高鉻鑄鐵複合冷軋輥生產工藝的製作方法
2023-04-24 18:15:16
專利名稱：高鉻鑄鐵複合冷軋輥生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於冷軋帶鋼軋制行業的軋輥技術領域，主要涉及的是一種高鉻鑄鐵複合冷軋輥生產工藝。
背景技術：
冷軋輥是冷軋機的重要部件，是冷軋帶鋼生產中大量消耗的關鍵耐磨件。冷軋輥用於鋼材冷加工變形，在帶鋼軋制時軋制壓力、磨損應力及高交變應力遠遠大於熱軋輥，而且要求冷軋帶鋼成品表面質量高。因此，冷軋輥的使用要求很高，冷軋輥芯部必須具有良好的強韌性，而且表面應具有高的耐磨性。
目前，用於生產冷軋帶鋼軋輥的材料主要有高鉻鑄鐵、合金鋼、高速鋼、硬質合金等。
其中高鉻鑄鐵是公認的耐磨性較好的軋輥材料，其組織特點是在馬氏體、奧氏體的基體上鑲嵌著M7C3型碳化物，此碳化物的顯微硬度高(HV1200～1800)，用高鉻鑄鐵生產冷軋輥可獲得較好的耐磨性。但與合金鋼相比，高鉻鑄鐵韌性較低，整體高鉻鑄鐵軋輥不能完全滿足冷軋時高應力的要求。合金鋼具有良好的強韌配合，在冷軋輥上大量採用的材料是9Cr2Mo，抗磨主要靠馬氏體基體，相對白口高鉻鑄鐵材料，耐磨性低。高速鋼韌性低於合金鋼，耐磨性高於高鉻鑄鐵。硬質合金是硬度最高、耐磨性最好的材料，由高硬度的碳化物及合金組成，用於生產軋輥可獲得很高的耐磨性。但硬質合金只能製作較小輥環，且生產成本高。由此可見，單一材料製備的整體軋輥不能同時滿足冷軋對強韌性和耐磨性的要求。複合軋輥輥芯採用韌性較好的合金鋼，外層採用高耐磨性的高鉻鑄鐵材料是解決這一問題的有效途徑，軋輥外層具有較高的耐磨性，內層的韌性材料又能保證軋輥具有較高的韌性，具有比整體材料軋輥更廣闊的應用前景和較高的性價比。
按生產工藝分，複合軋輥主要包括離心鑄造複合軋輥、連續鑄造(CPC)複合軋輥、電渣重熔(ESR)複合軋輥、組合式複合軋輥等。
離心鑄造複合軋輥是採用離心鑄造的方法生產雙金屬複合軋輥。軋輥外層為組織緻密的高耐磨性材料、內層為球墨鑄鐵。由於冷軋帶鋼軋輥直徑小，離心澆注內層球墨鑄鐵很困難，且球墨鑄鐵易形成白口、產生縮孔等缺陷。目前國際上沒有人採用。
連續鑄造(CPC)複合軋輥是將預製成型的複合軋輥輥芯置於結晶器中，用感應線圈對輥芯表面進行預熱，然後澆注外層金屬液，輥芯向下抽動，使已凝固的外層與輥芯一起下移，最終成為複合軋輥。這種方法生產的高速鋼輥坯的組織及晶粒度要比離心鑄造方法細得多，且碳化物均勻彌散分布，壽命可比離心鑄造軋輥高30％。
電渣重熔法生產複合軋輥類似於CPC法，電渣對芯軸進行預熱和清洗。這種方法通過攪動電渣下面的金屬液體，促進結合層的形成。但必須控制重熔過程，以免汙染工作層。電渣重熔生產的軋輥也具有組織緻密，無成分偏析等特點，耐磨性較好。
CPC法和ESR法的共同缺點是工藝複雜、生產率低、成本高。
組合式複合軋輥是將軋輥做成幾個部件，用機械方法組合起來。軋輥內層使用韌性材料，外層輥環使用硬質合金。這種軋輥可節約貴重的硬質合金，性價比比較高。但由於硬質合金輥環和內層輥芯很難做到無縫接合，軋制過程中會導致軋輥受力不均而發生碎裂。
發明內容
本發明的目的在於提出一種高鉻鑄鐵複合冷軋輥生產工藝。有效提高軋輥的機械性能，延長使用壽命，降低生產成本。同時解決離心鑄造法易發生成分偏析，CPC法和ESR法生產工藝複雜、生產率低、成本高的問題。
本發明實現上述目的採取的技術方案是軋輥包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用低合金鋼或中碳鋼製作，軋輥耐磨層採用高鉻白口鑄鐵材料製作，輥芯與軋輥耐磨層通過感應加熱，其熱成型工藝將鑄型放入感應加熱設備中，再將預製的低合金鋼或中碳鋼輥芯放入鑄型，開啟感應加熱設備加熱輥芯，加熱至1200～1400℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液，再繼續小功率加熱5～15分鐘後停止加熱，通過循環水直至凝固完畢。
本發明所述的高鉻白口鑄鐵材料為Cr20或Cr26或Cr28。
本發明所述的鑄型由耐火材料與金屬網製成。
本發明的主要特點是1.工藝可操作性強，減小工人操作難度。
2.組織均勻，無偏析。
3.兩種材料為良好的冶金結合，結合強度高，具有很高的耐磨性，同時又有良好的韌性，可有效延長使用壽命。通過感應加熱輥芯及澆注後的高鉻鑄鐵液，減少了輥芯與外層金屬液之間的溫度差，使低合金鋼輥芯與高鉻鑄鐵熔液為良好的冶金結合，具有良好的機械性能。
3.工藝簡單、穩定、成本低，適於批量生產。
圖1為本發明的複合熔鑄軋輥設備的結構示意圖。
