一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，屬于冶金軋輥制造【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案是：包含如下工藝步驟：輥身材質(zhì)化學(xué)成分確定，模具參數(shù)確定，工作層高速鋼水的多元復(fù)合孕育石墨化處理，芯部球墨鑄鐵材料的球化處理，澆注溫度控制，離心機(jī)轉(zhuǎn)速300-800轉(zhuǎn)/分，冷卻參數(shù)控制，熱處理的退火工藝、淬火工藝、回火工藝參數(shù)控制。本發(fā)明的有益效果是：生產(chǎn)的易切削高速鋼在加工性能方面得到了改善，可以減少高速鋼軋輥加工難度和加工周期，節(jié)約工時(shí)和刀具，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；用碳化硼刀具加工易切削高速鋼軋輥時(shí)在加工件線速度20m情況下，吃刀量從原來(lái)的2mm提高到3-5mm；走刀量從原來(lái)的0.2mm/r提高到0.4-0.5mm/r。
【專利說(shuō)明】一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，屬于冶金軋輥制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]軋輥質(zhì)量直接影響冶金產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和規(guī)格尺寸。高速鋼軋輥應(yīng)用于軋制行業(yè)是近30多年的事情。1988年日本首先開(kāi)始采用高速鋼軋輥，美國(guó)在90年代初開(kāi)始引入高速鋼軋輥，歐洲起步相對(duì)較晚但發(fā)展很快。使用高速鋼軋輥，使軋輥單槽軋制產(chǎn)量提高了 3-4倍，使軋件尺寸精度提高的同時(shí)延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，減少換輥次數(shù)，給軋制生產(chǎn)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。高速鋼軋輥的性價(jià)比已經(jīng)得到冶金行業(yè)廣泛認(rèn)可，使用量不斷提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在我國(guó)，高速鋼軋輥也在本世紀(jì)初開(kāi)始應(yīng)用，只是由于價(jià)格原因沒(méi)有大面積推廣。但是性價(jià)比方面的優(yōu)勢(shì)顯然起到了重要作用，高速鋼軋輥的使用也越來(lái)越普遍。尤其是棒線材生產(chǎn)線，高速鋼軋輥的優(yōu)勢(shì)更加明顯。我國(guó)高速鋼材料可以分為兩種系列:一是機(jī)械行業(yè)廣
泛使用的工具高速鋼(THSS-Tools with high speed steeU-制作量具、刃具、模具，
以淬透性、紅硬性、韌性作為主要突出性能特點(diǎn)的傳統(tǒng)高速鋼，是以合金元素含量高、含碳量在1.5%以下兩個(gè)方面區(qū)別于冶金行業(yè)使用的軋輥用高速鋼。軋輥高速鋼(RHSS——Highspeed steel roll；——合金元素含量低于傳統(tǒng)高速鋼，而含碳量范圍可以擴(kuò)大到2.5%范圍的以耐磨性為主、以熱穩(wěn)定性為輔的聞碳聞速鋼系列。在80年代末期日本開(kāi)始使用的聞速鋼軋輥的成分，介于目前工具高速鋼和軋輥高速鋼之間。由于成本的原因和制造方面的問(wèn)題，軋輥高速鋼的成分逐漸演變到目前的軋輥高速鋼的成分范圍(見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB/T1503-2008鑄鋼軋棍 Cast steel rolls)。
