專利名稱：：一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及冶金軋輥領(lǐng)域，特別涉及一種用于熱軋工作輥的電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)。
背景技術(shù)：
：由于熱軋工作輥的使用工況比較苛刻，承受高溫、沖擊載荷和冷卻水的循環(huán)作用，尤其是前段機(jī)架，對工作輥的使用性能要求很高。近年，由于離心鑄造高速鋼復(fù)合熱軋輥的優(yōu)良特性，得到了快速推廣應(yīng)用。這種復(fù)合軋輥的特征是具有一層高速鋼材質(zhì)的工作層，高速鋼材質(zhì)中添加了大量的Cr、Mo、V、W、Nb等合金元素，可以形成MC、M2C和M6C等多種類型合金碳化物，硬度很高，且均勻細(xì)化，具有優(yōu)異的耐磨性能。由于不同合金元素形成不同類型的合金碳化物，根據(jù)不同的使用條件要求，目前已經(jīng)形成高Cr系列、高M(jìn)o和V系列、高Co系列等不同類型的離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥。新曰鐵各軋鋼廠、韓國浦項(xiàng)光陽廠、日本川崎千葉廠、加拿大DOFASCO廠的熱軋精軋F(tuán)lF5機(jī)架工作輥幾乎全部采用高速鋼材質(zhì)復(fù)合軋輥，使用結(jié)果表明高速鋼熱軋輥的耐磨損性能比高Cr鑄鐵、高Cr鑄鋼軋輥提高35倍，輥面粗糙度保持性能、高溫穩(wěn)定性更加優(yōu)異，換輥周期成倍延長，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自由規(guī)程軋制，大大降低了輥耗，改善了帶鋼控制精度和表面質(zhì)量，高速鋼熱軋工作輥推廣應(yīng)用已成為必然趨勢。目前，高速鋼復(fù)合軋輥主要采用離心鑄造方法生產(chǎn)，除了離心力之外液態(tài)金屬不受其它內(nèi)部強(qiáng)制約束力的作用，各種碳化物形成元素分布不均勻。V和C是MC的主要形成元素，為了產(chǎn)生高硬度和耐磨的主相一一MC型碳化物，工作層材質(zhì)普遍采用高碳高釩系高速鋼。由于W、Mo合金的密度比金屬液高，離心制備過程中在離心力的作用下，W、Mo元素在外層富集形成片狀M2C碳化物，而V合金的密度比金屬液低，V元素在內(nèi)層富集形成圓球狀MC碳化物，產(chǎn)生合金元素偏析和碳化物宏觀偏析，嚴(yán)重影響軋輥耐磨性，無法生產(chǎn)高碳高鎢系高速鋼，也無法得到紅硬性優(yōu)異的高W型MC碳化物。為了改善軋輥的整體使用性能，只有加入較高的Nb元素、V元素(6。％左右)才能形成足夠的MC型碳化物，保證軋輥的整體耐磨性，這無法根本解決偏析問題，同時(shí)也易產(chǎn)生碳化物粗大，造成軋輥剝落，還影響軋輥的紅硬性，高溫硬度低，高溫耐磨性差，降低了軋輥的使用壽命。電磁離心鑄造過程中，電磁場作用產(chǎn)生的羅侖茲力和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，液態(tài)金屬處于充分的約束和攪拌狀態(tài)，從而使得各種MC型碳化物形成元素分布均勻，MC型碳化物形核點(diǎn)增多且均勻分布，抑制了合金元素的偏析和碳化物的宏觀偏析，同時(shí)能形成富W的MC型碳化物，只需適量的W元素和少量的V元素就可以達(dá)到理想的高溫耐磨效果，提高了紅硬性更優(yōu)的W元素含量，降低了V元素含量，能夠生產(chǎn)高碳高鴨系高速鋼，富含紅硬性優(yōu)異的高W型MC碳化物；另外，電磁場產(chǎn)生的羅侖茲力可以細(xì)化微觀組織，還可以細(xì)化碳化物，細(xì)小的碳化物使得耐磨性進(jìn)一步提咼°中國專利03114582.5發(fā)明了一種離心鑄造高速鋼軋輥制造方法，在輥身鋼水離心澆注和凝固過程中，加入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.03T-0.20T電磁場，從而得到高碳高鎢高速鋼復(fù)合軋輥，成分均勻、無偏析，組織致密、細(xì)小，各項(xiàng)性能明顯優(yōu)于普通高速鋼軋輥。中國專利93103678.X是日立金屬株式會(huì)社發(fā)明了一種復(fù)合軋輥和其生產(chǎn)方法，工作層部分鑄鐵的構(gòu)成以重量計(jì)1.0-3.0%C，2.0%或更低的Si，2.0M或更低的Mn，2.0-15.0%的Cr，10.0%或更低的Mo，2.0-8.0%的V，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)，所發(fā)明材質(zhì)中不含W和Nb，因而必然存在組織偏析和耐磨性差的問題。