專利名稱：離心鑄造制軋輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將由高速鋼類材料構(gòu)成的外層和內(nèi)層相互熔敷而一體化 的復(fù)合結(jié)構(gòu)的離心鑄造制軋輥。特別是涉及適于作為熱薄板軋機(jī)的精軋列 上使用的工件軋輥的離心鑄造制軋輥。
背景技術(shù)：
作為軋輥，采用將與軋制材料接觸的外層的內(nèi)面和由與外層不同的材 質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)層相互熔敷而一體化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的離心鑄造制軋輥。作為離心 鑄造制軋輥的制造方法，通常，用離心力鑄造機(jī)離心鑄造了軋輥的外層后， 將內(nèi)有該外層的離心鑄造用鑄模、另行準(zhǔn)備的上模和下模沿垂直方向組裝 連接，構(gòu)成靜置鑄造用鑄模，向靜置鑄造用鑄模內(nèi)澆鑄用以形成內(nèi)層的熔 液從而制造。
軋輥的外層被要求具有耐磨損性、耐表面粗糙性及耐燒結(jié)性等。作為
外層，使用含有各數(shù)％的Cr、 Mo、 W、 V等合金元素的高速鋼類材料。 高速鋼類材料，是結(jié)晶或析出作為V類碳化物的MC (M指金屬)、作為 Mo及W類碳化物的M6C或M2C等高硬度碳化物，提高Fe基體和碳化 物的總和硬度，利用Mo、 W抑制高溫下基體硬度下降，耐磨損性優(yōu)越的 材料。
另外，軋輥的內(nèi)層被要求具有強(qiáng)韌性。作為內(nèi)層，采用延性鑄鐵、高 級(jí)鑄鐵、石墨鋼、鑄鋼等。
于是，為了在熱薄板軋制中實(shí)現(xiàn)薄板的形狀控制和節(jié)能等，而開(kāi)發(fā)出 了各種軋制方式。作為提供給這些新方式的軋輥，自然對(duì)外層要求作為軋 制使用層的諸特性，關(guān)于外層和內(nèi)層的復(fù)合結(jié)構(gòu)也提出了各種提案。例如 有以下眾所周知的文獻(xiàn)。
專利文獻(xiàn)1揭示了一種離心鑄造制熱軋制用復(fù)合軋輥，其外殼層的化 學(xué)成分按照質(zhì)量比含有C: 3.0~4.0%、 Si: 0.8~2.5%、 Mn: 0.2~1.2%、 Ni: 3.0~5.0%、 Cr: 0.5~2.5%、 Mo: 0.1~3.0%、 V: 1.0~5.0%、剩余部分由Fe 及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)層由含有C: 2.5~4.0%的普通鑄鐵或球狀石墨 鑄鐵形成，并且，外殼層厚度(T)和內(nèi)層的半徑(R)的關(guān)系滿足0.03
專利文獻(xiàn)2揭示了一種熱軋制用復(fù)合軋輥，其是內(nèi)層由鋼類材料構(gòu)成 的高速鋼類復(fù)合軋輥，軋輥報(bào)廢直徑的外層和內(nèi)層的截面積比在1/4以上， 從而，從軋輥新品直徑到報(bào)廢直徑，抑制復(fù)合軋輥整體的熱膨脹系數(shù)a在 12.0X10—6/。C以下。
專利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2004 — 82209號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2000 — 102807號(hào)公報(bào)
外層由高速鋼類材料構(gòu)成的軋輥，由于其外層的韌性低，從而作為利 用離心鑄造法熔敷了延性鑄鐵等強(qiáng)韌內(nèi)層的復(fù)合軋輥。在高速鋼類材料的 外層，為了強(qiáng)化基體而實(shí)施淬火、回火的熱處理。不過(guò)，淬火、回火的熱 處理時(shí)，由于只有外層發(fā)生相變膨脹，從而，殘余應(yīng)力增高，由此存在或 是熱處理時(shí)發(fā)生裂紋、或是軋制使用時(shí)的耐事故性差這樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具備由高速鋼類材料構(gòu)成的外層的優(yōu)越 的耐磨損性、并且抑制了熱處理時(shí)和軋制使用時(shí)的裂紋的離心鑄造制軋 輥。
