專利名稱：一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法，屬金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年研究的軋輥材質(zhì)發(fā)展的趨勢是廣泛使用合金元素且逐漸提高合金化程度，軋輥輥身表面形成較多較硬的碳化物，提高軋輥的耐磨性。高速鋼因具有硬度高、紅硬性好及耐磨性好的特點(diǎn)而被用于軋輥的制造。制造高速鋼復(fù)合軋輥主要有鍛造和離心鑄造的方法。采用鍛造方法，鍛造過程中易出現(xiàn)裂紋，鍛造高速鋼軋輥還存在成材率低、能耗高和加工量大、工藝流程長等不足。采用離心鑄造方法制造高速鋼軋輥主要問題是wc、VC偏析和裂紋，此外鋼液落流沖擊高速旋轉(zhuǎn)的鑄型時(shí)，有可能使鑄型表面的涂料層開裂甚至剝落， 剝落后的涂料隨鋼液而進(jìn)入軋輥內(nèi)部，涂料開裂時(shí)，鋼液鉆入裂紋將表層涂料夾在中間，導(dǎo)致軋輥出現(xiàn)表層夾雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，根據(jù)傳統(tǒng)方法(如鍛造和離心鑄造方法)制造高速鋼復(fù)合軋輥存在的問題，本發(fā)明公開一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明采用電渣空心抽錠方法先制作再生高速鋼復(fù)合軋輥輥環(huán)，利用中頻爐或電弧爐將成本低的球墨鑄鐵或普碳鋼熔化，以澆鑄方式制造軋輥輥芯，同時(shí)將軋輥外環(huán)與軋輥輥芯澆鑄熔合在一起，從而制備工作輥環(huán)為高速鋼，芯材為球墨鑄鐵或普碳鋼的復(fù)合的熱軋軋輥。本發(fā)明的稀土再生高速鋼復(fù)合軋輥是通過以下步驟制備
1、高速鋼自耗電極制備采用廢高速鋼為原料，按照化學(xué)成分要求添加合金料，加入稀土變質(zhì)劑O. 1-0. 5%，利用電爐冶煉方法，燒鑄得到高速鋼自耗電極；
2、連續(xù)抽錠熔鑄成型渣料經(jīng)過加熱至150°C_300°C保溫約2小時(shí)，進(jìn)行除水氣處理，在化渣爐中化好，熔化電渣料澆入空心抽錠結(jié)晶器內(nèi)，將高速鋼自耗電極插入渣池進(jìn)行常規(guī)電渣精煉，補(bǔ)縮、結(jié)束。同時(shí)，對(duì)結(jié)晶器的上口和下口進(jìn)行氣體保護(hù)至熔煉結(jié)束，得到高速鋼熱軋軋輥工作環(huán)；
3、保溫處理將抽錠熔鑄的高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)，利用6OO0C以上熱砂進(jìn)行覆蓋保護(hù)，直至冷卻到室溫；
4、澆鑄復(fù)合熱軋輥將高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)與澆鑄砂型的外殼結(jié)合，用耐火泥做好砂型接縫處理，對(duì)軋輥環(huán)進(jìn)行預(yù)熱處理溫度為600°C，軋輥環(huán)與砂型周圍填500°C熱砂保護(hù)；利用中頻感應(yīng)爐或電弧爐，將球墨鑄鐵或普碳鋼熔化經(jīng)脫氧、扒渣后燒入砂型，經(jīng)補(bǔ)縮后完成;
5、保溫整形復(fù)合軋輥毛坯采用500°C熱砂填埋，冷卻后去澆口、冒口；
