專利名稱：一種耐磨復(fù)合軋輥的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨復(fù)合軋輥的制造方 法，特別涉及一種輥芯和耐磨復(fù)合輥套組合而成的耐磨復(fù)合軋輥的制 造方法。
背景技術(shù)：
釆用組合式復(fù)合軋輥取代鑄造復(fù)合軋輥是解決軋鋼生產(chǎn)中軋輥 斷裂的有效措施。組合式復(fù)合軋輥是將軋輥的外層(輥套或輥環(huán))和芯 部(輥軸)通過(guò)過(guò)盈配合，為了保證軋鋼所需的扭矩，通常需要在輥套 內(nèi)側(cè)開(kāi)鍵槽或加工出螺紋孔，通過(guò)花鍵或螺栓使輥套和輥軸結(jié)合牢 靠。釆用組合式復(fù)合軋輥，對(duì)解決斷輥，降低輥耗，提高軋鋼機(jī)作業(yè) 率具有良好的效果。在四輥寬帶鋼軋機(jī)上使用輥套、輥軸組合式復(fù)合
支承輥，輥軸利用次數(shù)最高可達(dá)9次，輥套與輥軸重量比為0. 3 - 0. 5， 從而使支承輥輥耗大幅度下降。鑒于組合式復(fù)合軋輥具有許多優(yōu)點(diǎn)， 目前國(guó)內(nèi)外的多數(shù)高速線材軋機(jī)的預(yù)精軋段、精軋段以及棒材軋機(jī)和 帶鋼軋機(jī)的精軋段已廣泛采用組合式復(fù)合軋輥。組合式復(fù)合軋輥技術(shù) 推廣中存在的最大問(wèn)題是外層輥套加工性能的改善和加工效率的提高。
中國(guó)發(fā)明專利CN1428212公開(kāi)了一種用于各類型鋼軋機(jī)軋制型 鋼用復(fù)合輥環(huán)的制造方法，采用耐磨合金澆注成整體輥環(huán)，輥環(huán)淬火 加熱前將輥環(huán)內(nèi)層用保溫材料板保護(hù)，保溫材料板由高強(qiáng)度耐熱鋼螺栓、墊片和螺帽固定，保溫材料板和螺栓、墊片、螺帽隨輥環(huán)在熱處 理爐內(nèi)一起加熱和保溫，在隨后的快速冷卻中，輥環(huán)外層冷卻快，淬 火組織中可獲得高硬度的馬氏體或貝氏體組織，輥環(huán)內(nèi)層由于保溫材 料板的保溫作用，冷卻緩慢，淬火后輥環(huán)內(nèi)層主要是珠光體組織，硬 度較低，具有很好的加工性能，既可以方便地銑鍵槽，也可以方便地 在內(nèi)層鉆螺紋孔。采用該發(fā)明可獲得內(nèi)外層組織和性能完全不同的復(fù) 合輥環(huán)。但該發(fā)明內(nèi)外層是合金元素含量較高同一種材料，合金消耗 量大，生產(chǎn)成本較高，另外，將保溫材料板和螺栓、墊片、螺帽隨輥 環(huán)在熱處理爐內(nèi)一起加熱和保溫，浪費(fèi)能源，降〗氐加熱爐熱處理效率。
中國(guó)發(fā)明專利CN1454723公開(kāi)了一種高速鋼復(fù)合輥環(huán)，輥環(huán)外層 為高速鋼，輥環(huán)芯部為合金球墨鑄鐵，輥環(huán)外層的化學(xué)成分(重量％) 為C 1.2-2.5%， Si 0.3—1.5%, Mn 0.4-1.0%, Cr 3.0—6.0%， Mo 1. 0-4. 0 % ， V 1. 0-4. 0 % , W 0. 5-3. 0 % ， Nb 0. 5-2. 0 % , Ti 0. 01-0. 5 %， RE 0.01-0.5%， P<0. 05%， S<0.05%，余為Fe;輥環(huán)芯部的 化學(xué)成分(重量％)為C 3.0-3.8%, Si 2.2-3.2%, Mn 0.3-0.8%, Ni 0.2-2.0%, Cr<0. 3%, Mo < 0. 3 % ， Mg 0.03-0.1%， RE > 0.03 %, P<0. 