[0003]目前【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題是:高速鋼軋輥由于自身的高硬度，使高速鋼軋輥的加工、修復(fù)變得異常困難。我國(guó)第一代高速鋼軋輥可以用硬質(zhì)合金刀具以很低的效率加工孔型(加工規(guī)格為Φ380Χ520的棒材成品機(jī)架上的高速鋼軋輥，需要兩個(gè)班或者三個(gè)班的工作時(shí)間完成一支軋輥的孔型，而普通軋輥相同的孔型一個(gè)班加工幾個(gè)軋輥)，但是隨著軋制工藝要求不斷提高，高速鋼軋輥的硬度提高到85HSD以上，甚至90HSD或者更高(上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1503-2008給出的高速鋼軋輥硬度范圍是75-95HSD)。這樣，不僅高級(jí)硬質(zhì)合金刀具(如YG8、YG6等)加工不了，而且用立方氮化硼(CBN，這是目前加工黑色金屬材料最好的刀具)刀具加工都已經(jīng)非常困難了 ；本領(lǐng)域急需一種具有高速鋼軋制能力，又有容易切削加工的高速鋼軋輥。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的是提供一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，生產(chǎn)的易切削高速鋼在加工性能方面得到改善，可以減少高速鋼軋輥加工難度和加工周期，節(jié)約工時(shí)和刀具，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，包含如下工藝步驟:
①身材質(zhì)化學(xué)成分
輥身即指軋輥的工作部分也是離心鑄造層，采用含碳量1.2-2.8%，硅含量1.2-2.5%，錳含量0.3-0.8%，磷含量小于0.05%，硫含量小于0.04%，其余合金元素W、Mo、V、Cr、Nb、T1、N1、Al 分別為 2-6%、2-6%、2-7%、3-5%、0.3-1.5%、0.1-0.5%、0_2%、0_4% 材質(zhì)，以保證離心鑄造狀態(tài)及隨后的熱處理過(guò)程中得到含有石墨的高速鋼基體；
②模具參數(shù)
鐵模厚度/外層鐵水澆注厚度> 1.25，直徑的加工余量25-40mm，長(zhǎng)度的加工余量30-50mm，壁厚120_220mm，以確定模具外徑；針對(duì)不同直徑的軋輥，模具的外徑和子口形成系列，便于制作及端蓋互換；
底箱、冒口箱內(nèi)徑的吃砂量30-120mm，壁厚40-60mm，
端蓋、鐵模、底箱、冒口箱子針對(duì)不同直徑軋輥形成系列，便于互換；
端蓋樣子、底箱樣子、冒口樣子直徑方向加工余量20-40mm，起模斜度為30' -2° ；
鐵模經(jīng)涂刷涂料、覆膜砂涂覆之后，烘烤至150°C -250°C，放置離心機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備澆
注；
③工作層高速鋼水的石墨化處理
經(jīng)熔煉，達(dá)到澆注溫度要求和成分要求的工作層金屬液，采用Ca-Mg-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，加入量為鋼水量的0. 15-0.25%，質(zhì)量比，塊度3-12mm，出鋼前放置包底；
④芯部球墨鑄鐵材料的球化處理
球化劑量為鐵水量的1.7-2.1%，質(zhì)量比，塊度5-15mm，出鐵前放置包底，瞬時(shí)孕育量為鐵水量的0.10-0.30%，塊度l_5mm，澆注時(shí)隨流加入；
⑤澆注溫度
外層澆注溫度1460-1520°C，芯部澆注溫度1370-1430°C ；
⑥離心機(jī)轉(zhuǎn)速:300-800轉(zhuǎn)/分；
⑦冷卻參數(shù)
冷卻方式:模內(nèi)自然冷卻；冷卻時(shí)間18-48小時(shí)，模溫< 150°C時(shí)開(kāi)箱；
⑧熱處理
退火工藝:升溫速度，分別在350 V保溫2h，650 °C范圍保溫2h，840 V保溫3_8h后出爐，冷卻至300°C以下立即裝入淬火爐內(nèi)淬火；
淬火工藝:升溫速度，分別在350°C保溫2h，650-860°C范圍保溫2h，1000-1050°C保溫3-8h后出爐，軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)空冷或噴霧，冷卻至300°C以下立即裝入爐溫為300°C的爐內(nèi)保溫回火；
回火工藝:第一次回火在淬火后立即進(jìn)行，在第二次回火前冷至80°C以下，升溫過(guò)程中，當(dāng)≤ 350°C 15°C /h，當(dāng)≤ 530°C 20°C /h，分別在 350°C保溫 2h，530°C _550°C保溫 3_8h，然后隨爐冷卻至200°C以下出爐。