本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，其將外層和內(nèi)層相互熔敷而一體化，其特 征在于，外層的化學(xué)成分按照質(zhì)量。/。含有C: 1.0~3.5%、 Si: 0.3~3.0%、 Mn: 0.1~1.5%、 Cr: 3.0~10.0%、 Mo: 0.卜8.0%、 V: 3.0~12.0%，剩余部 分實(shí)質(zhì)上由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，其金屬組織中的基體按照面積率為80~95%， 與軋輥的旋轉(zhuǎn)軸成直角的截面上的外層和內(nèi)層的截面積比(外層的截面積 /內(nèi)層的截面積)在0.6以下。
所述本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，其特征在于，所述外層的化學(xué)成分還 含有W: 0.1~20.0%、 Ni: 0.1~5.0%、 Co: 0.1~5.0%、 Nb: 0.1~5.0%、 Ti: 0.1~5.0%、 Zr: 0.1~5.0%中的任意一種或兩種以上。
所述本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，其特征在于，用于熱薄板軋機(jī)的工件 軋輥。
關(guān)于形成本發(fā)明軋輥的外層的高速鋼類材料的化學(xué)成分(質(zhì)量％)的 限定理由進(jìn)行說(shuō)明。
C: 1.0 3.5%
C與Cr、 Mo、 W、 V等結(jié)合生成高硬度的碳化物(MC、 M2C、 M6C、 M7C3等)，提高耐磨損性。(:小于1.0%時(shí)，生成的碳化物的量少，從而不 能獲得充分的耐磨損性。另外，還由于使初晶溫度上升、妨礙鑄造性，從 而是不好的。若超過(guò)3.5%，則破壞了與V的平衡，從而，破壞了VC均勻分 布的組織形態(tài)，在耐表面粗糙性及強(qiáng)韌性方面差。
Si: 0.3~3.0%
Si是用于提高熔液的脫氧和熔液流動(dòng)所需要的元素。另外，其置換w、 Mo等而含有于M6C類碳化物中，從而，對(duì)于實(shí)現(xiàn)W、 Mo等高價(jià)元素的節(jié) 儉是有效的。Si小于(U。/。時(shí)，脫氧效果欠缺，容易發(fā)生鑄造缺陷。另一方 面，若超過(guò)3.0%，則韌性劣化，因此是不好的。
Mn: 0.1~1,5%
Mn作為脫氧劑發(fā)揮作用，并且對(duì)于將雜質(zhì)S固定為MnS是有效的。 Mn小于0.P/。時(shí)，該效果欠缺。另一方面，若超過(guò)1.5%，則容易產(chǎn)生剩余
奧氏體而不能穩(wěn)定地維持硬度。 Cr: 3.0~10.00/0
Cr是為了提高淬火性及生成碳化物所需要的元素，含有3.0%以上?？?是，若超過(guò)10.0%，則Cr類碳化物過(guò)多，從而是不好的。Cr類碳化物例如 M23C6，與MC、 M4C3、 M6C、 M2C相比，硬度低、耐磨損性劣化，因而不 是優(yōu)選的。
Mo: 0.卜8.0%
Mo具有形成M6C、 M2C等結(jié)晶碳化物的作用，并且固溶在基體中、帶 來(lái)淬火性的提高及回火硬度的提高，因此，含有0.1%以上?？墒牵鬗o 超過(guò)8.0%，則作為最硬碳化物的MC的量減少，從而不是優(yōu)選的。
V: 3.0~12.0o/o
V是形成最有助于提高耐磨損性的MC類碳化物的元素，需要至少含
有3.0%以上。另一方面，若超過(guò)12.0%，則MC類碳化物很難按照與C的平 衡均勻地分布。
本發(fā)明的高速鋼類材料的基本化學(xué)成分如上所述，不過(guò)，按照軋輥的 用途、使用特性等，能夠選擇性地添加以下各種化學(xué)成分。 W: 0.1~20.0%
W與Mo同樣，與C結(jié)合生成硬質(zhì)的M6C、 M2C類碳化物、且固溶在基 體組織中、強(qiáng)化基體組織，因此對(duì)于提高耐磨損性有效，含有0.1%以上有 效果。另一方面，若超過(guò)20.0%，則M6C類碳化物增加，耐表面粗糙性劣 化，因此，不是優(yōu)選的。