6、熱處理與加工復(fù)合軋輥毛坯的退火工藝為加熱至950°C并保溫3小時(shí)，爐冷至600°C，出爐空冷。退火后進(jìn)行粗加工。粗加工后軋輥工作面進(jìn)行高頻淬火處理，然后精磨成型，完成高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制作。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明方法通過稀土處理與電渣精煉雙重作用獲得高速鋼熱軋輥工作層，消除了網(wǎng)狀和大塊狀碳化物；降低了材料中的氣體和雜質(zhì)元素含量，提高了材料冷熱疲勞性能，減少了材料的熱裂傾向，工作層表面硬度均勻，與離心鑄造高速鋼復(fù)合熱軋軋輥相比，具有軋輥工作區(qū)質(zhì)量高，芯部與工作層結(jié)合牢固等特點(diǎn)，使用壽命是普通離心鑄造方法制備的軋輥2倍以上。本發(fā)明方法所制備的高速鋼復(fù)合軋輥特點(diǎn)是外層厚度均勻；組織細(xì)小致密；芯部材料的采用球墨鑄鐵或普碳鋼。在軋輥輥環(huán)制作中利用稀土處理與電渣精煉的雙重作用全面提高軋輥工作面質(zhì)量，使用壽命長；輥身及輥芯采用的是球墨鑄鐵或普碳鋼綜合成本低。本發(fā)明制備方法具有材料性能穩(wěn)定、成材率高、綜合成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適用于高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制造生產(chǎn)，能夠在冶金、再生資源行業(yè)廣泛應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明工藝流程 圖2為本發(fā)明高速鋼工作輥環(huán)的制備示意 圖3為本發(fā)明工作輥環(huán)與輥芯連接復(fù)合示意 圖中圖號(hào)為1是內(nèi)結(jié)晶器；2是高速鋼自耗電極；3是外結(jié)晶器；4是熔化的電渣；5是軋輥工作面層套環(huán)；6是內(nèi)結(jié)晶器進(jìn)水；7是內(nèi)結(jié)晶器出水；8是外結(jié)晶器進(jìn)水；9是外結(jié)晶器出水是澆鑄軋輥芯；12是軋輥工作面層；13是砂型。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方式
如圖1工藝流程圖所示。具體實(shí)施分兩個(gè)步驟，一是利用電渣抽錠方法制備熱軋軋輥的工作層的高速鋼環(huán)型材料，作為熱軋軋輥的工作面層，本發(fā)明實(shí)施高速鋼工作輥環(huán)的制備如圖2所示，軋輥工作面層套環(huán)5在內(nèi)結(jié)晶器I和外結(jié)晶器3之間形成，2是高速鋼自耗電極、4是熔化的電渣，6是內(nèi)結(jié)晶器進(jìn)水；7是內(nèi)結(jié)晶器出水，保證內(nèi)結(jié)晶器的冷卻；8是外結(jié)晶器進(jìn)水；9是外結(jié)晶器出水，保證外結(jié)晶器的冷卻。本發(fā)明實(shí)施工作輥環(huán)與輥芯連接復(fù)合如圖3所示。將熱軋軋輥工作面作為外套，利用中頻爐或電弧爐將球墨鑄鐵或普碳鋼熔化澆鑄后輥芯與工作環(huán)套澆鑄熔合成型，其中11是澆鑄軋輥芯；12是軋輥工作面層；13是砂型。具體實(shí)施步驟首先，是熱軋軋輥的工作面層的制備，由于高速鋼中含有較多的鎢、鉻、鑰、釩等元素，這些元素及其形成的碳化物密度差很大，利用稀土變質(zhì)劑處理與電渣精煉的方法，在自耗電極熔化過程中，利用稀土變質(zhì)與渣洗精煉的雙重作用，可消除再生高速鋼輥環(huán)的網(wǎng)狀碳化物和碳化物偏析，使鋼中的非金屬夾雜物及有害元素大量去除，同時(shí)可以獲得致密的組織，避免普通冶金過程中產(chǎn)生的疏松偏析缺陷，從而達(dá)到提高高速鋼的熱軋軋輥的工作面層的冶金質(zhì)量與熱軋軋輥的工作面層面的成材率。其次，將制作好的熱軋軋輥的輥環(huán)作為澆鑄的工作外套進(jìn)行預(yù)熱處理，在輥環(huán)兩端與砂型外殼接合，形成輥芯與輥頸腔體，將熔化好的球墨鑄鐵或普碳鋼澆入腔體內(nèi)鑄成輥芯與輥頸，燒鑄完成后緩冷，完成毛坯制作，調(diào)質(zhì)處理加工，經(jīng)高頻淬火處理達(dá)到軋輥工作面硬度要求，精磨后完成制造。實(shí)施例1