[0006]所述的Ca-Mg-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，為含鈣的孕育劑和稀土孕育劑按照3:7的質(zhì)量比例混合而成。含鈣的孕育劑和稀土孕育劑為本領(lǐng)域公知公用的孕育劑。Ca-Mg-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，其原理是:利用鈣孕育劑因改變鋼鐵材料夾雜物組成而改善切削加工性能的優(yōu)點(diǎn)及因脫硫而促進(jìn)鋼鐵中的碳的石墨化析出；利用稀土孕育劑凈化金屬及改善切削性能的貢獻(xiàn)，加上充分利用硅和鈦的石墨化作用，鎂的石墨球化作用。
[0007]本發(fā)明適用于高速鋼及半鋼復(fù)合離心軋輥。
[0008]工作層厚度，根據(jù)用戶要求、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或輥身最大直徑、最小直徑、孔型深度以及輥身直徑與輥頸直徑對(duì)比值來(lái)確定。輥頸材質(zhì)、硬度、抗拉強(qiáng)度，根據(jù)用戶要求，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或軋制條件及使用架次來(lái)確定，要考慮軋輥的抗破斷性；確定上述參數(shù)為本領(lǐng)域常規(guī)選擇。
[0009]提高高速鋼軋輥的切削性能，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)形成夾雜物，改善切削性能，這個(gè)方法是在鋼中形成足夠數(shù)量的塑性?shī)A雜物(如硫的夾雜物、鈣的夾雜物、稀土夾雜物、碲的夾雜物、鉛等自由金屬夾雜物等等)，減少刀具磨損，改善切削性能，但是，該方法是以降低軋棍(產(chǎn)品)硬度和耐磨性作為代價(jià)的。
[0010]本發(fā)明采用Ca-Mg-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，工作層高速鋼水經(jīng)多元復(fù)合孕育石墨化處理后高速鋼中形成石墨，高速鋼材料是含有大量碳化物形成元素的高合金，在這樣的合金中形成石墨是生產(chǎn)石墨高速鋼工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要得到高速鋼基體上分布一定量(2-10%顯微組織試樣上面積百分?jǐn)?shù))石墨的組織，出現(xiàn)石墨或者形成石墨，對(duì)于高速鋼來(lái)講，在一定程度上能夠提高軋輥的耐熱性——提高抗熱疲勞能力，在軋輥工作的急冷急熱條件下具有穩(wěn)定性；改善熱膨脹特性——減少因熱沖擊產(chǎn)生的工作應(yīng)力，由于石墨的潤(rùn)滑作用而改善可切削性能，是高速鋼軋輥生產(chǎn)的一項(xiàng)創(chuàng)新。
[0011]目前雖然處于鋼鐵過(guò)剩狀態(tài)，但是，鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量水平和品種水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)工業(yè)發(fā)展的需要。另外高速鋼軋輥的性價(jià)比，更是產(chǎn)品倍受歡迎的主要原因。使用高速鋼軋輥，不僅冶金企業(yè)減少軋輥資金投入，提高軋機(jī)作業(yè)率、提高單機(jī)、單槽產(chǎn)量、改善軋制產(chǎn)品的質(zhì)量和尺寸精度，高速鋼軋輥的生產(chǎn)企業(yè)也得到巨額的生產(chǎn)利潤(rùn)。每噸高速鋼軋輥的利潤(rùn)比普通軋輥高3倍到5倍。在不提高產(chǎn)量的前提下，可以使利潤(rùn)提高3-5倍。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)輥身材質(zhì)化學(xué)成分確定，模具參數(shù)確定，工作層高速鋼水的石墨化處理，芯部球墨鑄鐵材料的球化處理，澆注溫度控制，離心機(jī)轉(zhuǎn)速300-800轉(zhuǎn)/分，冷卻參數(shù)控制，熱處理的退火工藝、淬火工藝、回火工藝參數(shù)控制，生產(chǎn)的易切削高速鋼在加工性能方面得到了改善，可以減少高速鋼軋輥加工難度和加工周期，節(jié)約工時(shí)和刀具，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；用碳化硼刀具加工易切削高速鋼軋輥時(shí)在加工件線速度20m情況下，吃刀量從原來(lái)的2mm提高到3_5mm ;走刀量從原來(lái)的0.2mm/r提高到0.4-0.5mm/r 。