1%， S<0. 03，余為Fe。輥環(huán)外層與內(nèi)層通過(guò)離心鑄造復(fù) 合在一起，內(nèi)層硬度低、加工性能好。但輥環(huán)高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中，內(nèi) 層機(jī)械性能明顯降低，導(dǎo)致輥環(huán)使用過(guò)程中易出現(xiàn)變形、甚至破裂現(xiàn) 象。另外，外層高速鋼與芯部合金球墨鑄鐵結(jié)合部位易產(chǎn)生鑄造缺陷， 降低結(jié)合層強(qiáng)度，影響組合式復(fù)合軋輥的正常使用。
中國(guó)發(fā)明專利CN1751816也公開(kāi)了一種大斷面WCP/Fe-C復(fù)合材料-球鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)輥環(huán)，由高耐磨WCP/Fe-C復(fù)合材料工作層和強(qiáng)韌芯 部球鐵基體合金組成，所述芯部球鐵基體合金成分范圍為3.0-3.8% C， 2.0-2. 8%Si， <0.4%Mn, 0. 2—0. 3%Mo， 3—5%Ni, 0. 04-0. 06Mg， 0.05-0. 08RE, S、 P《0. 03。該發(fā)明輥環(huán)表面復(fù)合材料工作層中WC顆 粒尺寸75-200 jam,體積分?jǐn)?shù)可根據(jù)使用工況要求控制在50-85vol %。輥環(huán)復(fù)合材料工作層中WC顆粒分布均勻，復(fù)合材料工作層厚度 可在10 -30mm之間任意控制。輥環(huán)采用離心鑄造法制備，工藝簡(jiǎn)單， 制造成本低，由于外層WCP/Fe-C復(fù)合材料與芯部球墨鑄鐵結(jié)合部位 易產(chǎn)生鑄造缺陷，降低結(jié)合層強(qiáng)度，影響組合式復(fù)合軋輥的正常使用。 中國(guó)發(fā)明專利CN1861828還公開(kāi)了合金半鋼和球狀石墨鋼復(fù)合 輥環(huán)及制備方法的改進(jìn)，其特征是半鋼工作層成份為CI. 80-2. 20 %， SiO. 50-0. 80 % , MnO. 80-1. 10% ， Nil. 20-1. 70% , Cr2. 80-3. 20 %， MoO. 40-0. 60% , P<0. 03%, S《0. 03%,余量為Fe及少量殘余 元素。離心澆注時(shí)分別控制工作層鋼合金半鋼溫度為測(cè)定液相線溫度 加80-100°C，內(nèi)層球狀石墨鋼澆注溫度為測(cè)定的液相線溫度加 90-110°C,并在澆注的工作層界面溫度低于液相線溫度50-8(TC時(shí)澆 注內(nèi)層。該發(fā)明得到的高碳高合金半鋼，基體組織主要為貝氏體、碳 化物及珠光體，因而具有較高的耐磨性，但工作層與內(nèi)層離心復(fù)合過(guò) 程中，結(jié)合面易出現(xiàn)氣孔、夾雜、裂紋等鑄造缺陷，降低結(jié)合層強(qiáng)度, 也影響組合式復(fù)合軋輥的正常使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，而提供一種內(nèi)層加工性能好且加工量小，外層硬度高、耐磨性好，且內(nèi)外層結(jié)合良好的耐 磨鑲鑄復(fù)合輥套的制造方法。
本發(fā)明是將輥環(huán)低合金鋼內(nèi)套與輥環(huán)高合金耐磨外層通過(guò)鑲鑄 方法而復(fù)合在一起，再將鑲鑄復(fù)合輥套與鑄鋼或鍛鋼輥軸通過(guò)過(guò)盈配
合于一體，得到耐磨復(fù)合軋輥，具體步驟如下
