專利名稱：一種離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離心鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離心鑄造復(fù)合軋輥的中間層材料，特別涉及一種離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層材料。

背景技術(shù)：
含硼高速鋼軋輥中，因貴重合金加入量少，因此生產(chǎn)成本較低。另外，硼除了生成高硬度的碳硼化合物外，部分硼進(jìn)入基體，可改善基體的淬透性和淬硬性，有助于含硼高速鋼軋輥耐磨性的提高。但是，含硼高速鋼軋輥生產(chǎn)過程中，外層的硼元素易混入輥芯，使輥芯的硼含量增加，導(dǎo)致輥芯強(qiáng)度降低、韌性下降。為了消除外層硼元素混入輥芯，中國發(fā)明專利CN101240402公開了一種用于制作復(fù)合輥環(huán)軋輥用鑄造高硼高速鋼及其熱處理方法，其化學(xué)成分設(shè)計(jì)為(質(zhì)量％)0.20-1.10C，1.0-2.5B，3.0-5.0Cr，0.5-0.9Si，0.6-1.3Mn，2.0-10.0V，0.5-1.5Ni，1.0-4.0Mo，0.2-4.0W，0.1-2.0Nb，S＜0.04，P＜0.04，其余為Fe；它的熱處理方法包括退火，淬火和2-3次回火，退火加熱溫度為800-860℃，爐冷至小于500℃后爐冷或空冷；淬火加熱溫度為1020-1150℃，隨后風(fēng)冷或空冷；回火2-3次，加熱溫度500-550℃，隨后爐冷或空冷，再將輥環(huán)和輥軸裝配于一體，從而獲得復(fù)合軋輥，與傳統(tǒng)高鎳鉻鉬軋輥相比，大幅提高耐磨性、耐熱性和抗熱沖擊性，但采用這種方法制造軋輥工藝復(fù)雜，效率低，且軋輥組織致密性差，使用壽命較短。為了提高復(fù)合軋輥結(jié)合層質(zhì)量，中國發(fā)明專利CN101234417公開了一種用合金半鋼中間過渡層復(fù)合離心澆鑄高鉻雙復(fù)合鑄鐵軋輥的方法，包括下述工藝步驟分別進(jìn)行合金半鋼中間過渡層鋼水熔煉，外層高鉻鑄鐵熔煉，芯部球墨鑄鐵熔煉；合金半鋼中間過渡層鋼水、外層高鉻鑄鐵鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，對(duì)芯部球墨鑄鐵鐵水進(jìn)行球化及孕育處理，離心鑄造法澆鑄高鉻鑄鐵、合金半鋼中間過渡層鋼水；工裝準(zhǔn)備，合箱；用靜態(tài)鑄造法澆鑄芯部球墨鑄鐵鐵水；冷卻開箱，熱處理，加工檢驗(yàn)。合金半鋼中間過渡層鋼水的成分重量百分比為C 1.4～2.6，Si 1.0～2.0，Mn 0.5～1.5，P＜0.1，S＜0.03，Cr 3～8，Ni 0.5～1.5，Mo 0.5～1.5。由于中間層含有較多鉻，易析出脆性碳化物，導(dǎo)致中間層脆性大，使用中易出現(xiàn)開裂，影響軋鋼正常的生產(chǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的一種離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層材料，其化學(xué)組成成分以質(zhì)量百分比表示為2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，0.4～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。其中硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充。
該中間層材料熔煉工藝簡便，貴重合金元素加入量較少，且與外層含硼高速鋼(其主要成分質(zhì)量百分比為0.3～1.0C，1.0～2.5B，5.0～7.0Cr，V＜1.5，Mo＜1.5，Nb＜1.0，Co＜1.0，W＜1.0，Si＜1.5，Mn＜1.5，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，其中，3.0＜V+Mo+Nb+Co+W＜5.0)和輥芯球墨鑄鐵結(jié)合良好，該中間合金層還具有良好的強(qiáng)韌性，可確保軋輥使用安全、可靠。
本發(fā)明材料中，碳和硅是主要元素，主要是為了得到綜合性能好的石墨鋼，鈣和鋇是鋼水孕育時(shí)帶入的，采用硅-鈣-鋇孕育處理鋼水，有利于細(xì)化凝固組織，改善石墨形態(tài)和分布，提高石墨鋼綜合性能。碳、硅元素加入量過少，材料熔點(diǎn)高，與外層含硼高速鋼和芯部球墨鑄鐵不易復(fù)合；加入量過多，則強(qiáng)度下降、韌性降低。碳含量控制2.2～2.5％、硅含量控制在1.8～2.2％時(shí)，可改善軋輥的復(fù)合效果，提高復(fù)合層結(jié)合強(qiáng)度，可確保軋輥的安全使用。
加入適量稀土、鎂，可促進(jìn)碳化物細(xì)化和分布孤立化，還促進(jìn)細(xì)小石墨球的凝固析出，有利于提高中間層的力學(xué)性能，并可改善中間層與輥芯的復(fù)合效果。
加入適量鈦可細(xì)化凝固組織，加入適量銅可提高基體強(qiáng)度。
硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充。加入量過多，易出現(xiàn)過多的碳化物，反而損害中間層材料的強(qiáng)度，加入適量，可細(xì)化凝固組織，提高基體強(qiáng)度，改善材料的強(qiáng)韌性，綜合考慮將硼含量控制在0.03～0.08％，鉬含量控制在0.15％以下，釩含量控制在0.15％以下，鎢含量控制在0.15％以下，鈷含量控制在0.10％以下，鈮含量控制在0.10％以下，鉻含量控制在0.6～0.8％，且0.35％＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55％。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)本發(fā)明材料是一種多元合金化的石墨鋼，其中硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充，本發(fā)明材料強(qiáng)度和韌性高，其中鑄態(tài)下的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1020～1250Mpa，沖擊韌性達(dá)到21～24J/cm2； 2)本發(fā)明材料的凝固溫度略高于芯部球墨鑄鐵，略低于外層含硼高速鋼，與外層含硼高速鋼和輥芯球墨鑄鐵，可以實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合，與外層、輥芯的結(jié)合部位的強(qiáng)度都超過900Mpa； 3)本發(fā)明中間層材料鑄造性能好，離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥生產(chǎn)過程中，使用本發(fā)明材料做中間層，其厚度達(dá)到5～8mm即可，而普通中間層材料的厚度通常需要12mm以上； 4)離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥生產(chǎn)過程中，采用本發(fā)明材料做中間層，輥芯的硼含量可降至0.003％以下，可確保輥芯具有高強(qiáng)度和高韌性，消除了軋輥使用中斷輥事故的發(fā)生。