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例退火工藝曲線；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例淬火工藝曲線；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例回火工藝曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，包含如下工藝步驟:
①身材質(zhì)化學(xué)成分輥身即指軋輥的工作部分也是離心鑄造層，采用含碳量1.2-2.8%，硅含量1.2-2.5%，錳含量0.3-0.8%，磷含量小于0.05%，硫含量小于0.04%，其余合金元素W、Mo、V、Cr、Nb、T1、N1、Al 分別為 2-6%、2-6%、2-7%、3-5%、0.3-1.5%、0.1-0.5%、0_2%、0_4% 材質(zhì)，以保證離心鑄造狀態(tài)及隨后的熱處理過(guò)程中得到含有石墨的高速鋼基體；
②模具參數(shù)
鐵模厚度/外層鐵水澆注厚度> 1.25，直徑的加工余量25-40mm，長(zhǎng)度的加工余量30-50mm，壁厚120_220mm，以確定模具外徑，針對(duì)不同直徑的軋輥，模具的外徑和子口形成系列，便于制作及端蓋互換；
底箱、冒口箱內(nèi)徑的吃砂量30-120mm，壁厚40_60mm，端蓋、鐵模、底箱、冒口箱子等針對(duì)不同直徑軋輥形成系列，便于互換；
端蓋樣子、底箱樣子、冒口樣子直徑方向加工余量20-40mm，起模斜度為30' -2° ；
鐵模經(jīng)涂刷涂料、覆膜砂涂覆之后，烘烤至150°C -250°C，放置離心機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備澆
注；
③工作層高速鋼水的石墨化處理
采用Ca-Mg-Re-S1-T i復(fù)合孕育劑，加入重量為鋼水量的0.15-0.25%，塊度3_12mm，出鋼前放置包底；
④芯部球墨鑄鐵材料的球化處理
球化劑加入重量為鐵水量的1.7-2.1%,球化劑為稀土鎂FeSiMg8RE7，孕育劑量實(shí)增Si0.5-1.0 %，孕育劑為75%SiFe，塊度5_15mm，出鐵前放置包底，瞬時(shí)孕育量為鐵水量的0.10-0.30%，塊度l_5mm，澆注時(shí)隨流加入；
⑤澆注溫度
外層澆注溫度1460-1520°C，芯部澆注溫度1370-1430°C ；
⑥離心機(jī)轉(zhuǎn)速:300-800轉(zhuǎn)/分；
⑦冷卻參數(shù)
冷卻方式:模內(nèi)自然冷卻；冷卻時(shí)間18-48小時(shí)，模溫< 150°C時(shí)開(kāi)箱；
⑧熱處理
退火工藝:升溫速度，分別在350°C保溫2h，650°C范圍保溫2h，840°C保溫3_8h后出爐，冷卻至300°C以下立即裝入淬火爐內(nèi)淬火；
淬火工藝:升溫速度，分別在350°C保溫2h，650-860°C范圍保溫2h，1000-1050°C保溫3-8h后出爐，軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)空冷或噴霧，冷卻至300°C以下立即裝入爐溫為300°C的爐內(nèi)保溫回火；
回火工藝:第一次回火在淬火后立即進(jìn)行，在第二次回火前冷至80°C以下，升溫過(guò)程中，當(dāng)≤350°C 5°C /h，當(dāng)≤ 530°C 20°C /h，分別在 350°C保溫 2h，530°C _550°C保溫 3_8h，然后隨爐冷卻至200°C以下出爐。
[0016]本實(shí)施例中，所述離心機(jī)轉(zhuǎn)速，參照重力系數(shù)確定離心機(jī)轉(zhuǎn)速；重力系數(shù)一覽表見(jiàn)表1。
【權(quán)利要求】
