无缝钢管表层熔化的铁水共同形成了复合过渡层，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固的冶金结合。
作为本发明上述复合辊套的改进，所述外工作层厚度为20mm～80mm，所述复合过渡层厚度为0.1mm～5.0mm，所述内层无缝管厚度为10mm～50mm。这样，复合过渡层设计成合理的厚度，在外工作层现浇的过程中既能够将铝热剂和造渣剂熔化，同时使内层无缝管表层部分熔化，从而达到三者深度冶金结合的目的；如果铝热剂和造渣剂的混合涂层设置太厚，则浇铸时容易生成较多的浮渣，影响冶金结合质量；如果铝热剂和造渣剂的混合涂层设置太薄，则达不到内层无缝管表层部分融化的目的。
进一步地，所述外工作层、所述复合过渡层、所述内层无缝管三者的厚度之比为30～50：1：20～30。
本发明还提供一种复合辊套的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为复合辊套的内层无缝管，去除所述内层无缝管表面的脏污和氧化层。
步骤二，将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内层无缝管外表面上，铝热剂和造渣剂的涂层厚度为0.5mm-5.0mm。
步骤三，将涂覆上铝热剂和造渣剂的所述内层无缝管安装到浇铸模具内，所述内层无缝管安装到所述浇铸模具内时的温度控制在0℃～500℃。
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口浇入到所述浇铸模具内，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，铝热剂和造渣剂遇到高温合金液反应而生成铁水，所生成的铁水与所述内层无缝管表面遇高温合金液而熔化的铁水共同形成所述复合过渡层，浇铸完成后自然冷却即得到所述复合辊套。
本发明的复合辊套的制造方法，与现有技术中的复合辊套的制造方法相比，采用现浇的方式来制造外工作层，使得在浇铸过程中形成的复合过渡层对外工作层和内层无缝管的渗入更加深度，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、复合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，本发明制造的复合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，所述内层无缝管外表面的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。这样，第一，使得胶泥状的铝热剂和造渣剂涂覆到内层无缝管外表面时粘附性更好，避免了在高温合金液浇铸过程中铝热剂和造渣剂往下堆积的问题；第二，增大了内层无缝管的外表面积，在高温合金液倒入进浇铸模具内时，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，所述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浇铸模具内以后，高温会使铝热剂和造渣剂发生铝热反应：2Al+Fe2O3→2Fe+Al2O3+836kJ，反应生成了液态Fe水，同时放出的热量能将内层无缝管的表层熔化，从而使得所生成的铁水与内层无缝管表层熔化的铁水相结合共同形成复合过渡层，能更好的实现内层无缝管与浇入合金液的冶金结合。
进一步地，步骤二中，所述铝热剂和造渣剂的具体成分的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复合辊套。
本发明提供的复合辊套的有益效果是：
通过采用铝热剂和造渣剂的混合涂层涂覆在内层无缝管的外周，混合涂层在外工作层的现浇铸过程中，遇到高温的合金液而发生化学反应，生成液态的铁水，同时放出的热量能将无缝钢管的表层熔化，从而，混合涂层即铝热剂和造渣剂与合金液反应生成的铁水以及无缝钢管表层熔化的铁水共同形成了复合过渡层，这样能够实现外工作层与内层无缝管牢固的冶金结合。
复合辊套的制造方法通过采用现浇的方式来制造外工作层，使得在浇铸过程中形成的复合过渡层对外工作层和内层无缝管的渗入更加深度，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、复合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，本发明制造的复合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复合辊套的纵截面结构示意图；
图2是本发明第二实施例复合辊套的制造方法加工复合辊套的结构示意图。
图中标记如下：
1-外工作层；2-复合过渡层；3-内层无缝管；4-浇铸模具；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，本实施例的一种复合辊套，该复合辊套包括：外工作层1、复合过渡层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为现浇的耐磨合金钢层，复合过渡层2为铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应而生成铁水以及内层无缝管3表层熔化铁水共同形成的过渡层，外工作层1、复合过渡层2和内层无缝管3三者之间为冶金结合。