下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明 圖1是含硼高速鋼復(fù)合軋輥示意圖，1-外層含硼高速鋼；2-中間層；3-輥芯球墨鑄鐵。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 采用離心鑄造方法澆注

高速鋼復(fù)合軋輥，外層是含硼高速鋼1，外層厚度45mm，輥芯是球墨鑄鐵3，本發(fā)明材料做中間層2，中間層2的厚度為5mm，中間層2采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉。先將廢鋼、生鐵和銅板混合加熱熔化，硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充。爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升至1525℃，然后用鋁脫氧，隨后加入鈦鐵并出爐，出爐時(shí)先用硅-鈣-鋇孕育處理鋼水，然后用稀土鎂合金對(duì)鋼水進(jìn)行包內(nèi)變質(zhì)處理。在離心機(jī)上先澆注外層含硼高速鋼1后，再澆注本發(fā)明中間層2，最后靜態(tài)澆注輥芯球墨鑄鐵3，中間層3的成分見表1。
表1中間層成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％) 實(shí)施例2 采用離心鑄造方法澆注

高速鋼復(fù)合軋輥，外層是含硼高速鋼1，外層厚度62mm，輥芯是球墨鑄鐵3，本發(fā)明材料做中間層2，中間層2的厚度為8mm，中間層2采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉。先將廢鋼、生鐵和銅板混合加熱熔化，硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充。爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升至1538℃，然后用鋁脫氧，隨后加入鈦鐵并出爐，出爐時(shí)先用硅-鈣-鋇孕育處理鋼水，然后用稀土鎂合金對(duì)鋼水進(jìn)行包內(nèi)變質(zhì)處理。在離心機(jī)上先澆注外層含硼高速鋼1后，再澆注本發(fā)明中間層2，最后靜態(tài)澆注輥芯球墨鑄鐵3，中間層3的成分見表2。
表2中間層成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％) 實(shí)施例3 采用離心鑄造方法澆注

高速鋼復(fù)合軋輥，外層是含硼高速鋼1，外層厚度50mm，輥芯是球墨鑄鐵3，本發(fā)明材料做中間層2，中間層2的厚度為6mm，中間層2采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉。先將廢鋼、生鐵和銅板混合加熱熔化，硼、釩、鉬、鈮、鈷、鎢和鉻等元素主要由外層含硼高速鋼帶入，不足部分通過添加鐵合金補(bǔ)充。爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升至1520℃，然后用鋁脫氧，隨后加入鈦鐵并出爐，出爐時(shí)先用硅-鈣-鋇孕育處理鋼水，然后用稀土鎂合金對(duì)鋼水進(jìn)行包內(nèi)變質(zhì)處理。在離心機(jī)上先澆注外層含硼高速鋼1后，再澆注本發(fā)明中間層2，最后靜態(tài)澆注輥芯球墨鑄鐵3，中間層3的成分見表3。
表3中間層成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％) 將本發(fā)明材料用做離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層，可與外層(含硼高速鋼)和輥芯(球墨鑄鐵)實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合，結(jié)合部位強(qiáng)度高，達(dá)到900Mpa以上。另外，中間層厚度薄，只有5～8mm。離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥時(shí)，加入本發(fā)明中間層材料，輥芯的硼含量可降至0.003％以下，可確保輥芯具有高強(qiáng)度和高韌性，消除了軋輥使用中斷輥事故的發(fā)生。
權(quán)利要求
1、一種離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層材料，其特征在于中間層材料的化學(xué)組成成分以質(zhì)量百分比表示為2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，04～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
全文摘要
一種用于離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層材料，其化學(xué)組成成分以質(zhì)量百分比表示為2.2～2.5C，1.8～2.2Si，0.3～0.6Mn，0.08～0.15Ti，0.06～0.18Ce，0.03～0.06Mg，0.02～0.06Ca，0.03～0.08Ba，0.4～0.7Cu，0.03～0.08B，Mo＜0.15，V＜0.15，Co＜0.10，Nb＜0.10，W＜0.15，0.6～0.8Cr，且0.35＜V+Mo+Nb+Co+W＜0.55，余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。用做離心鑄造含硼高速鋼復(fù)合軋輥的中間層，可與外層和輥芯實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合，并使輥芯的硼含量降至0.003％以下，確保輥芯具有高強(qiáng)度和高韌性，消除了軋輥使用中斷輥事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)C22C38/36GK101624680SQ20091009118
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者符寒光, 雷永平, 戴建方, 邢建東, 吳中偉, 鍵 林 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)