1.一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，其特征在于包含如下工藝步驟: ①輥身材質(zhì)化學(xué)成分 輥身即指軋輥的工作部分也是離心鑄造層，采用含碳量1.2-2.8%，硅含量1.2-2.5%，錳含量0.3-0.8%，磷含量小于0.05%，硫含量小于0.04%，其余合金元素W、Mo、V、Cr、Nb、T1、N1、Al 分別為 2-6%、2-6%、2-7%、3-5%、0.3-1.5%、0.1-0.5%、0_2%、0_4% 材質(zhì)，以保證離心鑄造狀態(tài)及隨后的熱處理過(guò)程中得到含有石墨的高速鋼基體； ②模具參數(shù) 鐵模厚度/外層鐵水澆注厚度> 1.25，直徑的加工余量25-40mm，長(zhǎng)度的加工余量30-50mm，壁厚120_220mm，以確定模具外徑；針對(duì)不同直徑的軋輥，模具的外徑和子口形成系列，便于制作及端蓋互換； 底箱、冒口箱內(nèi)徑的吃砂量30-120mm，壁厚40_60mm ； 端蓋、鐵模、底箱、冒口箱子針對(duì)不同直徑軋輥形成系列，便于互換； 端蓋樣子、底箱樣子、冒口樣子直徑方向加工余量20-40mm，起模斜度為30' -2° ； 鐵模經(jīng)涂料、覆膜砂涂覆之后，烘烤至150°C _250°C，放置離心機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備澆注； ③工作層高速鋼水的石墨化處理 經(jīng)熔煉，達(dá)到澆注溫度要求和成分要求的工作層金屬液，采用Ca-Mg-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，加入量為鋼水量的0.15-0.25%，質(zhì)量比，塊度3-12mm，出鋼前放置包底； ④芯部球墨鑄鐵材料的球化處理 球化劑量為鐵水量的1.7-2.1%，質(zhì)量比，塊度5-15mm，出鐵前放置包底，瞬時(shí)孕育量為鐵水量的0.10-0.30%，塊度l_5mm，澆注時(shí)隨流加入； ⑤澆注溫度 外層澆注溫度1460-1520°C，芯部澆注溫度1370-1430°C ； ⑥離心機(jī)轉(zhuǎn)速:300-800轉(zhuǎn)/分； ⑦冷卻參數(shù) 冷卻方式:模內(nèi)自然冷卻；冷卻時(shí)間18-48小時(shí)，模溫< 150°C時(shí)開(kāi)箱； ⑧熱處理 退火工藝:升溫速度，分別在350°C保溫2h，650°C范圍保溫2h，840°C保溫3_8h后出爐，冷卻至300°C以下立即裝入淬火爐內(nèi)淬火； 淬火工藝:升溫速度，分別在350°C保溫2h，650-860°C范圍保溫2h，1000-1050°C保溫3-8h后出爐，軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)空冷或噴霧，冷卻至300°C以下立即裝入爐溫為300°C的爐內(nèi)保溫回火； 回火工藝:第一次回火在淬火后立即進(jìn)行，在第二次回火前冷至80°C以下，升溫過(guò)程中，當(dāng)≤3500C 150C /h,當(dāng)≤5300C 20°C /h，分別在 350°C保溫 2h，530°C _550°C保溫3_8h，然后隨爐冷卻至200°C以下出爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，其特征在于所述離心機(jī)轉(zhuǎn)速，參照重力系數(shù)確定離心機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，其特征在于:離心機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如下:X 表=29, 9M X(轉(zhuǎn)/分鐘)
V r D托輪 ' r——單位:米工藝中端蓋小頭半徑； D鑄型——輥模跑道直徑單位:毫米； D托輪——離心機(jī)托輪直徑單位:毫米； G——重力系數(shù)(具體取值見(jiàn)表1)； N表一儀表顯示的離心機(jī)轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種離心鑄造的易切削高速鋼軋輥制造工藝，其特征在于所述的Ca-M g-Re-S1-Ti復(fù)合孕育劑，為含鈣的孕育劑和稀土孕育劑按照3:7的質(zhì)量比例混合而成。
【文檔編號(hào)】C22C38/56GK103805902SQ201410085918
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】孫寶平, 那順桑, 張欣, 汪允春, 高春利, 張自立 申請(qǐng)人:唐山聯(lián)強(qiáng)冶金軋輥有限公司