(1)工作層自耗電極制備按高速鋼化學(xué)成分要求，配料，中頻爐冶煉，加入稀土變質(zhì)劑O. 5%,澆注獲得高速鋼自耗電極；
(2)工作層外環(huán)成型按照電渣重熔工藝執(zhí)行，渣料經(jīng)過加熱至250°C保溫2小時(shí)，進(jìn)行除水氣處理，在化渣爐中化好，熔化電渣料澆入空心抽錠結(jié)晶器內(nèi)，將高速鋼自耗電極插入渣池進(jìn)行常規(guī)電渣精煉，補(bǔ)縮、結(jié)束。同時(shí)，對(duì)結(jié)晶器的上口和下口進(jìn)行氣體保護(hù)至熔煉結(jié)束，得到高速鋼熱軋軋輥工作環(huán)，成型完成，采用600°C熱砂覆蓋保溫；
(3)造型連接將高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)與澆鑄砂型的外殼結(jié)合，用耐火泥做好砂型接縫處理，加熱工作熱軋軋輥環(huán)與砂型，周圍填500°C熱砂。(5)復(fù)合成型利用中頻感應(yīng)爐，將球墨鑄鐵澆鑄熔化，脫氧、扒渣后，澆入砂型，完成補(bǔ)縮后，燒鑄完畢后。(6)保溫整形填熱砂保溫4. 5小時(shí)，去燒口、冒口。(7)熱處理加工經(jīng)940°C保溫3. 5小時(shí)，爐冷至600°C出爐至室溫。粗加工。高頻淬火處理軋輥工作環(huán)外殼，冷卻后精磨完成制作。最后完成高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制作。工作層高速鋼硬度HRC 62-66 工作層碳化物級(jí)別小于3級(jí) 實(shí)施例2
(1)工作層自耗電極制備按高速鋼化學(xué)成分要求，配料，加入稀土變質(zhì)劑0.3%，中頻爐冶煉獲得高速鋼自耗電極；
(2)工作層外環(huán)成型按照電渣重熔工藝執(zhí)行，渣料經(jīng)過加熱至250°C2小時(shí)，進(jìn)行除水氣處理，在化渣爐中化好，熔化電渣料澆入空心抽錠結(jié)晶器內(nèi)，將高速鋼自耗電極插入渣池進(jìn)行常規(guī)電渣精煉，補(bǔ)縮、結(jié)束。同時(shí)，對(duì)結(jié)晶器的上口和下口進(jìn)行氣體保護(hù)至熔煉結(jié)束，得到高速鋼熱軋軋輥工作環(huán)，成型完成，采用600°C熱砂覆蓋保溫；
(3)造型連接將高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)與澆鑄砂型的外殼結(jié)合，用耐火泥做好砂型接縫處理，加熱工作熱軋軋輥環(huán)與砂型，周圍填熱砂500°C。(5)復(fù)合成型利用電弧爐，將普碳鋼澆鑄熔化，脫氧、扒渣后，澆入砂型，完成補(bǔ)縮后，燒鑄完畢后。(6)保溫整形填熱砂保溫4. 5小時(shí)，去燒口、冒口。(7)熱處理加工經(jīng)780°C保溫3. 4小時(shí)，爐冷至630°C出爐至室溫。粗加工。高頻淬火處理軋輥工作環(huán)外殼，冷卻后精磨完成制作。最后完成高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制作。工作層高速鋼硬度HRC 6 2 - 6 6；
