[發明專利]一種含石墨的貝氏體半鋼精軋輥環

有效

• 申請號: 202010080118.5
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111893374B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 周守行;戴鵬宇;花之仁;萬建榮;華楠;汪晨晨;徐文俊;趙冬華
• 申請（專利權）人: 三鑫重工機械有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/34;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/56;C21D9/40;C21D1/18;B22D19/16;B22D13/04;B21B27/03;C21D1/32;B22D13/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 李小靜

本發明涉及一種含石墨的貝氏體半鋼精軋輥環，包括設置在輥身上的輥環，所述的輥身上設置有工作層，其輥環工作層組織為一種含有石墨的貝氏體半鋼材質，采用離心復合鑄造、離心整體鑄造、靜態鑄造方法生產；使用時與鍛鋼心軸組合裝配在一起，形成用于組合式軋輥。該輥環廣泛用于大型萬能型鋼軋機用水平及立輥上，綜合使用壽命較傳統半鋼、石墨鋼、球墨鑄鐵等提高30～50％以上，具有優良的耐磨性、抗裂紋等使用特性，徹底解決了球墨鑄鐵輥環易開裂的問題，具有較好的經濟性和推廣價值。

技術領域

本發明涉及一種含石墨的貝氏體半鋼精軋輥環，其輥環工作層采用含有石墨的貝氏體半鋼材質，可利用離心復合鑄造、離心整體鑄造、靜態整體鑄造方法生產，使用時與鍛鋼軸組合在一起使用，該含石墨的貝氏體半鋼精軋輥環借助于特殊的熱處理工藝方法，輥環工作面硬度可達到70-75HSD。該輥環廣泛用于大型軌梁、槽、角型材精軋及成品軋制用鑲套軋輥，大型H型鋼精軋萬能水平輥環、立軋輥環，以及矯直機組合軋輥上。可生產外圓直徑在Ф500～2500mm，輥環軸向長度L200～1500mm的大型鑄造輥環、筒狀鑄件，該輥環綜合使用壽命較傳統半鋼、石墨鋼、球墨鑄鐵類等材質輥環提高30～50%。

背景技術

現階段使用的傳統輥環材質包括：傳統半鋼、石墨鋼和球墨鑄鐵輥環三類。

對于傳統球墨鑄鐵輥環及軋輥來說，無論采用離心鑄造還是靜態鑄造；無論是珠光體類還是貝氏體類球墨鑄鐵材質；存在的主要問題是脆性較大，使用中極易發生輥環炸裂；其次，其硬度落差較大0～150mm常法軋輥及輥環落差在8-10HSD，離心輥環也在5-8HSD；對于有效使用層在200mm以上的使用環境，其硬度落差將超過10HSD以上，因此，球墨鑄鐵輥環多用于小直徑規格的輥環上使用，而且使用時邊部倒角處易出現裂紋。

傳統半鋼、石墨鋼軋輥及輥環材質，由于其基體組織均為以珠光體類為主（包括屈氏體、索氏體等），其硬度最高能控制的范圍55-65HSD。其硬度落差、抗輥環炸裂問題，以及抗邊部裂紋等方面都較球墨鑄鐵都有了較大程度提高，但其耐磨性能特別是H型鋼用水平輥環的側面耐磨性，與要求還有較大差距。

本發明基于傳統半鋼、石墨鋼材質，通過對C及Cr、Ni、Mo等主要合金元素的再設計研究，保留傳統半鋼、石墨鋼兩種軋輥各自的優點，即設計外層組織中含有一定量的石墨（1～2%），適量的合金一次碳化物（10～15%）；基體組織以強韌性較好、耐磨性較高、兼顧良好熱穩定性的回火貝氏體為主的基體上，鑲嵌大量二次碳化物顆粒。

基于以上設計理念，本發明從合金化、材料的孕育+變質處理、到與之匹配的熱處理技術入手，構成了一種新型的含石墨的貝氏體半鋼大型型鋼精軋輥環新材質。

在制造方法上超大型離心鑄造輥環鑄造方法，主要包括：立式離心（盤式離心）澆鑄方法與臥式離心澆鑄方法兩大類。

無論是臥式離心鑄造還是立式離心鑄造，對于超厚工作層（使用工作層≥200mm，離心外層金屬液鑄造厚度在250～280mm）離心鑄造過程，金屬液受外金屬鑄型強制冷卻的同時，金屬液內表面不可避免的受內腔空氣對流散熱，實現絕對的順序凝固幾乎不可能，帶來的問題是在外層還未完全凝固時，內腔表層金屬液已失去補縮能力。導致外層內表層一定深度內（20-30mm）極易出現帶有疏松、縮孔的缺陷帶，填芯時如不能將其完全溶蝕掉，將保留在鑄件本體形成探傷缺陷，輥環使用到中、后期時，易出現結合層缺陷擴展造成生產事故。

為解決該問題，本發明引入了凝固時間與外凝固層厚度的計算模型，提出了外層半固態填芯理念，即：在外層凝固厚度達到使用要求后，外層內表層仍處于未完全凝固的半固態狀態下，填入高溫的心部金屬液，使未完全凝固的半固態狀態外層與心部金屬液融合，起到內外層緩慢過渡、消除結合層疏松、縮孔的作用，同時起到對外層內表面夾雜缺陷融化上浮的效果，制造出滿足客戶要求的高質量產品。

另外，本發明通過對立式、臥式離心生產大型輥環優缺點分析，在選用臥式離心制造基礎上，為解決臥式離心端蓋易破損帶來的質量問題，提出了一種適合超大型臥式離心輥環制造的端蓋箱加固方法。