圖中，1、輥芯，2、高鉻鑄鐵熔液，3、保溫冒口，4、感應加熱結晶裝置，5、鑄型，6、鑄型內部金屬網，7、進水管，8、排水管，9、鑄型底座。
具體實施方案結合附圖，給出本發明的實施例如下實施例1本實施案例所述的軋輥包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用韌性較好的低合金鋼材料(ZG35CrMo)預製而成；軋輥耐磨層採用高鉻白口鑄鐵材料Cr20製作，本實施例採用的設備(如圖1所示)。該設備的鑄型5由耐火材料與金屬網6製成，金屬網6嵌在耐火材料鑄型5內，鑄型的底座9裝有冷卻進水管6和排水管7。
本實施例的具體熱成型工藝是將鑄型5放入感應加熱結晶裝置4中，再將預製的低合金鋼輥芯1放入鑄型，開啟感應加熱裝置加熱輥芯1，待加熱至1200℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液；降低感應加熱功率繼續加熱15分鐘(避免氣孔、縮孔等缺陷)，通過進水管7和排水管8冷卻水循環，直至凝固完畢，隨爐冷卻。即得高鉻鑄鐵複合冷軋輥。
實施例2本實施案例所述的軋輥包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用韌性較好的低合金鋼材料(ZG40Cr)預製而成；軋輥耐磨層採用高鉻白口鑄鐵材料Cr26製作，本實施例採用的設備同實施例1。其具體熱成型工藝是將鑄型5放入感應加熱結晶裝置4中，再將預製的低合金鋼(ZG40Cr)輥芯1放入鑄型，開啟感應加熱裝置加熱輥芯1，待加熱至1200℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液；降低感應加熱功率繼續加熱10分鐘(避免氣孔、縮孔等缺陷)，通過進水管7和排水管8冷卻水循環，直至凝固完畢，隨爐冷卻。即得高鉻鑄鐵複合冷軋輥。
實施例3本實施案例所述的軋輥包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用韌性較好的低合金鋼材料(ZG40Cr)預製而成；軋輥耐磨層採用Cr28，該耐磨層主要成分為(％)本實施例採用的設備同實施例1。其具體熱成型工藝是將鑄型放入感應加熱結晶裝置4中，再將預製的低合金鋼(ZG40Cr)輥芯1放入鑄型，開啟感應加熱裝置加熱輥芯1，待加熱至1250℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液；降低感應加熱功率繼續加熱5分鐘(避免氣孔、縮孔等缺陷)，通過進水管7和排水管8冷卻水循環，直至凝固完畢，隨爐冷卻。即得高鉻鑄鐵複合冷軋輥。
權利要求
1.一種高鉻鑄鐵複合冷軋輥，包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用低合金鋼或中碳鋼製作，軋輥耐磨層採用高鉻鑄鐵材料，其特徵在於將鑄型放入感應加熱設備中，再將預製的低合金鋼或中碳鋼輥芯放入鑄型，開啟感應加熱設備加熱輥芯，加熱至1200～1400℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液，再繼續小功率加熱5～15分鐘後停止加熱，通過循環水直至凝固完畢。
2.根據權利要求1所述的高鉻鑄鐵複合冷軋輥的生產工藝，其特徵是所述的輥芯與高鉻鑄鐵耐磨層是通過感應加熱設備形成冶金結合。
3.根據權利要求1所述的高鉻鑄鐵複合冷軋輥的生產工藝，其特徵是所述的感應加熱設備中的鑄型(5)由耐火材料與金屬網(6)製成。
4.根據權利要求1所述的高鉻鑄鐵複合軋輥的生產工藝，其特徵是所述的軋輥耐磨層採用的高鉻鑄鐵材料為Cr20或Cr26或Cr28。
全文摘要
本發明公開了一種高鉻鑄鐵複合冷軋輥生產工藝。其軋輥包括輥芯和軋輥耐磨層，輥芯採用低合金鋼或中碳鋼製作，軋輥耐磨層採用高鉻白口鑄鐵材料製作，輥芯與軋輥耐磨層通過感應加熱，其熱成型工藝將鑄型放入感應加熱設備中，再將預製的低合金鋼或中碳鋼輥芯放入鑄型，開啟感應加熱設備加熱輥芯，加熱至1200～1400℃時，澆入高鉻鑄鐵熔液，再繼續小功率加熱5～15分鐘後停止加熱，通過循環水直至凝固完畢。本發明有效延長了軋輥的使用壽命，且成本低，解決了CPC法、ESR法生產工藝複雜、成本高的問題。
文檔編號B21B27/02GK1951606SQ200610128228
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月17日 優先權日2006年11月17日
發明者魏世忠, 龍銳, 劉亞民, 李繼文, 邵抗振, 陳慧敏, 趙舉峰 申請人:河南科技大學