专利名称：合金球铁连轧组合辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产热轧钢管的连轧管机用的合金球铁组合辊，可应用于第1～6架连轧管机上。
目前，连轧管机用的轧辊均为整体浇注的合金球铁整体辊，其组织为上贝氏体或索氏体基体上分布一定数量的碳化物，以此获得所需的硬度与耐磨性。整体辊由于浇注后冷却缓慢，其组织中石墨和碳化物的形态很不好，碳化物多呈网状、鱼骨状、链状、条状、块状分布，由于碳化物强度极低且硬而脆，使用中稍一受力很容易碎裂成裂纹并沿其分布迅速扩展，碳化物既是裂纹源也是其容易扩展的途径。而且组织中石墨和碳化物的形态愈往内部愈差，这不仅严重削弱了金属基体的强度，特别是疲劳强度、塑性和韧性，也造成了由表及里的硬度降，造成所车出的半圆孔型槽底硬度较低，随着重车次数的增加愈来愈低，因而降低了每次重车的使用寿命，增加了换机架次数，造成了连轧条件的不稳且难以调整控制，导致了产量、质量成材率的降低和辊耗增大。为确保证轧出钢管的表面质量，又必须采用铸铁辊而不能使用钢辊，而轧辊辊径与轴径的比值又较小，还要在辊身中部车出半圆形深孔型，并留有较宽的(15～20％D)使用范围，如使用组合辊则辊套较薄，而现有技术中难以找到能耐高交变载荷周期性冲击作用的能作连轧辊的薄壁辊套材料的合金球铁，因此至今仍在使用合金球铁整体辊。
本发明的目的是得到一种合金球铁连轧组合辊，其使用寿命较高，可满足对连轧管机较高强度、疲劳强度和耐磨性等的使用要求。
为实现上述目的，本发明是这样实现的该合金球铁连轧组合辊由辊套和锻钢的辊轴组装而成，辊套为下贝氏体合金球铁，辊套外侧有半圆形深孔型，浇注时在辊套的孔型周围围有冷却铁块以加快冷速。
辊套的合金成份(Wt％)为C3.0～3.5，Si1.9～2.4，Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，Ni3.0～3.5，Mo0.2～0.4，Cu0.5～0.8，R ≤0.02，Mg≤0.04，其余为Fe，同时Mo∶Cu＝1∶2。
冷却铁块内侧有一凸出的半圆形与孔型配合。
浇注时辊套的端部有冷却铁块。
辊套和辊轴的装配方法是用厌氧胶过盈加热装配而成。
下面结合附图对本发明进一步详述。
图1为该连轧组合辊结构示意图。1为辊轴，2为辊套。
图2为辊套浇注时冷却铁块位置示意图。3为浇道，4为冷却铁块，5为冒口，6为泥芯。
本发明辊套为下贝氏体合金球铁，为获得所需的细针状下贝氏体同时不使碳化物析出，本发明在合金成份和浇注工艺上均进行了改进。
1.合金成份本发明的下贝氏体合金球铁辊套的各合金元素的作用为c是稳定奥氏体促进石墨元素，炭当量高可提高球铁的石墨化程度，但过高会产生石墨漂浮。
Si是石墨化元素，可细化石墨球，促进贝氏体转变使形成针状下贝氏体，其最大优点是在贝氏体转变中抑制碳化物析出。
Mo加入少量(0.2Mo％)促使等温转变时生成贝氏体，同时可提高淬透性，细化石墨球，提高疲劳强度。
Cu当与Mo以1∶2合用可收良好效果，明显提高疲劳强度。
Ni提高淬透性，提高贝氏体球铁的塑性和韧性，因为它在等温转变时能抑制贝氏体中碳化物的形成。
选用Ni、Mo、Cu做合金化元素，且Mo∶Cu＝1∶2比例加入，可提高疲劳强度、塑性和韧性。
为保证达到预期的性能，还需严格控制三种有害元素Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，且越低越好，这是为了防止能成为裂纹源及传播通道的碳化物与磷共晶，并控制其产生，以防止裂纹产生及其扩展，在备料时应尽量降低Mn、P、S含量，越低越好。
2.浇注工艺由于辊套的制造工艺为铸造辊套坯→粗车加工→热处理(等温淬火及低温回火)→精车因此在浇注辊套时就应注意控制浇注工艺。对于这种大截面的铸件，由于浇注时其冷却速度很慢，会导致石墨形状很不好，因此在浇注时在辊套孔型外围一圈冷却铁块，而冷却铁块内侧有一凸出的半圆形与孔型配合，这样可提高冷却速度，以便获得石墨球细小圆整，共晶团细而均匀，铁素体数量较多，没有游离渗碳体的原始铸态组织，这样的铸态组织经等温淬火后可得到细小短针状下贝氏体，其韧性和疲劳强度较高，得到铸态组织的球化级别为1～2级，大小级别为2～3级。