1) 將鋼管加工成輥環(huán)內(nèi)套，并在輥環(huán)內(nèi)套的外表面上開(kāi)凹槽， 凹槽寬度10-15mm，凹槽深度10-12mm,凹槽間距15-25mm;
2) 將輥環(huán)內(nèi)套依次用稀鹽酸和酒精洗滌，干燥后在輥環(huán)內(nèi)套外 表面和凹槽中涂覆一層厚度0. 8 - 1. 2mm的硼砂，晾干后置于鑄型內(nèi)；
其中，洗滌輥環(huán)內(nèi)套的目的在于除去外表面雜質(zhì)及氧化皮，輥環(huán) 內(nèi)套外表面氧化物的存在將惡化外層金屬熔液與鑲鑄內(nèi)套的潤(rùn)濕，同 時(shí)還會(huì)阻礙金屬熔液的滲入，最終影響鑲鑄質(zhì)量。涂覆硼砂可在澆注 初期，包裹輥環(huán)內(nèi)套，減小氧化程度，同時(shí)硼砂受熱熔化后發(fā)生分解 反應(yīng)
她254(97 — 2油502 +爲(wèi)03 式(1)
反應(yīng)產(chǎn)物8203可溶解輥環(huán)內(nèi)套表面的氧化膜、凈化其表面，提高其潤(rùn)
^顯肯b力。
3) 將外層耐磨金屬熔液依次通過(guò)澆口杯、直澆道、內(nèi)澆道進(jìn)入 金屬型腔，得到鑲鑄復(fù)合輥套；
采用底注方法澆注外層耐磨金屬，可使金屬熔液平穩(wěn)充入鑄型型 腔，還有利于氣體和夾雜物的排出。另外鑄型選用鑄鐵加工而成的金 屬型，具有凝固快、鑄件組織致密和生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。4)將鑲鑄復(fù)合輥套經(jīng)澆冒口清理和表面打磨后直接退火，而后 粗加工，經(jīng)淬火和回火處理后，進(jìn)行精加工，最后與4壽鋼或4歐鋼輥軸
通過(guò)過(guò)盈配合于一體，過(guò)盈量為0. 10-0. 15mm，同時(shí)在鑲鑄復(fù)合輥 套內(nèi)側(cè)開(kāi)鍵槽，通過(guò)花鍵使輥套和輥軸結(jié)合牢靠，獲得高強(qiáng)度組合式 耐磨復(fù)合軋輥。
本發(fā)明耐磨復(fù)合軋輥與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明耐磨復(fù)合軋輥在金屬鑄型和重力條件下凝固，組織 致密，元素不會(huì)出現(xiàn)偏析、軋輥不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，本發(fā)明復(fù)合軋輥 的輥軸與鑲鑄復(fù)合輥套通過(guò)過(guò)盈配合，同時(shí)鑲鑄復(fù)合輥套內(nèi)側(cè)開(kāi)鍵 槽，通過(guò)花鍵使輥套和輥軸結(jié)合牢靠，因此復(fù)合軋輥軸套與輥軸結(jié)合 強(qiáng)度高。
(2 )本發(fā)明復(fù)合軋輥的鑲鑄復(fù)合輥套采用耐磨鑄造合金做外層， 與鋼管加工成的輥環(huán)內(nèi)套通過(guò)鑲鑄方法復(fù)合在一起，且在輥環(huán)內(nèi)套開(kāi) 了凹槽，并在輥環(huán)內(nèi)套外表面和凹槽中涂覆一層厚度0. 8 - 1. 2mm的 硼砂，可以明顯改善內(nèi)外層結(jié)合效果，提高結(jié)合強(qiáng)度，防止使用中結(jié) 合面出現(xiàn)開(kāi)裂。
(3) 本發(fā)明復(fù)合軋輥的鑲鑄復(fù)合輥套加工性能好，輥套內(nèi)層加 工量少，加工效率高，比普通鑄造復(fù)合輥套可縮短加工時(shí)間25-30%。
