专利名称:离心复合钒钛铸铁轧锟及铸造方法
本发明属于离心铸造复合轧辊领域，是复合轧辊及其铸造方法的改进。
离心铸造复合轧辊是一种先进的生产工艺。据了解，目前世界各国采用的工艺方法不外乎三种(1)熔剂保护和控制浇注参数;(2)采用特殊的浇注方式;(3)不用熔剂，控制浇注参数。这些方法的主要特点如下1 熔剂保护和控制浇注参数这种方法日本专利(特许公报昭54-23851号)和英国专利(1216766号)已有介绍，主要利用复合熔剂凝固点低和粘度在宽广的工作温度范围内变化不大的特性，在离心浇注时使外层金属的整个内表面上形成一层厚度均匀的熔剂保护膜来防止金属氧化，保证两层金属间的熔接质量。但这样作要增加成本和操作内容，且浇注参数配合不当也会产生复合不良的缺陷。
2 采用特殊的浇注方式这种方法美国专利(3754593号)已有介绍。它是在外层铁水凝固至一定程度后，停止转动，让内表面尚未凝固的一层金属连同其上的污染物一起流落至下部铸型内，以暴露出洁净的结合表面来保证两层金层的复合质量，然后在静止状态浇注芯部铁水。这种方法虽然在理论上可行，但在实践中，由于离心机的惯性要快速刹车很困难，且操作上也存在着困难。因为停转过早，外壳层的凝固强度不够，会导致外壳整体塌落。停转过迟，又会因外壳内表层缺乏必要的流动性而导致内表面的污染层不能流落下去。
3 不用熔剂，控制浇注参数这种方法是通过控制浇注参数外层浇注温度;填芯间隔时间;填芯时外层内表面的温度;填芯浇注温度;转速以及浇注方式等，使结合表面处于一定的物理状态下(如浆糊状)填芯，从而把两部分金属熔焊起来。此法虽然比较简单，也不用熔剂，但可靠性差。因为这种方法的前提是填芯时两部分金属具有适当的物理状态，而这种状态又主要靠较严格的熔合温度来保证。由于已浇注的外层铁水和待浇注的芯部铁水处于各自独立的冷却状态，要求同时达到各自所需的工艺温度，这无论在冷却的控制上，填芯时机的选择上和对旋转外壳内表面的测温上都存在着直至目前尚未很好克服的困难。在实践中往往因熔合温度过低而复合不良，或因熔合温度过高造成白口深度不足和过渡区过宽，复合强度下降的缺陷。
以上三种方法的缺陷是只从工艺方面采取措施为两层金属的冶金结合创造必要的条件，工艺参数的波动范围要求较严，操作和检测困难，故不能有效地克服熔合不良及白口深度和过渡区宽度失控的问题。
此外，轧辊材质方面，目前多选用镍、铬、钼等贵缺合金元素，尚没有一种仅利用我国丰富的钒钛生铁资源，不用其他特殊合金元素的质优价廉的钒钛铸铁轧辊。
本发明的目的在于提供一种新材质的复合轧辊以及对上述第三种轧辊离心铸造方法改进的一种铸造方法，以便充分利用我国的钒钛生铁资源，节约贵缺的合金元素，放宽工艺参数的控制范围，简化操作，提高产品合格率。
本发明所提供的立式离心铸造复合轧辊，辊身工作层为钒钛冷硬铸铁，芯部为球墨铸铁。
工作层钒钛冷硬铸铁的成分为C3.2-3.9%，Si0.3-0.9%，Mn0.5-1.1%，P≤0.3%，S≤0.03%，V0.2-0.5%，Ti＜0.1%，Mg＜0.03%，RE0.02-0.04%;芯部球墨铸铁的成分为C3.0-3.7%，Si2.0-2.6%，Mn0.5-0.8%，P≤0.2%，S≤0.03%，Mg≥0.02%，RE0.02-0.04%。
本发明所提供的立式离心铸造复合轧辊，白口深度差在5毫米以内，并且具有下薄上厚的特点。下薄上厚这一特征是两层金属熔合良好的标志，用它来鉴别复合质量可以省去超声波检测。
本发明所提供的立式离心铸造复合轧辊的方法是通过调整两层铁水的成分匹配和对工作层铁水进行炉前处理，来控制混合区的成分和组织变易，以放宽浇注工艺参数的控制范围，获得可靠的冶金结合;通过控制填芯时的转速和温度来清除结合表面上的夹杂和氧化膜。
所谓成分匹配主要是指工作层和芯部铁水的碳当量尽量接近;所谓对工作层铁水的炉前处理，是指铁水出炉后用约1%的稀土镁合金或稀土硅铁合金进行处理，其目的是使混合区的铁水能在较宽的混合比范围内，都形成球墨铸铁，以保证复合强度。
本发明所提供的方法，其工艺流程为
工艺流程中所要控制的主要工艺参数如下工作层铁水的浇注温度为共晶温度(Tc)以上170-230℃;
浇注时的重力系数值(G外)为60～90;
工作层铁水的浇注厚度固定不变，一般为所需白口深度平均值的2倍;
白口深度由工作层浇注完毕至填芯时的间隔时间控制，调整此间隔时间可获得浇注厚度减10毫米以内的各种深度的白口层;
工作层浇注完毕至填芯的间隔时间一般为1～5分钟;
芯部铁水的浇注温度为工作层铁水的共晶温度(Tc)以上80～150℃，约为1200～1280℃;
