专利名称：一种含硼轧辊的铸造方法
技术领域：
本发明涉及铸造领域，特别涉及离心铸造轧辊领域。
背景技术：
轧辊材料的发展和选用，主要着眼于提高辊身的耐磨性能，在轧辊辊身表面的金相组织中形成较硬的碳化物。早期使用的冷硬铸铁轧辊以M3C型碳化物为主，如等。 后来加入合金元素铬发展起来的高铬铸铁轧辊，碳化物形态有所变化，以M7C3型为主，如 Cr7C3等。目前正在迅速推广的高速钢复合轧辊，在使用状态下，轧辊表面层的金相组织主要由MC、M6C型碳化物以及在高温下有较高硬度的基体组织构成，因此具有优异的耐磨性。 早期使用的冷硬铸铁轧辊，硬度低，硬化层薄，轧辊耐磨性差，使用寿命短，需要频繁更换， 降低了轧机作业率。在冷硬铸铁基础上发展起来的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，尽管耐磨性有明显改善，但轧辊脆性大，铸造和使用中易开裂，甚至出现剥落，且含有较多价格昂贵的合金元素，导致轧辊生产成本增加。高铬铸铁轧辊和高速钢轧辊尽管耐磨性好，但都含有较多的合金元素，导致轧辊生产成本增加。硼是一种能显著改善耐磨材料淬透性和淬硬性的合金元素，我国硼储量丰富，且价格低廉，硼在耐磨材料领域已获得了较好的应用。中国发明专利CN1037548公开了一种低铬硼多元合金耐磨铸铁，其化学成分(重量％ )为C :1. 75 3.0，Cr :1. 5 4.0， B 0. 07 0. 4，Mo 0. 2 1. 0，CuO. 8 1. 3Mn :0. 4 0. 8，Si :0. 4 1. 2，P 彡 0. 08，S ^ 0. 08, ReO. 01 0. 05，余量为Fe。硼的加入使低铬铸铁硬度增加，耐磨性改善。硼应用于轧辊中，对改善轧辊耐磨性，也具有较好的效果。中国发明专利 CN1598030公开了改进的轧辊用镍铬钼无限冷硬铸铁及复合轧辊，其特征是在镍铬钼无限冷硬铸铁(IV)成分中添加有0. 03-0. 1% (wt)的硼和0. 2-1. 5%的铌。由于添加了硼和铌， 使材料的耐磨性和抗热裂纹性能得到显著提高。申请号为200910081429. 7的中国专利申请公开了一种高硼轧辊，其以硼为主要合金元素，不含镍、钼、钴等金属，虽然成本降低，但其硬度、抗拉强度、冲击韧性等综合性能不是十分理想。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种含硼轧辊的铸造方法，以解决现有技术生产轧辊成本较高或综合性能差的问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下—种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C 3. 2-3. 5%, Si 0.2-0.4%，B 1. 2-1. 6%, Cr 6.3—7.0%，Mn 1.6—1.8%，V 1.5—1.8%，Mo 2.2—2.8%， W 1. 2-1. 6%, Nb 0. 1-0. 3%, Ce 0. 25-0. 35%, Ti 0. 3-0. 5%，S < 0. 03%，P < 0. 04%，其余为Fe ；所述方法包括以下步骤①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁
3和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1560_1580°C，加入占上述钢水质量 0. 15-0. 20%的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1580-1600°C时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5-7mm的小块，经160-200°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1470-1480°c，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1165-1175°C时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为1340-1370°C ；⑤轧辊浇注12-24小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1000°c -1050°c，保温时间2-4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10-20分钟，随后空冷至辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度520°C -560 保温5-8小时后空冷，当辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度500 V -540 V，保温8-12小时后炉冷，当炉温低于200 °C后出炉，并精加工至规定尺寸。本发明的含硼轧辊的铸造方法的有益效果在于①本发明方法在所采用的轧辊外层材料中含有硼，以提高轧辊的耐磨性，同时添加V、W、Mo等碳化物形成元素，提高轧辊的硬度，但这种元素比现有的高速钢轧辊中的添加量低得多，极大地降低了成本，因此，以低成本获得了好的轧辊性能，这些元素的协同作用细化了凝固组织，改善了碳化物形态和分布，提高了高速钢轧辊强度和韧性，其抗拉强度达到 IOOOMPa-I lOOMPa，冲击韧性达到 17J/cm2_19J/cm2。②用本发明含硼轧辊的铸造方法生产工艺简单，通过合理的设计熔炼步骤，精确控制熔炼温度，以及优化热处理制度，获得了轧辊优异的微观组织，进而保证了轧辊优异的性能。其中金相组织中含有12-20%高硬度碳化物，导致轧辊硬度高，达到66-68HRC，耐磨性好。用于棒材轧机成品机架上，本发明制造高速钢轧辊使用效果为1100-1200t/mm，而高铬白口铸铁轧辊仅为120-150t/mm;用于热轧窄带钢成品机架上，本发明制造高速钢轧辊使用效果为1850t/mm-2000t/mm，而高镍铬无限冷硬铸铁轧辊仅为250t/mm 300t/mm。下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详述。
具体实施例方式实施例一一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C 3.2%, Si 0. 4%, B 1. 2%, Cr 7. 0%, Mn 1. 6%, V 1. 8%, Mo 2. 2%, W 1. 6%, Nb 0. 1%, CeO. 35%, Ti 0. 3%,S<0. 03%, P <0. 04%，其余为！^ ；所述方法包括以下步骤①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1580°C，加入占上述钢水质量0. 15%的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1600°C时出炉；
