CN1251815C - 高能复合钢轧辊和其制造方法 - Google Patents

Abstract

高能复合钢轧辊是一种板型复合钢轧辊，属于冶金机械设备零件方面的产品发明。它提高了板型钢轧辊的使用性能，降低了成本，同时也解决了板型钢轧辊的修复问题，特别是工作辊修复。它的结构特征在于，辊芯为锻钢，辊身或辊颈表面为圆筒型钢复合工作层。圆筒型钢复合层具有很高的轧制使用性能，它采用电渣熔铸或离心铸造技术制造，并通过爆炸焊接技术复合在辊身或辊颈上。高能复合钢轧辊主要用于金属板材或带材的轧制。

Description

高能复合钢轧辊和其制造方法

技术领域：高能复合钢轧辊是一种板型轧辊，属于冶金机械设备零件。

背景技术：高能复合钢轧辊的制造涉及铸造、爆炸焊接、热处理及机械加工等技术。它所涉及的铸造技术是电渣熔铸和离心铸造技术等，它们在高能复合钢轧辊的制造中，是用来制造轧辊表面钢复合层的，即圆筒形钢复合层。这种钢复合层处于轧辊辊身和辊颈表面。电渣熔铸技术是一种应用于各工业部门的高级冶炼技术。它综合了获得高冶金质量的金属和浇注异型零件及精化毛坯的长处，并具有无各向异性的特点及与锻件相近的致密组织，良好的机械和力学性能。但电渣熔铸产品的成本较高，主要用于性能要求较高的零件，关于电渣熔铸的情况，国内、外都有大量的论文及著作予以论述，如李正邦所著的《电渣熔铸》等。

离心铸造是一种常用铸造技术，主要用于生产回转体零件，与电渣熔铸相比，纯净度低一些，元素偏析较大。

高能复合钢轧辊制造所涉及到的爆炸焊接是一种固相焊接，从1944年产生到现在，爆炸焊接技术已有几十年的历史，在国内、外都有大量的商业生产，并广泛应用到各工业部门。它在高能复合钢轧辊的制造中是将圆筒形钢复合层焊接在辊身或辊颈上。爆炸焊接具有结合强度高，材料品种组合范围广，再加工性能好的优点。但它只适合几何形状简单的材料焊接，且噪音大，只能在偏远处进行，有关此项技术的论述及报道均有大量文献。如英国的T·Z布拉齐恩斯基著的《爆炸焊接、成形与压制》一书。

高能复合钢轧辊所涉及到的热处理及机械加工等方面的技术也都是成熟技术，由于轧辊选用材质种类较多，各种材质的热处理工艺各不相同，但能通过相关的工艺手册等工具书及文件进行查找，但新钢种的轧辊材质及技术工艺需要其它途径获得。关于机械加工等技术利用现有的市场资源可完成，与一般轧辊制造技术无大差别。

发明内容：制造高能复合钢轧辊的目的有二：1)对新制钢轧辊来说，是提高其耐磨性、抗剥落性、抗事故能力等使用性能，同时降低成本。2)对表面损坏后的钢轧辊修复，再重新使用，以达到修旧利废，降低钢材生产成本，也提高其使用性能的目的。

传统锻钢辊的工艺复杂、成本高、工艺性能差。而铸钢辊和复合铸钢辊，其表面工作层，即表面淬火工作层为铸态组织，因此使其使用性能受到很大限制。

无论是锻钢辊，还是铸钢辊及复合铸钢辊，它们都不能或较难修复。对于轧辊辊芯来说主要是强度要求，以防止使用时断辊。而对于轧辊表面来说则要求高耐磨性、较高的抗剥落性、较高的抗热冲击和抗事故能力。

高能复合钢轧辊是用于轧制金属板材、金属带材等用途的关键性零件，在轧机上使用。从外形结构上来说，高能复合钢轧辊是一种板型钢轧辊，是一种板型复合钢轧辊。和板型钢轧辊一样，主要是由辊身、辊颈、辊头三部分组成。辊身是轧辊各部分中最大的圆柱体，在钢材轧制过程中依据轧辊在轧机中的位置，辊身将直接或间接作用于钢材。辊颈是安装滚动轴承的圆柱体部位，它在辊身两边各有一部位，它使轧辊在轧机工作时能快速转动。辊颈之外的圆柱体部分就是辊头。