辊套的热处理制度为等温淬火和低温回火，即将辊套加热至850～870℃保温200～250分钟进行奥氏体化，吊出辊套放入290～310℃盐槽中，保温250～300分钟进行等温淬火，然后放入回火炉中加热到300～320℃保温200～250分钟进行低温回火处理，得到的基体组织为2～3级细针状或中等针状下贝氏体和少量和残余奥氏体及微量(＜3％，在视场上几乎看不到)的碳化物和磷共晶。
辊套和辊轴的装配方法是用厌氧胶(如GY340)过盈加热装配而成，当辊套用废后卸去废辊套再换装一个新辊套。
与现有技术的整体辊相比，本发明是通过合金成份、浇注和热处理工艺方面的控制，来获得一种几乎不含碳化物的高耐磨性合金球铁，靠其针状下贝氏体的高硬度及其分散的球状石墨润滑获得更高耐磨性，其中碳化物含量几乎为零(看不到)，极大限度地减少了碳化物这个裂纹源及传播通道的产生，且具有相当高的强度、较高的疲劳强度、一定的塑性和冲击韧性，很高的内外均匀一致的硬度，可应用于大、中载荷的1～6架连轧管机，其力学性能为σb≥1000MPa σ-1≥320MPa，δ≥3％，αK≥50J/Cm2，HS=58-65，HRC=43～47。而现有技术中的合金球铁整体连轧辊是靠碳化物来获得耐磨性的，组织中碳化物含量占10～30％，故随着重车使用次数的增加，用后槽底与侧壁裂纹愈来愈严重，甚至会造成辊面块状剥离或断辊等严重质量和操作事故。经轧管试验表明，本发明这种无碳化物连轧辊套其耐磨性(每次车削的使用寿命)比现用的合金球铁整体辊可提高50％以上，而其辊套重量仅为整体辊的1／3，故可以将连轧辊消耗降低到现在的1／4～1／5，在提高轧辊每次车削的使用寿命的同时，减少了换辊次数，稳定了连轧条件，提高了钢管质量、产量及成材率。
下面结合附图介绍本发明的实施例。
该轧辊全长为1842mm，辊套外径D为600～500mm，内径d为282mm，高H为284mm，辊轴为锻钢(如图1示)，辊套合金球铁成份为(Wt％)c3.08,Si2.08,Mn0.24,P0.0045,S0.01,Cu0.58,Mo0.22,Ni3.05。
在铸造工艺中采用冲入法加入铁水量2％的由30％的RE-Mg球化剂＋70％镁团块球化剂，加入0.8％抗衰退能力较强的含钡硅铁作孕育剂进行球化孕育。
浇注时，在孔型外有一圈冷却铁块，为进一步提高冷速在辊套端部还放有冷却铁块(如图2示)。
热处理制度为在井式炉中加热至860℃保温200分钟，然后从炉口吊出放进300℃等温盐槽中淬火保温250分钟，再放进回火炉中加热到300℃保温200分钟进行低温回火，得到的金相组织为石墨的球化级别1～2级，大小级别1～3级，基体组织为2～3级细针或中等针状下贝氏体；力学性能为σb=1050MPa，σ-1=330MPa，δ=3.5％，αK=80J/Cm2，HRC=45，经在第3架连轧管机轧管试验的单道次使用寿命为5000根／次，而第3架连轧机整体辊寿命为3000根／次。
权利要求
1.一种合金球铁连轧组合辊，其特征是是由辊套和锻钢的辊轴组装而成，辊套为下贝氏体合金球铁，外侧有半圆型深孔型，浇注时在辊套的孔型周围围有冷却铁块以加快冷速。
2.根据权利要求1所述的合金球铁成份(Wt％)为C3.0～3.5，Si1.9～2.4，Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，Ni3.0～3.5，Mo0.2～0.4，Cu0.5～0.8，R ≤0.02，Mg≤0.04，其余为Fe，同时Mo∶Cu＝1∶2。
3.根据权利要求1所述的合金球铁连轧组合辊，其特征是所述的冷却铁块内侧有凸出的半圆形与孔型配合。
4.根据权利要求1所述的合金球铁连轧组合辊，其特征是浇注时辊套的端部有冷却铁块。
5.根据权利要求1～4所述的合金铁组合辊，其特征是辊套和辊轴的装配方法是用厌氧胶过盈加热装配而成。
全文摘要
一种合金球铁连轧组合辊，由下贝氏体合金球铁的辊套和锻钢的辊轴组装而成，辊套外侧有半圆形深孔型，在浇注辊套时孔型周围围有一圈冷却铁块以加快冷速，该辊套的组织为针状下贝氏体基体上分布着细小圆整的球状石墨和少量的残余奥氏体及微量碳化物与磷共晶，力学性能为σ
文档编号B21B27/03GK1107392SQ9411825
公开日1995年8月30日 申请日期1994年11月17日 优先权日1994年11月17日
发明者胡连君, 程燮忠, 秦长灯, 付明喜, 林雄军 申请人:宝山钢铁(集团)公司