CN109513904A - 一种双金属复合辊套的加工方法以及双金属复合辊套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合辊套的加工方法，包括以下步骤：(a)、将预先准备好的外钢模架设在离心旋转机构上，使外钢模的轴线处于水平状态，将浇铸嘴从外钢模的一端伸入到外钢模内，浇铸嘴在外钢模内可操控地沿轴向移动，浇铸嘴与浇铸杯相连通；(b)、开启离心旋转机构，设置离心旋转机构的转速为750‑1200转/分钟，离心旋转机构带动外钢模做旋转运动；(c)、先浇铸复合辊套的辊套外层，辊套外层浇铸到设计厚度后，冷却3‑5分钟，再浇铸复合辊套的辊套内层，辊套内层达到设计厚度后停止浇铸。以及公开了一种双金属复合辊套。通过采用了离心浇铸，被浇铸的辊套外层和辊套内层的致密性更好，特别是在第二阶段浇铸辊套内层时，由于离心力使得辊套内层的金属液被甩向辊套外层，进一步提高了辊套内层金属液渗入到辊套外层的比例和深度，从而辊套外层与辊套内层的结合性更好。

Description

一种双金属复合辊套的加工方法以及双金属复合辊套

技术领域

本发明涉及金属轧辊以及加工技术领域，特别涉及一种双金属复合辊套的加工方法，以及使用该加工方法制造的双金属复合辊套。

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或者辊套式复合轧辊，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。且目前的双金属复合轧辊，一种方法是采用预先制作好轧辊内套和轧辊外套，再使用机械压力将轧辊内套压入到轧辊外套内而形成双金属复合辊套，再进行必要的热处理，这样的结合方式存在结合不完全、结合层中存在空隙的缺陷；另一种方法是将内钢芯以及外模固定，将合金钢液采用底部浇铸法浇铸形成轧辊外套，这样的结合方式同样会在结合层中存在杂质、气泡等缺陷。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷，发明一种结合完美、力学性能一致的双金属复合辊套，以及双金属复合辊套的加工方法是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双金属复合辊套的加工方法、该加工方法所生产的双金属复合辊套，能够使双金属复合辊套的内外层辊套之间熔合完美、整体性高，合格率达到95％以上，该双金属复合辊套的耐磨性、强度和韧性都大大提高，且加工方法节省电能和人工。其技术方案如下：

本发明的一种双金属复合辊套的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：

(a)、将预先准备好的外钢模架设在离心旋转机构上，使所述外钢模的轴线处于水平状态，将浇铸嘴从所述外钢模的一端伸入到所述外钢模内，所述浇铸嘴在所述外钢模内可操控地沿轴向移动，所述浇铸嘴与浇铸杯相连通。根据所生产的复合辊套长度，可以选择使用一个或者两个浇铸嘴，如果复合辊套较长，则采用两个浇铸嘴分别从外钢模的两端伸入到外钢模内，从外钢模的两端向中间浇铸或者从外钢模的中间向两端浇铸；如果复合辊套较短，则可只使用一个浇铸嘴，从外钢模的一端向另一端浇铸。

(b)、开启所述离心旋转机构，设置所述离心旋转机构的转速为750-1200转/分钟，所述离心旋转机构带动所述外钢模做旋转运动。由于这样的高速旋转，离心力非常大，且浇铸在外钢模上的合金钢液有可能从外钢模两端被甩出，这样为了合金钢液不被甩出以及操作安全，在外钢模的两端可制作沿径向的挡板，该挡板的径向高度不低于复合辊套的厚度。

(c)、先浇铸复合辊套的辊套外层，所述辊套外层浇铸到设计厚度后，冷却3-5分钟，再浇铸复合辊套的辊套内层，所述辊套内层达到设计厚度后停止浇铸。在辊套外层浇铸完成后的停止浇铸时间内，离心旋转机构继续运行，在浇铸嘴更换金属液以后继续浇铸辊套内层。如果在辊套外层浇铸完成后就关闭离心旋转机构，则仍未固化的辊套外层会发生变形甚至掉落到外钢模的一边上，造成需要返工的事故。在浇铸完辊套内层以后，让离心旋转机构继续运行10-20分钟，待辊套内层固化以后即可出模。