Ni: 0.卜5.0%
Ni對(duì)于提高淬火性有效，含有0.1%以上有效果。若超過(guò)5.0%，則剩余 奧氏體的量過(guò)剩，不能期待硬度的提高。 Co: 0.1~5.0%
Co是對(duì)于基體組織的強(qiáng)化有效的元素，含有0.1%以上有效果。另一方 面，若超過(guò)5.0%，則韌性下降。 Nb: 0.1~5.0%
Nb與V同樣，與C結(jié)合生成MC類碳化物、提高耐磨損性。用離心力鑄 造法形成輥的外層材料時(shí)，Nb具有至少減輕MC類碳化物的偏析的效果。 可按照離心力鑄造時(shí)V的添加量，選擇是否需要添加Nb。 Nb的優(yōu)選含有量 為0.1~5.0%。
Ti: 0.卜5.0%
Ti與V同樣，與C結(jié)合生成MC類碳化物、提高耐磨損性。Ti的優(yōu)選含 有量為0.1~5.0%。 Zr: 0.1~5.0%
Zr與V同樣，與C結(jié)合生成MC類碳化物、提高耐磨損性。Zr的優(yōu)選含 有量為0.1~5.0%。
P及S不可避免地作為雜質(zhì)而含有，導(dǎo)致機(jī)械性質(zhì)的劣化，因而最好是
抑制其含有量。優(yōu)選p的含有量為o.io/。以下，S的含有量為0.P/。以下。本發(fā)
明的高速鋼類材料，含有所述各成分，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Fe構(gòu)成。 外層的金屬組織中的基體的面積率80~95%
本發(fā)明的外層實(shí)施淬火、回火的熱處理從而強(qiáng)化基體。金屬組織中除
去碳化物以外的基體的面積率小于80%時(shí)，不能充分獲得強(qiáng)化基體的效 果，另外，韌性也下降。另一方面，若基體的面積率超過(guò)95%，則碳化物 的量變少，不能獲得充分的耐磨損性。 外層和內(nèi)層的截面積比0.6以下
滿足所述特定的化學(xué)組成范圍和基體的面積率范圍的高速鋼類材料， 為了強(qiáng)化基體而實(shí)施了淬火、回火的熱處理時(shí)，由于殘余應(yīng)力增高，從而 判明了引起裂紋的可能性。為此，本發(fā)明中將軋輥的與旋轉(zhuǎn)軸成直角的截 面上的外層和內(nèi)層的截面積比(外層的截面積/內(nèi)層的截面積)設(shè)為0.6以 下，從而，能夠降低內(nèi)層上發(fā)生的拉伸殘余應(yīng)力，抑制軋輥的裂紋。
本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，通過(guò)作為軋制條件嚴(yán)格的熱薄板軋機(jī)的工 件軋輥(通常，輥身外殼部直徑O500 800mm、軋輥軸部直徑O200 600mm) 使用、尤其是作為精軋列上使用的工件軋輥使用而發(fā)揮效果。另外，本發(fā) 明的離心鑄造制軋輥，也可以在與軋制材料接觸的外層的內(nèi)面和內(nèi)層的外 面之間，形成夾有以成分混入的抑制和緩沖層等各種目的而采用的中間 層。另外，鑄造外層的離心鑄造法能夠適用水平型、傾斜型或垂直型中的 任意一種。
本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，在所有熱軋用工件軋輥、特別是熱薄板軋 機(jī)的精軋列上，由于耐磨損性及耐事故性優(yōu)越，因此有助于軋制工廠的生 產(chǎn)率的提高。
具體實(shí)施例方式
采用離心鑄造用鑄模，將按照質(zhì)量n/。含有C: 1.9%、 Si: 0.7%、 Mn: 0.40/0、 P: 0.02o/o、 S: 0.01o/o、 Nh 0.30/o、 Cr: 6.1%、 Mo: 2.2°/o、 V: 6,20/0、 W: 4.0%，且剩余部分實(shí)質(zhì)上由Fe構(gòu)成的高速鋼類材料作為用以形成外層 的軋輥材料，以澆鑄厚度50mm進(jìn)行離心鑄造。輥身外殼部的凝固結(jié)束后， 在另行準(zhǔn)備的下模上立設(shè)內(nèi)有輥身外殼部的離心鑄造用鑄模，在其上放置 上模，進(jìn)行組裝，構(gòu)成靜置鑄造用鑄模。
在該靜置鑄造用鑄模內(nèi)，作為用以形成內(nèi)層的熔液，通過(guò)與下模連通 的注入管從下模側(cè)注入按照質(zhì)量n/。含有C: 3.4%、 Si: 2.3%、 Mn: 0.4%、