填芯时的重力系数值(G外)为40～70;
铸型涂料为碳质涂料;
浇注时的铸型温度为70～120℃。
本发明具有下列优点1 有可靠的冶金结合，基本上消除了复合不良品，结合强度σb≥290MN/m2;
2 辊身表面硬度≥65Hs，白口层轴向和径向硬度差≤5Hs;
3 浇注厚度不变时，白口深度调节范围宽，轧辊白口深度差＜5毫米;
4 芯部强度σb≥340MN/m2;
5 轧辊切削加工性好;
6 不需特殊设备和检测手段，操作简便易于控制;
7 轧辊成本较低，耐磨性好，寿命比低镍铬常法轧辊高50%以上。
实施例轧辊尺寸φ270×600工作层铁水用中频感应炉熔化，芯部铁水用冲天炉熔炼。
配料工作层铁水的炉料配比为钒钛生铁90%，废钢10%，Mn10.25%，Si750.2%，FeP10.9%;芯部铁水的炉料配比为钒钛生铁44%，轧辊回炉铁56%，Mn10.44%，Si750.22%，FeP10.33%。
炉前处理工作层铁水加RMg7-81.0%，芯部铁水加RMg7-82.0%+Si750.4%。
合金成分工作层钒钛冷硬铸铁为C3.74%，Si0.55%，Mn0.68%，P0.28%，S0.0206%，V0.45%，Ti0.067%，Mg微量，RE0.021%;芯部球墨铸铁为C3.06%，Si2.40%，Mn0.632%，P0.180%，S0.0194%，Mg0.021%，RE0.026%。
工艺参数铸型温度80℃，涂料为碳质涂料。
工作层铁水出炉温度1470℃。浇注温度1330℃，离心机转速700转/分，浇注铁水重量200公斤。
工作层铁水浇注完毕至填芯的间隔时间210秒。
芯部铁水出炉温度1400℃，浇注温度1240℃，离心机转速600转/分，浇注后期耗能刹车并点冒口。
轧辊质量辊身硬度66Hs，辊颈硬度48Hs，白口深度上端30毫米，下端28毫米。
权利要求
1.一种立式离心铸造的复合轧辊，其特征是辊身工作层为钒钛冷硬铸铁，芯部为球墨铸铁。
2.根据权利要求
1所述的轧辊，其特征是工作层钒钛冷硬铸铁的成分为C3.2-3.9%，Si0.3-0.9%，Mn0.5-1.1%，P≤0.3%，S≤0.03%，V0.2-0.5%，Ti＜0.1%，Mg＜0.03%，RE0.02-0.04%，芯部球墨铸铁的成分为C3.0-3.7%，Si2.0-2.6%，Mn0.5-0.8%，P≤0.2%，S≤0.03%，Mg≥0.02%，RE0.02-0.04%。
3.根据权利要求
1、2所述的轧辊，其特征是白口深度差＜5毫米，且轧辊下端白口深度比上端浅。
4.一种立式离心铸造复合轧辊的方法，其特征是(1)通过调整两层铁水的成分匹配关系和对工作层铁水的炉前处理来控制复合区的成分和组织变易，以便能放宽浇注工艺参数的控制范围，简化操作，又获得可靠的冶金结合，(2)通过控制填芯时的转速和温度来清除辊身工作层内表面上的夹杂和氧化膜。
5.根据权利要求
4所述的方法，其特征是工作层和芯部铁水的碳当量接近，工作层铁水用稀土镁合金或稀土硅铁合金作炉前处理。
6.根据权利要求
4所述的方法，其特征是(1)工作层铁水的浇注温度为共晶温度(Tc)以上170-230℃，Tc由一般计算确定，浇注时的重力系数值(G外)为60-90，(2)工作层铁水的浇注厚度固定不变，一般为白口深度平均值的2倍，白口深度由工作层浇注完毕至填芯的间隔时间控制，调整此间隔时间可以获得浇注厚度减10毫米以内的各种白口深度，(3)工作层浇注完毕至填芯的间隔时间一般为1～5分钟，(4)芯部铁水的浇注温度为工作层铁水共晶温度(Tc)以上80～150℃，约1200～1280℃。填芯时的重力系数值(G外)为40-70。
专利摘要
本发明为离心复合钒钛铸铁轧辊及铸造方法。其特征是辊身工作层为钒钛冷硬铸铁，芯部为球墨铸铁。铸造时通过调整两层铁水的成分匹配和对工作层铁水的炉前处理来控制混合区的成分和组织变易，以便在较宽的浇注工艺参数范围内获得可靠的冶金结合；通过控制填芯时的转速和温度来清除工作层内表面上的夹杂和氧化膜。本发明能利用钒钛生铁配料，不需特殊合金元素，也不需特殊测控手段，操作简便，能保证复合质量，成品率高。
文档编号B22D19/16GK86107631SQ86107631
公开日1988年5月11日 申请日期1986年10月30日
发明者黄三根, 汪熹, 周淑平, 田长许, 将作发, 梁学成 申请人:四川省冶金机械厂, 成都科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan