[發明專利]一種電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥工作層材質

有效

• 申請號: 200710038573.3
• 申請日: 2007-03-28
• 公開（公告）號: CN101274359A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 孫大樂;范群;姚利松;李小兵;汪長安
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;B22D27/02;C22C38/00
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 費開逵

技術領域

本發明涉及冶金軋輥領域，特別涉及一種用于熱軋工作輥的電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥工作層材質。

背景技術

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作用，尤其是前段機架，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合熱軋輥的優良特性，得到了快速推廣應用。這種復合軋輥的特征是具有一層高速鋼材質的工作層，高速鋼材質中添加了大量的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，且均勻細化，具有優異的耐磨性能。

由于不同合金元素形成不同類型的合金碳化物，根據不同的使用條件要求，目前已經形成高Cr系列、高Mo和V系列、高Co系列等不同類型的離心鑄造高速鋼復合軋輥。

新日鐵各軋鋼廠、韓國浦項光陽廠、日本川崎千葉廠、加拿大DOFASCO廠的熱軋精軋F1～F5機架工作輥幾乎全部采用高速鋼材質復合軋輥，使用結果表明：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3～5倍，輥面粗糙度保持性能、高溫穩定性更加優異，換輥周期成倍延長，同時可以實現自由規程軋制，大大降低了輥耗，改善了帶鋼控制精度和表面質量，高速鋼熱軋工作輥推廣應用已成為必然趨勢。

目前，高速鋼復合軋輥主要采用離心鑄造方法生產，除了離心力之外液態金屬不受其它內部強制約束力的作用，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，為了產生高硬度和耐磨的主相——MC型碳化物，工作層材質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元素在內層富集形成圓球狀MC碳化物，產生合金元素偏析和碳化物宏觀偏析，嚴重影響軋輥耐磨性，無法生產高碳高鎢系高速鋼，也無法得到紅硬性優異的高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，同時也易產生碳化物粗大，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，電磁場作用產生的羅侖茲力和旋轉產生的離心力，液態金屬處于充分的約束和攪拌狀態，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元素就可以達到理想的高溫耐磨效果，提高了紅硬性更優的W元素含量，降低了V元素含量，能夠生產高碳高鎢系高速鋼，富含紅硬性優異的高W型MC碳化物；另外，電磁場產生的羅侖茲力可以細化微觀組織，還可以細化碳化物，細小的碳化物使得耐磨性進一步提高。

中國專利03114582.5發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，加入磁感應強度為0.03T-0.20T電磁場，從而得到高碳高鎢高速鋼復合軋輥，成分均勻、無偏析，組織致密、細小，各項性能明顯優于普通高速鋼軋輥。

中國專利93103678.X是日立金屬株式會社發明了一種復合軋輥和其生產方法，工作層部分鑄鐵的構成以重量計：1.0-3.0％C，2.0％或更低的Si，2.0％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，所發明材質中不含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公開了一種離心復合高速鋼軋輥的生產方法，主要特征是軋輥外層材質為高速鋼，軋輥芯部材質為合金球墨鑄鐵，兩種不同材料采用離心鑄造復合而成。外層鋼水在澆注前加入稀土進行變質處理，稀土的加入量為0.03-0.5％，本發明具有生產成本低，所產軋輥使用壽命長等優點，適用于高速鋼軋輥的離心復合制造。