本发明的双金属复合辊套的加工方法，与现有技术中的复合辊套加工方法相比，本发明的加工方法采用液液相结合的方式，即采用现浇方式先后浇铸辊套外层和辊套内层，在辊套外层浇铸完成但没有固化时继续浇铸辊套内层，则辊套外层和辊套内层之间的熔合更加完全，两种金属液之间相互渗透性更全面，从而所制造的双金属复合辊套整体性更好，辊套内外层之间不会发生相互串动甚至脱离，大大提高了双金属复合辊套的使用寿命，以及大大减少了轧辊工作时的故障发生率。

另一方面，本发明的双金属复合辊套的加工方法，由于采用了离心浇铸，被浇铸的辊套外层和辊套内层的致密性更好，特别是在第二阶段浇铸辊套内层时，由于离心力使得辊套内层的金属液被甩向辊套外层，进一步提高了辊套内层金属液渗入到辊套外层的比例和深度，从而辊套外层与辊套内层的结合性更好。

作为本发明上述双金属轧辊套的加工方法的改进，步骤(c)中，需要等到所述离心旋转机构在预设转速条件下匀速旋转以后再浇铸所述辊套外层和所述辊套内层。其中，离心旋转机构转速可以在所设计的速度区间内根据实际需要而作调节，只要合金钢液的浇铸速度和离心旋转机构的旋转速度相协调即可。合金钢液被浇注到外钢模上后随着外钢模从无旋转速度至相同的旋转速度，合金钢液在离心力的作用下向着外钢模挤压，使得辊套外层进一步提高，合金钢液中不可避免夹带的杂质被甩出，从而进一步提高了双金属轧辊套的品质。

进一步地，步骤(c)中，所述辊套外层浇铸完成后，在所述辊套外层内壁上面撒一层玻璃渣，所述玻璃渣的用量为2.5-3.5Kg/m²。因为在辊套外层浇铸完成后有3-5分钟的间隔时间，在这个时间内，高温合金钢液会迅速地部分氧化而形成氧化层，如果不阻止氧化层的形成，则会使辊套内层无法与辊套外层很好地熔合，甚至最终会出现内外层剥离的情况。而在完成辊套外层浇铸后迅速地在其表面上撒上一层玻璃渣，玻璃渣会阻止辊套外层的内表面氧化，从而在继续浇铸辊套内层时可以使内外层之间的熔合更加完美，且玻璃渣在浇铸辊套内层时会被离心甩出，不会影响复合辊套的整体质量。

作为进一步的改进，所述浇铸嘴具有两个出液口，两个所述出液口之间的间距可以人工操作地调节；或者，将两个所述浇铸嘴从所述外钢模的两端分别伸入到所述外钢模内，两个所述浇铸嘴在所述外钢模内均可操控地沿轴向移动，两个所述浇铸嘴均与所述浇铸杯相连通。这样，采用两个浇铸嘴分别从两端浇铸，一方面是适用于较长的复合辊套的生产，另一方面是可以减少一半的浇铸时间，从安全性和效率方面都是双倍提高。

进一步地，包括两个所述浇铸杯，一个所述浇铸杯中罐装浇铸所述辊套外层的合金钢液，另一个所述浇铸杯中罐装浇铸所述辊套内层的低碳钢液；所述浇铸嘴可调控地与两个所述浇铸杯相连通。这样，只要在浇铸完成辊套外层以后，切换浇铸嘴的连通管道，即可浇铸辊套内层，大大提高了复合辊套的生产效率。

进一步地，浇铸后的双金属复合辊套还包括退火步骤：

将浇铸完成后的所述双金属复合辊套放入到加热炉内，用5-8小时将炉内升温至700℃-800℃，保温1-3小时；

再用2-3小时将炉内升温至900℃-950℃，保温1-3小时，然后断电炉冷至650℃-700℃，通电保温1-2小时；再断电炉冷至常温后出炉。

本发明的一种双金属复合辊套，使用上述的加工方法制成，该双金属复合辊套包括：辊套外层、辊套内层和熔合过渡层，所述辊套外层为离心浇铸成型的高速合金钢外套，所述辊套内层为离心浇铸成型的低碳钢内层，所述熔合过渡层为在浇铸所述辊套内层时，低碳钢钢液与所述辊套外层熔化的高速合金钢钢液相互熔合形成的过渡层。

进一步地，所述熔合过渡层的厚度为5-15mm，所述辊套外层厚度为所述熔合过渡层厚度的5-10倍，所述辊套内层厚度为所述熔合过渡层厚度的3-5倍。

进一步地，所述辊套外层包括按重量百分比计的如下成分：

C：1.2-1.8％，Si:0.6-0.9％，Mn:0.45-0.75％，Cr：4.5-6.0％，Mo:3.5-4.5％，Ni:0.35-0.55％，W:1.5-2.25％，V:3.5-4.5％，Ti:0.02-0.05％，Nb:0.5-1.5％，B:0.01-0.02％，P:＜0.03％，S:＜0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明提供的双金属复合辊套的加工方法以及双金属复合辊套的有益效果是：

通过采用现浇方式先后浇铸辊套外层和辊套内层，在辊套外层浇铸完成但没有固化时继续浇铸辊套内层，则辊套外层和辊套内层之间的熔合更加完全，两种金属液之间相互渗透性更全面，从而所制造的双金属复合辊套整体性更好，辊套内外层之间不会发生相互串动甚至脱离，大大提高了双金属复合辊套的使用寿命，以及大大减少了轧辊工作时的故障发生率。

另一方面，本发明的双金属复合辊套的加工方法，由于采用了离心浇铸，被浇铸的辊套外层和辊套内层的致密性更好，特别是在第二阶段浇铸辊套内层时，由于离心力使得辊套内层的金属液被甩向辊套外层，进一步提高了辊套内层金属液渗入到辊套外层的比例和深度，从而辊套外层与辊套内层的结合性更好。

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双金属复合辊套的加工方法的示意图；

图2是本发明第一实施例双金属复合辊套的加工方法的另一种示意图；

图3是本发明第二实施例双金属复合辊套的结构示意图。

图中标记如下：

1-外钢模；2-离心旋转机构；3-浇铸嘴；31-出液口；4-浇铸杯；101-辊套外层；102-辊套内层；103-熔合过渡层。

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，本实施例的一种双金属复合辊套的加工方法，该加工方法包括以下步骤：

(a)、将预先准备好的外钢模1架设在离心旋转机构2上，使外钢模1的轴线处于水平状态，将浇铸嘴3从外钢模1的一端伸入到外钢模1内，浇铸嘴3在外钢模1内可操控地沿轴向移动，浇铸嘴3与浇铸杯4相连通。

(b)、开启离心旋转机构2，设置离心旋转机构2的转速为750-1200转/分钟，离心旋转机构2带动外钢模1做旋转运动。

(c)、先浇铸复合辊套的辊套外层101，辊套外层101浇铸到设计厚度后，冷却3-5分钟，再浇铸复合辊套的辊套内层102，辊套内层102达到设计厚度后停止浇铸。

其中，步骤(a)中，浇铸嘴3可以人工操作地在外钢模1内沿轴向移动，即可以从浇铸嘴3伸入端开始浇注合金钢液，浇铸嘴3移动到远端完成浇铸；也可以从从浇铸嘴3伸入端的远端开始浇注合金钢液，浇铸嘴3移动到伸入端完成浇铸。外钢模1架设到离心旋转机构2上以后，通过卡扣机构，使得外钢模1与离心旋转机构2相对固定，即离心旋转机构2带动外钢模1做旋转运动时，外钢模1与离心旋转机构2相对静止。