中國專利97100083.2公開了一種離心復(fù)合高速鋼軋輥的生產(chǎn)方法，主要特征是軋輥外層材質(zhì)為高速鋼，軋輥芯部材質(zhì)為合金球墨鑄鐵，兩種不同材料采用離心鑄造復(fù)合而成。外層鋼水在澆注前加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理，稀土的加入量為0.03-0.5%，本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低，所產(chǎn)軋輥使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速鋼軋輥的離心復(fù)合制造。中國專利03140532.0公開了一種高速鋼復(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，其特征在于輥環(huán)外層的化學(xué)成分(重量%)為C1.2-2.5%,Si0.3-1.5%,Mn0.4-1.0%，Cr3.0-6.0%，Mo1.0-4.0%，V1.0-4.0%，W0.5-3.0%,Nb0.5-2.0%，Ti0.01-0.5%,RE0.01-0.5%，P<0.05%，S<0.05%，余為Fe;輥環(huán)芯部的化學(xué)成分(重量％)為C3.0-3.8%,Si2.2-3.2%，Mn0.3-0.8%，Ni0.2-2.0%，Cr<0.3%，Mo<0.3%，Mg0.03-0.10%，RE》0.03%，P<0.1%，S<0.03，余為Fe。該發(fā)明具有成本低、硬度高、耐磨性能好、使用壽命長、軋機(jī)作業(yè)率高的優(yōu)點(diǎn)，但W、Nb控制在較低的含量，必然影響其使用性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)，高碳高鉤高速鋼材質(zhì)，采用電磁離心鑄造工藝可以制造高碳高鉤高速鋼復(fù)合軋輥，不僅消除了鑄造組織的宏觀偏析，有效地控制MC碳化物均勻分布，而且明顯地改善了高速鋼復(fù)合軋輥的使用性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)，其成分質(zhì)量百分比為<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；在輥身工作層離心澆注和凝固過程中，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21T-0.30T的電磁場。其中，C1.82.5%，提高C元素含量一部分形成碳化物，增加工作層組織中碳化物數(shù)量，一部分固熔于基體；W310.0%，提高W元素含量，可以在電磁場的作用下，一部分取代V的作用，既形成彌散分布的MC、M2C型碳化物又熔于基體中，實(shí)現(xiàn)工作層組織的析出強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化，使高速鋼工作層具有理想的硬度、耐磨性、紅硬性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性；V0.52%，細(xì)化晶粒、提高材料的淬透性，高溫回火過程二次析出一定量的MC型碳化物，提高材料耐磨性和強(qiáng)韌性，降低了合金元素V含量，可以消除鑄造組織的宏觀偏析，有效地控制MC碳化物均勻分布。Mo24%，促進(jìn)材料的二次硬化，形成M2C型碳化物，提高材料的耐磨性。Cr4.07.0%，確保材料的淬透性，與W、Mo、V等元素共同作用形成復(fù)合碳化物，提高材料的耐磨性。RE0.030.5%，稀土元素主要是對鋼水進(jìn)行變質(zhì)處理，同時(shí)凈化和細(xì)化材料的組織。輥芯材料為合金球墨鑄鐵。在輥身工作層離心澆注和凝固過程中，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21T-0.30T的電磁場，對鋼水起到電磁攪拌的作用，降低金屬的運(yùn)動(dòng)速度和合金元素的徑向偏聚，有效控制合金元素偏析，實(shí)現(xiàn)組織的定向凝固和生長，產(chǎn)生富W的高硬度和耐磨MC型碳化物，碳化物能夠均勻分布、無偏析，組織致密、細(xì)小，各項(xiàng)性能優(yōu)于普通離心鑄造高速鋼軋輥。電磁強(qiáng)度太低，不能起到控制偏析的作用，電磁強(qiáng)度太高，容易導(dǎo)致組織疏松。本發(fā)明是電磁場與離心鑄造的旋轉(zhuǎn)力場相結(jié)合，產(chǎn)生電磁攪拌作用，導(dǎo)致合金元素分布均勻，避免了離心鑄造過程中MC碳化物的宏觀偏析，因此，電磁離心鑄造高速鋼合金成份與常規(guī)離心鑄造有明顯不同，可以大大降低合金元素V的含量，制備的高速鋼復(fù)合軋輥整體性能有明顯提高。