优选的实施方式，外工作层1厚度为20mm～80mm，复合过渡层2厚度为0.1mm～5.0mm，内层无缝管3厚度为10mm～50mm。更优选为，外工作层1厚度为50mm～70mm，复合过渡层2厚度为1.0mm～2.5mm，内层无缝管3厚度为20mm～30mm。其中，最优选地，外工作层1、复合过渡层2、内层无缝管3三者的厚度之比为30～50：1：20～30。
实施例二
请参考图2，本实施例的一种复合辊套的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为复合辊套的内层无缝管，去除内层无缝管表面的脏污和氧化层。
步骤二，将铝热剂和造渣剂混合搅拌形成胶泥状，并均匀地涂覆在内层无缝管3外表面上，铝热剂和造渣剂的涂层厚度为0.5mm-5.0mm。
步骤三，将涂覆上铝热剂和造渣剂的内层无缝管3安装到浇铸模具4内，内层无缝管3安装到浇铸模具4内时的温度控制在0℃～500℃。
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口5浇入到浇铸模具4内，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，铝热剂和造渣剂遇到高温合金液反应而生成铁水，所生成的铁水与内层无缝管3表面遇高温合金液而熔化的铁水共同形成复合过渡层2，浇铸完成后自然冷却即得到所述复合辊套。
优选的实施方式，步骤一中，内层无缝管3外表面的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。
步骤二中，所述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，步骤二中，铝热剂和造渣剂的具体成分的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混合涂层的反应速度和温度，从而实现复合过渡层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复合辊套；或者，包括实施例二所述的制造方法所制造的复合辊套。
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 (6)

1.一种复合辊套，其特征在于，所述复合辊套包括：外工作层(1)、复合过渡层(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)为现浇的耐磨合金钢层，所述复合过渡层(2)为铝热剂和造渣剂与现浇合金液反应而生成铁水以及所述内层无缝管(3)表层熔化铁水共同形成的过渡层，所述外工作层(1)、所述复合过渡层(2)和所述内层无缝管(3)三者之间为冶金结合；
所述复合辊套的制造方法包括以下步骤：
步骤一，准备预定尺寸的低碳无缝钢管作为复合辊套的内层无缝管(3)，去除所述内层无缝管(3)表面的脏污和氧化层；
步骤二，将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内层无缝管(3)外表面上，铝热剂和造渣剂的涂层厚度为0.5mm-5.0mm，所述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；
步骤三，将涂覆上铝热剂和造渣剂的所述内层无缝管(3)安装到浇铸模具(4)内，所述内层无缝管(3)安装到所述浇铸模具(4)内时的温度控制在0℃～500℃；
步骤四，将熔炼好的合金液从浇铸口(5)浇入到所述浇铸模具(4)内，合金液浇铸时的温度控制在1300℃～1500℃，铝热剂和造渣剂遇到高温合金液反应而生成铁水，所生成的铁水与所述内层无缝管(3)表面遇高温合金液而熔化的铁水共同形成所述复合过渡层(2)，浇铸完成后自然冷却即得到所述复合辊套。
2.根据权利要求1所述的复合辊套，其特征在于，所述外工作层(1)厚度为20mm～80mm，所述复合过渡层(2)厚度为0.1mm～5.0mm，所述内层无缝管(3)厚度为10mm～50mm。
3.根据权利要求2所述的复合辊套，其特征在于，所述外工作层(1)、所述复合过渡层(2)、所述内层无缝管(3)三者的厚度之比为30～50：1：20～30。
4.根据权利要求1所述的复合辊套，其特征在于，步骤一中，所述内层无缝管(3)外表面的粗糙度控制在Ra0.2～Ra6.0。
5.根据权利要求1所述的复合辊套，其特征在于，步骤二中，所述铝热剂和造渣剂的具体成分的Al粉、Fe2O3粉、FeO粉、CaCO3粉、SiO2粉的粒径为0.01mm～0.5mm。
6.一种轧辊，其特征在于，包括如权利要求1至5中任意一项所述的复合辊套。
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