步骤(b)中，离心旋转机构2的转速可以根据实际需要在规定的区间内灵活地调节，转速越快，则浇铸时间越短；转速较慢则浇铸时间较长。优选地，离心旋转机构2的转速为850-1000转/分钟。

步骤(c)中，浇铸辊套外层101采用的合金钢液为高速合金钢液，其成分按照重量百分比计为：C：1.2-1.8％，Si:0.6-0.9％，Mn:0.45-0.75％，Cr：4.5-6.0％，Mo:3.5-4.5％，Ni:0.35-0.55％，W:1.5-2.25％，V:3.5-4.5％，Ti:0.02-0.05％，Nb:0.5-1.5％，B:0.01-0.02％，P:＜0.03％，S:＜0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。浇铸辊套内层102采用的是低碳钢液。

作为优选的实施方式，步骤(c)中，需要等到离心旋转机构2在预设转速条件下匀速旋转以后再浇铸辊套外层101和辊套内层102。这样，高温的浇铸辊套外层101的高速合金钢液以及浇铸辊套内层102的低碳钢液在浇铸过程更加平稳、流动性更好。

优选地，步骤(c)中，辊套外层101浇铸完成后，在辊套外层101内壁上面撒一层玻璃渣，玻璃渣的用量为2.5-3.5Kg/m²。这样，玻璃渣可以阻止辊套外层101内壁在浇铸辊套内层102之前被氧化而形成氧化层，从而影响辊套内层102与辊套外层101的熔合。玻璃渣在浇铸辊套内层102的过程中会被离心甩出，不会夹杂在辊套外层101与辊套内层102之间而影响复合辊套的整体质量。

作为进一步优选的实施方式，浇铸嘴3具有两个出液口31，两个出液口31之间的间距可以人工操作地调节；或者，将两个浇铸嘴3从外钢模1的两端分别伸入到外钢模1内，两个浇铸嘴3在外钢模1内均可操控地沿轴向移动，两个浇铸嘴3均与浇铸杯4相连通。这样，可以使两个浇铸嘴3从外钢模1的中间开始浇铸直到外钢模1的两端完成浇铸；或者，可以使两个浇铸嘴3从外钢模1的两端开始浇铸直到外钢模1的中间完成浇铸。

优选地，包括两个浇铸杯4，一个浇铸杯4中罐装浇铸辊套外层101的合金钢液，另一个浇铸杯4中罐装浇铸辊套内层102的低碳钢液；浇铸嘴3可调控地与两个浇铸杯4相连通。这样，在浇铸完辊套外层101以后，只需要切换浇铸嘴3与浇铸杯4的连通管道以后，即可开始辊套内层102的浇铸。

优选地，浇铸后的双金属复合辊套还包括退火步骤：

将浇铸完成后的所述双金属复合辊套放入到加热炉内，用5-8小时将炉内升温至700℃-800℃，保温1-3小时；

再用2-3小时将炉内升温至900℃-950℃，保温1-3小时，然后断电炉冷至650℃-700℃，通电保温1-2小时；再断电炉冷至常温后出炉。

实施例二

请参考图3，本实施例的一种双金属复合辊套，使用如实施例一所述的加工方法制成，该双金属复合辊套包括：辊套外层101、辊套内层102和熔合过渡层103，辊套外层101为离心浇铸成型的高速合金钢外套，辊套内层102为离心浇铸成型的低碳钢内层，熔合过渡层103为在浇铸辊套内层102时，低碳钢钢液与辊套外层101熔化的高速合金钢钢液相互熔合形成的过渡层。

优选地，熔合过渡层103的厚度为5-15mm，辊套外层101厚度为熔合过渡层103厚度的5-10倍，辊套内层102厚度为熔合过渡层103厚度的3-5倍。

其中，浇铸辊套外层101所用的高速合金钢包括按重量百分比计的如下成分：

C：1.2-1.8％，Si:0.6-0.9％，Mn:0.45-0.75％，Cr：4.5-6.0％，Mo:3.5-4.5％，Ni:0.35-0.55％，W:1.5-2.25％，V:3.5-4.5％，Ti:0.02-0.05％，Nb:0.5-1.5％，B:0.01-0.02％，P:＜0.03％，S:＜0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。