根據(jù)不同軋輥規(guī)格和設(shè)備配置，離心澆注機(jī)可采用立式、斜式或臥式離心澆注機(jī)，澆注時(shí)先澆注輥身，凝固一段時(shí)間后，再澆注輥芯。軋輥制造方法仍采用鋼水熔煉、離心鑄造、沖芯、熱處理和機(jī)械加工的工藝路線，在鋼水離心澆注和凝固過程中，在鑄模外部施加感應(yīng)電磁場，獲得組織均勻、性能優(yōu)異的電磁離心澆注輥坯。本發(fā)明的有益效果在不改變熱處理工藝條件下，本發(fā)明的高速鋼材質(zhì)，無電磁場離心鑄造時(shí)，大量析出聚集的黑色碳化物，使用過程中容易產(chǎn)生裂紋和碳化物脫落；在電磁場離心鑄造時(shí)，大量析出均勻、彌散分布的白色細(xì)小碳化物，MC型碳化物的結(jié)構(gòu)、組成發(fā)生了很大變化，W元素直接替代V元素形成了紅硬性很高的MC型碳化物，組織無偏析，使得軋輥材質(zhì)的紅硬性和耐磨性大幅度提高，具有優(yōu)異的使用性能。圖1為對比例軋輥的碳化物形態(tài)及分布示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例3軋輥的碳化物形態(tài)及分布示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的實(shí)施例參見表1。表1單位質(zhì)量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在輥身工作層離心澆注和凝固過程中，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21T-0.30T的電磁場，以W代V，碳化物能夠均勻分布、無偏析，組織致密、細(xì)小，各項(xiàng)性能優(yōu)于普通離心鑄造高速鋼軋輥，其中耐磨性能和沖擊韌性提高30%以上、抗事故性能大大改善。由圖l、圖2可知，熱處理工藝不變，無電磁場離心鑄造條件下，大量析出聚集的黑色碳化物；0.22T電磁場離心鑄造條件下，大量析出彌散分布的白色細(xì)小碳化物，MC型碳化物的結(jié)構(gòu)、組成發(fā)生了很大變化，W元素直接替代V元素形成了紅硬性很高的MC型碳化物，使得軋輥材質(zhì)的紅硬性和耐磨性大幅度提高，確保了高碳高鎢高速鋼的工藝和使用性能。本發(fā)明的電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥，適用于熱軋精軋工作輥，也適用于熱軋初軋機(jī)架工作輥，對于其他類似工況軋輥也有良好的使用效果，還可應(yīng)用于冷軋工作輥，對于有色金屬軋機(jī)軋輥也具有推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。權(quán)利要求1.一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)，其成分質(zhì)量百分比為C1.8～2.5W3～10.0Mo2～4Cr4.0～7.0V0.5～2RE0.03～0.5Si≤1Mn≤1余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；采用離心鑄造工藝，輥身工作層在離心澆注和凝固過程中，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21T～0.30T的電磁場。全文摘要本發(fā)明公開了一種電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥工作層材質(zhì)，其成分質(zhì)量百分比為C1.8～2.5、W3～10.0、Mo2～4、Cr4.0～7.0、V0.5～2、RE0.03～0.5、Si≤1、Mn≤1、余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；其中，在輥身工作層離心澆注和凝固過程中，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21T～0.30T的電磁場。本發(fā)明高碳高鎢高速鋼材質(zhì)，采用電磁離心鑄造工藝可以制造高碳高鎢高速鋼復(fù)合軋輥，以W代V，不僅消除了鑄造組織的宏觀偏析，有效地控制MC碳化物均勻分布，而且明顯地改善了高速鋼復(fù)合軋輥的使用性能。文檔編號C22C38/00GK101274359SQ20071003857公開日2008年10月1日申請日期2007年3月28日優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日發(fā)明者姚利松,孫大樂,李小兵,汪長安,群范申請人:寶山鋼鐵股份有限公司