工作層碳化物級(jí)別小于3級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法，其特征在于，所述方法采用電渣空心抽錠方法先制作再生高速鋼復(fù)合軋輥輥環(huán)，然后利用中頻爐或電弧爐將成本低的球墨鑄鐵或普碳鋼熔化，以澆鑄方式制造軋輥輥芯，同時(shí)將軋輥外環(huán)與軋輥輥芯澆鑄熔合在一起，從而制備工作輥環(huán)為高速鋼，芯材為球墨鑄鐵或普碳鋼的復(fù)合的熱軋軋輥； 本發(fā)明的稀土再生高速鋼復(fù)合軋輥是通過以下步驟制備 (1)高速鋼自耗電極制備采用廢高速鋼為原料，按照化學(xué)成分要求添加合金料，加入稀土變質(zhì)劑0. 01-0. 05%，利用電爐冶煉方法，燒鑄得到高速鋼自耗電極； (2)連續(xù)抽錠熔鑄成型渣料經(jīng)過加熱至150°C-300°C、保溫約2小時(shí)，進(jìn)行除水氣處理，在化渣爐中化好，熔化電渣料澆入空心抽錠結(jié)晶器內(nèi)，將高速鋼自耗電極插入渣池進(jìn)行常規(guī)電渣精煉，補(bǔ)縮、結(jié)束； (3)保溫處理將抽錠熔鑄的高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)，利用600°C以上熱砂進(jìn)行覆蓋保護(hù)，直至冷卻到室溫； (4)澆鑄復(fù)合熱軋輥將高速鋼工作熱軋軋輥環(huán)與澆鑄砂型的外殼結(jié)合，用耐火泥做好砂型接縫處理，對(duì)軋輥環(huán)進(jìn)行預(yù)熱處理溫度為600°C，軋輥環(huán)與砂型周圍填500°C熱砂保護(hù)；利用中頻感應(yīng)爐或電弧爐，將球墨鑄鐵或普碳鋼熔化經(jīng)脫氧、扒渣后燒入砂型，經(jīng)補(bǔ)縮后完成; (5)保溫整形復(fù)合軋輥毛坯采用500°C熱砂填埋，冷卻后去澆口、冒口； (6)熱處理與加工復(fù)合軋輥毛坯的退火工藝為加熱至950°C并保溫3小時(shí)以上，爐冷至60(TC，出爐空冷；退火后進(jìn)行粗加工；粗加工后軋輥工作面進(jìn)行高頻淬火處理，然后精磨成型，完成高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法，其特征在于，所述連續(xù)抽錠熔鑄成型步驟，同時(shí)對(duì)結(jié)晶器的上口和下口進(jìn)行氣體保護(hù)至熔煉結(jié)束，得到高速鋼熱軋軋輥工作環(huán)。
全文摘要
一種高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制備方法，其特征在于，所述方法采用電渣空心抽錠方法先制作再生高速鋼復(fù)合軋輥輥環(huán)，利用中頻爐或電弧爐將成本低的球墨鑄鐵或普碳鋼熔化，以澆鑄方式制造軋輥輥芯，同時(shí)將軋輥外環(huán)與軋輥輥芯澆鑄熔合在一起，從而制備工作輥環(huán)為高速鋼，芯材為球墨鑄鐵或普碳鋼的復(fù)合的熱軋軋輥。本發(fā)明方法所制備的高速鋼復(fù)合軋輥特點(diǎn)是外層厚度均勻；組織細(xì)小致密；芯部材料的采用球墨鑄鐵或普碳鋼。在軋輥輥環(huán)制作中利用稀土處理與電渣精煉的雙重作用全面提高軋輥工作面質(zhì)量，使用壽命長;輥身及輥芯采用的是球墨鑄鐵或普碳鋼綜合成本低。本發(fā)明適用于高速鋼復(fù)合熱軋軋輥的制造生產(chǎn)，能夠在冶金、再生資源行業(yè)廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B22D19/16GK103008617SQ20121057720
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者陸德平, 饒?jiān)聘? 陸磊, 胡強(qiáng), 劉秋香 申請(qǐng)人:江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所