(4) 本發(fā)明復(fù)合軋輥外表層硬度高、耐磨性好，輥芯強(qiáng)度高、 韌性好，輥套與輥芯、輥套外表層與輥環(huán)內(nèi)套結(jié)合牢靠，復(fù)合軋輥使 用安全，使用壽命比普通合金復(fù)合軋輥提高l倍以上，由于本發(fā)明復(fù)合軋輥合金加入量較少，生產(chǎn)成本比鑄造復(fù)合軋輥降低30 %以上。


圖l、鑲鑄復(fù)合輥套澆注示意圖。
圖2、鑲鑄復(fù)合輥套結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3、組合式耐磨復(fù)合軋輥示意圖。
H免口杯，2-直免道，3-鑄鐵金屬型，4-內(nèi)免道，5-型腔， 6-輥環(huán)內(nèi)套，7-凹槽，8-上箱砂型，9冒口， 10-外層耐磨金屬， 11-花鍵，12-輥軸。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
1) 將鋼管加工成輥環(huán)內(nèi)套6,并在輥環(huán)內(nèi)套6的外表面上開(kāi)多 條凹槽7，凹槽寬度12mm，凹槽深度IO,，凹槽間距20mm;
2) 將輥環(huán)內(nèi)套6用稀鹽酸浸洗，除去外表面雜質(zhì)及氧化皮后， 在酒精中漂洗干凈，取出自然干燥，在輥環(huán)內(nèi)套6外表面和凹槽7中 涂覆一層厚度1. 0硼砂，自然晾干后置于鑄鐵金屬型3的型腔5內(nèi)；
3) 將外層耐磨金屬熔液通過(guò)澆口杯1、直澆道2、內(nèi)澆道4進(jìn)入 型腔5，用底注方法澆注外層耐磨金屬10，外層耐磨金屬10采用高 碳高速鋼，具體成分如下(重量％): 1.93%C, 4. 07%Cr， 5. 21%W， 4. 06%V, 2. O權(quán)o, 1.03%Si， 0. 90%Mn,余量Fe，得到鑲鑄復(fù)合輥套；
4) 將鑲鑄復(fù)合輥套經(jīng)澆冒口清理和表面打磨后直接退火，而后 粗加工，經(jīng)淬火和回火處理后，進(jìn)行精加工，最后與鑄鋼輥軸通過(guò)過(guò)盈配合于一體，過(guò)盈量為O. 13mm，同時(shí)在鑲鑄復(fù)合輥套內(nèi)側(cè)開(kāi)鍵槽， 通過(guò)花鍵11使輥套和輥軸12結(jié)合牢靠，最終可獲得外表層硬度高(大 于65HRC)、淬硬層深(大于35mm)、耐磨性好和輥芯強(qiáng)度高、韌性好 的高強(qiáng)度組合式耐磨復(fù)合軋輥。 實(shí)施例2
1) 將鋼管加工成輥環(huán)內(nèi)套6，并在輥環(huán)內(nèi)套6的外表面上開(kāi)凹 槽7,凹槽寬度15mm，凹槽深度10mm，凹槽間距25mm;
2) 將輥環(huán)內(nèi)套6用稀鹽酸浸洗，除去外表面雜質(zhì)及氧化皮后， 在酒精中漂洗干凈，取出自然干燥，在輥環(huán)內(nèi)套6外表面和凹槽7中 涂覆一層厚度0. 82mm的硼砂，自然晾干后置于鑄鐵金屬型3的型腔 5內(nèi)；
3) 將外層耐磨金屬熔液通過(guò)澆口杯1、直澆道2、內(nèi)澆道4進(jìn)入 型腔5，用底注方法澆注外層耐磨金屬10,外層耐磨金屬10采用高 鉻耐磨白口鑄鐵，具體成分如下(重量％): 3.06%C， 18.71°/。Cr， l.圍o， 0. 93%Ni， 0.74°/。Cu， 0. 77°/。Si， 0. 83%Mn,余量Fe，得到鑲 鑄復(fù)合輥套；