③将铈基稀土破碎至粒度5_7mm的小块，经200°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1470°C，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1175°C时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为 1340 0C ；⑤轧辊浇注M小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1000°c V，保温时间4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10分钟，随后空冷至辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度560°C，保温5-8小时后空冷， 当辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度500°C°C，保温12 小时后炉冷，当炉温低于200°C后出炉，并精加工至规定尺寸。实施例二—种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C 3.5%, Si 0. 2%, B 1. 6%, Cr 6. 3%, Mn 1. 8%, VI. 5%, Mo 2. 8%, W 1. 2%, Nb 0. 3%, Ce 0. 25%, Ti 0. 5%,S<0. 03%, P <0. 04%，其余为！^ ；所述方法包括以下步骤①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1560 V，加入占上述钢水质量0. 20 %的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1580°C时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5_7mm的小块，经160°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1480°C，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1165°C时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为 1370 0C ；⑤轧辊浇注12小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1050°C，保温时间2小时。淬火冷却时，先喷雾冷却20分钟，随后空冷至辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度520°C°C，保温8小时后空冷，当辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度500°C°C，保温12小时后炉冷，当炉温低于200°C后出炉，并精加工至规定尺寸。实施例三一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C 3.4%, Si 0. 3%, B 1. 5%, Cr 6. 6%, Mn 1. 7%, V 1. 7%, Mo 2. 6%, W 1. 5%, Nb 0. 2%, Ce 0. 3%, Ti 0.4%,S<0. 03%, P <0. 04%，其余为！^ ；所述方法包括以下步骤①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1570°C，加入占上述钢水质量0. 18%的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1590°C时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5_7mm的小块，经180°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1475°C，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1170°C时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为 1355 0C ；⑤轧辊浇注18小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1025°C，保温时间3小时。淬火冷却时，先喷雾冷却15分钟，随后空冷至辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度530°C，保温6小时后空冷，当辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度520°C，保温10小时后炉冷，当炉温低于200°C后出炉，并精加工至规定尺寸。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程， 但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进， 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1. 一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C 3. 2-3.5%, Si 0. 2-0. 4%, Bi. 2-1. 6%, Cr 6. 3-7. 0%, Mn 1. 6-1. 8%, VI. 5-1. 8%, Μο2· 2-2. 8%, W 1.2-1.6%，Nb 0. 1-0.3%，Ce 0. 25-0. 35%, Ti 0. 3-0. 5%，S < 0. 03%，P < 0. 04%，其余为Fe;所述方法包括以下步骤①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1560-1580°C，加入占上述钢水质量0.15-0. 20% 的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1580-1600°C时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5-7mm的小块，经160-200°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1470-1480°C，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1165-1175°C时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为 1340-1370°C ；⑤轧辊浇注12-24小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1000°C -1050°C，保温时间2-4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10-20分钟，随后空冷至辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度520°C _560°C，保温 5-8小时后空冷，当辊面温度低于200°C时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度 5000C _540°C，保温8-12小时后炉冷，当炉温低于200°C后出炉，并精加工至规定尺寸。
全文摘要
本发明公开了一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形。本发明方法在所采用的轧辊外层材料中含有硼，以提高轧辊的耐磨性，同时添加V、W、Mo等碳化物形成元素，提高轧辊的硬度，但这种元素比现有的高速钢轧辊中的添加量低得多，因此，以低成本获得了好的轧辊性能。同时，这些元素的协同作用细化了凝固组织，改善了碳化物形态和分布，提高了高速钢轧辊强度和韧性。
文档编号B22D13/00GK102366830SQ201110306290
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘群联 申请人:刘群联