从内部结构看，高能复合钢轧辊由辊芯和表面钢复合层组成，钢复合层厚度可以大于或小于轧辊图纸规定的表面淬火层厚度，也可以等于淬火层厚度。高能复合钢轧辊的辊芯是由高强韧性的金属材料制成的近似阶梯形锻钢圆棒，即辊身大、辊颈小的锻钢圆棒，高能复合钢轧辊的辊身部分的表面钢复合层，即圆筒形钢复合层，是通过电渣熔铸或离心铸造制成的圆钢筒，并经特有公知的用于铸管变形强化的工艺技术处理后，达到锻钢性能及相应为淬火作准备的金相组织，再通过爆炸焊接复合在辊身上，高能复合钢轧辊的辊颈部分也可爆炸复合圆筒形钢复合层。这种圆筒形钢复合层在力学和机械性能方面能够达到或超过同种钢的锻件(这里所说的超过同钢种的锻件是指采用电渣熔铸技术制造的锻钢辊套的性能超过采用电炉钢制造的锻钢辊套的性能)，即在力学和机械性能方面超过同种钢的铸件组织，其本质上为锻钢件。在淬火状态下，具有很高的耐磨性，很高的抗剥落性，很高的抗热冲击性和抗事故能力。在化学成分方面，采用中、高碳合金钢来制造，如高铬钢和高速钢等，以保证轧辊表面工作性能要求。它的碳含量可通过化学方法或物理方法来检测得知。高能复合钢轧辊产品制造工艺方法；轧辊芯部，即辊芯为锻造棒材，当然轧辊芯部也要经过一定的工艺技术处理。表面圆筒形钢复合层采用电渣熔铸或离心铸造而成，经压力加工、热处理、车削加工等相应于具体钢种和轧辊使用性能要求的工艺技术处理，达到锻件性能，再经过爆炸焊接技术将其焊接在辊身或辊颈上，随后经过如压力加工、热处理、机械加工等工艺技术处理达到使用性能。由于轧辊制造采用的材质种类较多，因此，采用不同种类材质制造高能复合钢轧辊的制造工艺方法都会有所不同，上述高能复合钢轧辊产品制造工艺方法是其制造工艺方法的基本原则。而对某种具体材质的高能复合钢轧辊的制造工艺方法，应在遵守上述高能复合钢轧辊制造工艺方法原则的前提下，结合具体材质的工艺特性来制定，这里的工艺特性是指热处理工艺特性、锻造工艺特性等。

综上所述，高能复合钢轧辊的本质是锻钢复合轧辊，它具有很高的强韧性，以防止使用时断辊，而这种性能是通过辊芯来实现，高能复合钢轧辊具有很高的耐磨性、很高的抗剥落性、很高的抗热冲击性和抗事故能力，这一性能主要是通过表面钢复合层来体现。

高能复合钢轧辊与传统钢轧辊，即锻钢辊、铸钢辊、复合铸钢辊相比，其综合性能有很大提高，成本降低，使用寿命提高，钢材轧制质量提高。如同锻钢辊相比，除了性能有很大提高外，成本也大幅度降低。与传统复合铸钢辊相比，虽然传统复合铸钢辊也采用锻钢芯，但其表面复层为铸态组织，因此其性能也比高能复合钢轧辊低。另外一个重要优点，就是能对表面损坏后的钢轧辊进行修复，达到修旧利废的作用，特别是工作辊的修复意义更大，因为轧辊最大用量是工作辊。

说明书附图文件说明：在图1中，A——A为剖切符号，在图2中，指引线箭头所指之处为圆筒形钢复合层与辊芯的辊身部分焊接后的焊缝，○表示圆形焊缝，J表示接触焊，爆炸焊为接触焊。

具体实施方式：实施例1、制造一根Φ94×300的高能复合钢轧辊，其外形结构如说明书附图中的图1所示，辊身内部结构如图2所示，轧辊芯部材质为9Cr2，是锻钢件。表面圆筒形钢复合层材质为Cr12MoV，通过电渣熔铸制成，经过一定的工艺技术处理，达到锻件性能，在经爆炸焊接技术焊接在轧辊芯部的辊身上，再经过如压力加工、表面淬火、机械加工等工艺处理达到图纸设计要求。此时圆筒形钢复合层性能已超过同钢种在相同热处理状态下的铸件组织性能及同钢种的锻件。这样，一根高能复合钢轧辊制造完成，可以安装在轧机上使用。

例2、此例说明高能复合钢轧辊制造的另一种情况，即修复。仍以上例来说明，若上一根高能复合钢轧辊经过3个月使用，磨损后的辊身直径为86mm，既达到最小使用直径而不能继续使用，那么需恢复使用直径尺寸才能重新使用。首先，将磨损后的轧辊进行热处理、车削加工等，使其辊身表面的直线度控制在一定范围内，通过电渣熔铸铸造出内径大于84mm，外径小于110mm的Cr12MoV圆钢筒，经过如车削、压力加工、热处理等工艺技术处理，使其达到锻件性能及满足爆炸焊接时的特有状态。通过爆炸焊接将圆钢筒复合在磨损后的轧辊辊身上，再经过如表面淬火、机械加工等工艺技术处理，使修复的轧辊达到图纸要求，即完成高能复合钢轧辊的另一种情况——修复。

Claims (2)

1、一种用于轧制金属板材和带材的高能复合钢轧辊，这种产品的结构特征在于：辊芯为锻钢，辊身表面为圆筒形钢复合层，辊颈表面也可有圆筒形钢复合层，也可以没有，轧辊表面圆筒形钢复合层的材质为中、高碳合金钢，其力学和机械性能达到或超过同一种钢的锻材，也就是说其力学和机械性能超过同一种钢的铸件组织，高能复合钢轧辊即可是新制钢轧辊，也可是钢轧辊使用损坏后，修复而成的钢轧辊。

2、高能复合钢轧辊产品的制造工艺方法，其特征在于：辊身或辊颈表面圆筒形钢复合层是采用电渣熔铸或离心铸造技术制成的，并且经过一定的工艺技术处理，如相应于具体钢种和轧辊使用性能要求的压力加工、热处理、机械加工等工艺技术处理，再经爆炸焊接技术将其焊接在辊身或辊颈上，随后经过压力加工、热处理、机械加工等工艺技术处理，达到使用要求。

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