4) 將鑲鑄復(fù)合輥套經(jīng)澆冒口清理和表面打磨后直接退火，而后 粗加工，經(jīng)淬火和回火處理后，進(jìn)行精加工，最后與鍛鋼輥軸通過(guò)過(guò) 盈配合于一體，過(guò)盈量為G. 14mm，同時(shí)在鑲鑄復(fù)合輥套內(nèi)側(cè)開(kāi)鍵槽， 通過(guò)花鍵11使輥套和輥軸12結(jié)合牢靠，最終可獲得外表層硬度高(大 于63HRC)、淬硬層深(大于35mm)、耐磨性好和輥芯強(qiáng)度高、韌性好 的高強(qiáng)度組合式耐磨復(fù)合軋輥。本發(fā)明復(fù)合軋輥的鑲鑄復(fù)合輥套加工性能好，輥套內(nèi)層加工量
少，加工效率高，比普通鑄造復(fù)合輥套可縮短加工時(shí)間25 - 30 %; 本發(fā)明復(fù)合軋輥外表層硬度高、耐磨性好，輥芯強(qiáng)度高、韌性好，輥 套與輥芯、輥套外表層與輥環(huán)內(nèi)套結(jié)合牢靠，復(fù)合軋輥使用安全，在 高速線材軋機(jī)預(yù)精軋機(jī)架和棒材軋機(jī)精軋機(jī)架使用，其使用壽命比普 通合金復(fù)合軋輥提高1倍以上，由于本發(fā)明復(fù)合軋輥合金加入量較 少，生產(chǎn)成本比鑄造復(fù)合軋輥降低30%以上。因此本發(fā)明復(fù)合軋輥 的推廣使用具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1、一種耐磨復(fù)合軋輥的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鋼管加工成輥環(huán)內(nèi)套，并在輥環(huán)內(nèi)套的外表面上開(kāi)凹槽，凹槽寬度10-15mm，凹槽深度10-12mm，凹槽間距15-25mm；2)將輥環(huán)內(nèi)套依次用稀鹽酸和酒精洗滌，干燥后在輥環(huán)內(nèi)套外表面和凹槽中涂覆一層厚度0.8-1.2mm的硼砂，晾干后置于鑄型內(nèi)；3)將外層耐磨金屬熔液依次通過(guò)澆口杯、直澆道、內(nèi)澆道進(jìn)入金屬型腔，得到鑲鑄復(fù)合輥套；4)將鑲鑄復(fù)合輥套經(jīng)澆冒口清理和表面打磨后進(jìn)行熱處理和機(jī)械加工，最后與鑄鋼或鍛鋼輥軸通過(guò)花鍵結(jié)合和過(guò)盈配合于一體，過(guò)盈量為0.10-0.15mm，得到耐磨復(fù)合軋輥。
全文摘要
一種耐磨復(fù)合軋輥制造方法屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有組合式復(fù)合軋輥技術(shù)推廣中存在的最大問(wèn)題是外層輥套加工性能的改善和加工效率的提高。本發(fā)明通過(guò)在輥環(huán)內(nèi)套外表面上開(kāi)凹槽后，依次用稀鹽酸和酒精洗滌，而后在其表面及凹槽中涂覆硼砂，晾干并置于鑄型內(nèi)；采用底注方法澆注外層耐磨金屬熔液，得到鑲鑄復(fù)合輥套；將鑲鑄復(fù)合輥套與鑄鋼或鍛鋼輥軸通過(guò)花鍵結(jié)合和過(guò)盈配合于一體，得到耐磨復(fù)合軋輥。本發(fā)明復(fù)合軋輥具有外表層硬度高、耐磨性好，輥芯強(qiáng)度高、韌性好，輥套與輥芯、輥套外表層與輥環(huán)內(nèi)套結(jié)合牢靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D19/16GK101412105SQ20081022768
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者吳中偉, 健 林, 符寒光, 邢建東, 雷永平 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)