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)

1.一种双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：

(a)、将预先准备好的外钢模(1)架设在离心旋转机构(2)上，使所述外钢模(1)的轴线处于水平状态，将浇铸嘴(3)从所述外钢模(1)的一端伸入到所述外钢模(1)内，所述浇铸嘴(3)在所述外钢模(1)内可操控地沿轴向移动，所述浇铸嘴(3)与浇铸杯(4)相连通；

(b)、开启所述离心旋转机构(2)，设置所述离心旋转机构(2)的转速为750-1200转/分钟，所述离心旋转机构(2)带动所述外钢模(1)做旋转运动；

(c)、先浇铸复合辊套的辊套外层(101)，所述辊套外层(101)浇铸到设计厚度后，冷却3-5分钟，再浇铸复合辊套的辊套内层(102)，所述辊套内层(102)达到设计厚度后停止浇铸。

2.根据权利要求1所述的双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，步骤(c)中，需要等到所述离心旋转机构(2)在预设转速条件下匀速旋转以后再浇铸所述辊套外层(101)和所述辊套内层(102)。

3.根据权利要求2所述的双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，步骤(c)中，所述辊套外层(101)浇铸完成后，在所述辊套外层(101)内壁上面撒一层玻璃渣，所述玻璃渣的用量为2.5-3.5Kg/m²。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，所述浇铸嘴(3)具有两个出液口(31)，两个所述出液口(31)之间的间距可以人工操作地调节；

或者，将两个所述浇铸嘴(3)从所述外钢模(1)的两端分别伸入到所述外钢模(1)内，两个所述浇铸嘴(3)在所述外钢模(1)内均可操控地沿轴向移动，两个所述浇铸嘴(3)均与所述浇铸杯(4)相连通。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，包括两个所述浇铸杯(4)，一个所述浇铸杯(4)中罐装浇铸所述辊套外层(101)的合金钢液，另一个所述浇铸杯(4)中罐装浇铸所述辊套内层(102)的低碳钢液；所述浇铸嘴(3)可调控地与两个所述浇铸杯(4)相连通。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的双金属复合辊套的加工方法，其特征在于，浇铸后的双金属复合辊套还包括退火步骤：

将浇铸完成后的所述双金属复合辊套放入到加热炉内，用5-8小时将炉内升温至700℃-800℃，保温1-3小时；

再用2-3小时将炉内升温至900℃-950℃，保温1-3小时，然后断电炉冷至650℃-700℃，通电保温1-2小时；再断电炉冷至常温后出炉。

7.一种双金属复合辊套，使用如权利要求1至6中任一项所述的加工方法制成，其特征在于，包括：辊套外层(101)、辊套内层(102)和熔合过渡层(103)，所述辊套外层(101)为离心浇铸成型的高速合金钢外套，所述辊套内层(102)为离心浇铸成型的低碳钢内层，所述熔合过渡层(103)为在浇铸所述辊套内层(102)时，低碳钢钢液与所述辊套外层(101)熔化的高速合金钢钢液相互熔合形成的过渡层。

8.根据权利要求7所述的双金属复合辊套，其特征在于，所述熔合过渡层(103)的厚度为5-15mm，所述辊套外层(101)厚度为所述熔合过渡层(103)厚度的5-10倍，所述辊套内层(102)厚度为所述熔合过渡层(103)厚度的3-5倍。

9.根据权利要求7或者8所述的双金属轧辊套，其特征在于，所述辊套外层(101)包括按重量百分比计的如下成分：

C：1.2-1.8％，Si:0.6-0.9％，Mn:0.45-0.75％，Cr：4.5-6.0％，Mo:3.5-4.5％，Ni:0.35-0.55％，W:1.5-2.25％，V:3.5-4.5％，Ti:0.02-0.05％，Nb:0.5-1.5％，B:0.01-0.02％，P:＜0.03％，S:＜0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。