P: 0.03%、 S: 0.030/o、 Ni: 3.1%、 Cr: 0.1%、 Mo: 0.20/o、 Mg: 0.04o/o，
且剩余部分實(shí)質(zhì)上由Fe構(gòu)成的延性鑄鐵。然后，將凝固的外層的內(nèi)面烙入 一些，在外層的內(nèi)面熔敷內(nèi)層。
內(nèi)層凝固后，進(jìn)行落砂。該制造方法中，改變軋輥的與旋轉(zhuǎn)軸成直角 的截面上的外層和內(nèi)層的截面積比(外層的截面積/內(nèi)層的截面積)，即制 造0.51 (本發(fā)明例)、0.65 (比較例)兩種軋輥。另外，外層的金屬組織中 的基體的面積率為85%。
將如此獲得的各軋輥從1100'C進(jìn)行淬火，接著實(shí)施550'C下的回火。 其結(jié)果是，比較例的軋輥，在熱處理時(shí)發(fā)生了以殘余應(yīng)力為要因的裂紋。 本發(fā)明例的軋輥，能夠穩(wěn)定地制造健全的復(fù)合軋輥。另外，能夠確認(rèn)的是 將本發(fā)明例的軋輥供于軋制時(shí)，耐磨損性優(yōu)越，并且軋制時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)軋輥 的裂紋，耐事故性優(yōu)越。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如以上所述，本發(fā)明的離心鑄造制軋輥，在所有熱軋用工件軋輥、特 別是熱薄板軋機(jī)的精軋列上，由于具備由高速鋼類材料構(gòu)成的外層的優(yōu)越 的耐磨損性，并且抑制了熱處理時(shí)和軋制使用時(shí)的裂紋，因此，有助于軋 制工廠的生產(chǎn)率的提高。
權(quán)利要求
1. 一種離心鑄造制軋輥，其將外層和內(nèi)層相互熔敷而一體化，其特征在于，外層的化學(xué)成分按照質(zhì)量％含有C1.0～3.5％、Si0.3～3.0％、Mn0.1～1.5％、Cr3.0～10.0％、Mo0.1～8.0％、V3.0～12.0％，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，其金屬組織中的基體按照面積率為80～95％，與軋輥的旋轉(zhuǎn)軸成直角的截面上的外層和內(nèi)層的截面積比(外層的截面積/內(nèi)層的截面積)在0.6以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心鑄造制軋輥，其特征在于，所述外層 的化學(xué)成分還含有W: 0.1~20.0%、 Ni: 0.1~5.0%、 Co: 0.1~5.0%、 Nb: 0.卜5.00/0、 Ti: 0.卜5.0%、 Zr: 0.1 5.0%中的任意一種或兩種以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心鑄造制軋輥，其特征在于，用于 熱薄板軋機(jī)的工件軋輥。
全文摘要
提供一種具備由高速鋼類材料構(gòu)成的外層的優(yōu)越的耐磨損性、并且抑制了熱處理時(shí)和軋制使用時(shí)的裂紋的離心鑄造制軋輥。一種將外層和內(nèi)層相互熔敷而一體化的離心鑄造制軋輥，其特征在于，外層的化學(xué)成分按照質(zhì)量％含有C1.0～3.5％、Si0.3～3.0％、Mn0.1～1.5％、Cr3.0～10.0％、Mo0.1～8.0％、V3.0～12.0％，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成，其金屬組織中的基體按照面積率為80～95％，與軋輥的旋轉(zhuǎn)軸成直角的截面上的外層和內(nèi)層的截面積比(外層的截面積/內(nèi)層的截面積)在0.6以下。
文檔編號(hào)C22C38/34GK101386027SQ200710142290
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者大畑拓己 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社