[发明专利]一种电磁离心铸造高速钢复合轧辊工作层材质

说明书

技术领域

本发明涉及冶金轧辊领域，特别涉及一种用于热轧工作辊的电磁离心铸造高速钢复合轧辊工作层材质。

背景技术

由于热轧工作辊的使用工况比较苛刻，承受高温、冲击载荷和冷却水的循环作用，尤其是前段机架，对工作辊的使用性能要求很高。

近年，由于离心铸造高速钢复合热轧辊的优良特性，得到了快速推广应用。这种复合轧辊的特征是具有一层高速钢材质的工作层，高速钢材质中添加了大量的Cr、Mo、V、W、Nb等合金元素，可以形成MC、M₂C和M₆C等多种类型合金碳化物，硬度很高，且均匀细化，具有优异的耐磨性能。

由于不同合金元素形成不同类型的合金碳化物，根据不同的使用条件要求，目前已经形成高Cr系列、高Mo和V系列、高Co系列等不同类型的离心铸造高速钢复合轧辊。

新日铁各轧钢厂、韩国浦项光阳厂、日本川崎千叶厂、加拿大DOFASCO厂的热轧精轧F1～F5机架工作辊几乎全部采用高速钢材质复合轧辊，使用结果表明：高速钢热轧辊的耐磨损性能比高Cr铸铁、高Cr铸钢轧辊提高3～5倍，辊面粗糙度保持性能、高温稳定性更加优异，换辊周期成倍延长，同时可以实现自由规程轧制，大大降低了辊耗，改善了带钢控制精度和表面质量，高速钢热轧工作辊推广应用已成为必然趋势。

目前，高速钢复合轧辊主要采用离心铸造方法生产，除了离心力之外液态金属不受其它内部强制约束力的作用，各种碳化物形成元素分布不均匀。V和C是MC的主要形成元素，为了产生高硬度和耐磨的主相——MC型碳化物，工作层材质普遍采用高碳高钒系高速钢。由于W、Mo合金的密度比金属液高，离心制备过程中在离心力的作用下，W、Mo元素在外层富集形成片状M₂C碳化物，而V合金的密度比金属液低，V元素在内层富集形成圆球状MC碳化物，产生合金元素偏析和碳化物宏观偏析，严重影响轧辊耐磨性，无法生产高碳高钨系高速钢，也无法得到红硬性优异的高W型MC碳化物。为了改善轧辊的整体使用性能，只有加入较高的Nb元素、V元素(6％左右)才能形成足够的MC型碳化物，保证轧辊的整体耐磨性，这无法根本解决偏析问题，同时也易产生碳化物粗大，造成轧辊剥落，还影响轧辊的红硬性，高温硬度低，高温耐磨性差，降低了轧辊的使用寿命。

电磁离心铸造过程中，电磁场作用产生的罗仑兹力和旋转产生的离心力，液态金属处于充分的约束和搅拌状态，从而使得各种MC型碳化物形成元素分布均匀，MC型碳化物形核点增多且均匀分布，抑制了合金元素的偏析和碳化物的宏观偏析，同时能形成富W的MC型碳化物，只需适量的W元素和少量的V元素就可以达到理想的高温耐磨效果，提高了红硬性更优的W元素含量，降低了V元素含量，能够生产高碳高钨系高速钢，富含红硬性优异的高W型MC碳化物；另外，电磁场产生的罗仑兹力可以细化微观组织，还可以细化碳化物，细小的碳化物使得耐磨性进一步提高。

中国专利03114582.5发明了一种离心铸造高速钢轧辊制造方法，在辊身钢水离心浇注和凝固过程中，加入磁感应强度为0.03T-0.20T电磁场，从而得到高碳高钨高速钢复合轧辊，成分均匀、无偏析，组织致密、细小，各项性能明显优于普通高速钢轧辊。

中国专利93103678.X是日立金属株式会社发明了一种复合轧辊和其生产方法，工作层部分铸铁的构成以重量计：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和不可避免的杂质，所发明材质中不含W和Nb，因而必然存在组织偏析和耐磨性差的问题。

中国专利97100083.2公开了一种离心复合高速钢轧辊的生产方法，主要特征是轧辊外层材质为高速钢，轧辊芯部材质为合金球墨铸铁，两种不同材料采用离心铸造复合而成。外层钢水在浇注前加入稀土进行变质处理，稀土的加入量为0.03-0.5％，本发明具有生产成本低，所产轧辊使用寿命长等优点，适用于高速钢轧辊的离心复合制造。