[发明专利]一种高速钢复合平整轧辊的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速钢平整辊的制造技术，尤其涉及高速钢复合平整轧辊的制造方法。

背景技术

高速钢复合轧辊的正式采用是从1988年开始的，当时是用在日本一家热轧带钢连轧机上，美国是90年代初开始引入高速钢轧辊。同常用的高铬铸铁(钢)轧辊、高合金无限冷硬铸铁轧辊相比，高速钢复合轧辊具有以下特点：

①由于高速钢是由大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素组成的高合金钢，因此它具有很高的常温硬度，尤为可贵的是，与普通材料相比，高速钢具有良好的红硬性。500℃时仍保持在HRC55以上。因此它具有良好的高温耐磨性，特别适宜于制造热轧工作辊。

②高速钢复合轧辊辊芯选用锻钢材料，因此辊颈没有断裂的危险，并且提高了轧辊的弯曲负载，从而可使轧材获得较好的板型。

③在外层和芯部的过渡层，由于金属结合很好。高速钢复合轧辊外层具有很高的残余应力，可防止轧辊表面上的裂纹向心部渗入而导致轧辊剥落。

高速钢复合轧辊的生产方法主要有以下五种：离心铸造法(CF)，连续浇铸复合铸造法(CPC)，喷射沉积成形法(OSPREY)，热等静压法(HIP)，电渣重熔法(ESR)。

离心铸造法生产高速钢复合轧辊主要有以下三种方法；①立式离心机浇铸法；②卧式离心机浇铸法；③倾斜式离心机浇铸法。高速钢复合轧辊的芯部材料为灰铸铁、球铁或铸钢。用离心铸造法生产高速钢复合轧辊存在的最大问题是轧辊辊身工作层易产生偏析。为了辊套与辊芯完全均匀的粘附，热装是一道非常重要的工序，而热装过盈量是引起裂纹和滑动的关键参数。一般热装过盈量的范围是0.0005mm～0.002mm，难度较大。

连续浇铸复合铸造法(CPC)。由于Nb、V等合金元素短缺，开发高性能的含W、Mo高速钢轧辊的研究引起重视，而W、Mo的密度大，用常规离心铸造方法生产极易产生偏析。为此，新日铁公司开发了高速钢轧辊的连续浇铸复合铸造法(简称CPC法)。将熔融的高速钢液浇铸到垂直装置的锻钢心和水冷结晶模之间。熔融的外层钢水与锻钢心熔合的同时凝固，然后通过拉拔机构将轧辊向下拉，钢液不断的浇入，在通过结晶器时，不断凝固，然后不断向下拉出，最终形成高速钢外层、锻钢心部的高速钢复合轧辊。

喷射成形技术是在粉未冶金惰性气体雾化制粉的基础上发展起来的一种成形技术，它是充分利用已精炼的液态金属，经雾化成液滴射流，使半凝固的颗粒在底衬上沉积，所获得的半成品特征如下：①没有宏观偏析；②各向同性而且组织均匀弥散；③初始晶粒弥散析出；④含氧量低；⑤热加工性能得到改善。

热等静压法(HIP)法生产高速钢复合轧辊时，一般用铸、锻钢等材料制成芯棒，在芯棒外填充好辊身外层所用的高速钢冶金粉末，抽真空后在1000℃以上高温和1000MPa以上压力下烧结成复合轧辊。目前由于设备限制，HIP法只能生产小直径高速钢复合轧辊。

电渣重熔法制造复合轧辊时，在做为辊颈和辊芯部分的四周装有和芯棒同心的环形水冷铸型，芯棒和铸型之间的型腔为轧辊辊身的外层部分。用外层材料制成的消耗电极在电渣重熔过程中熔入铸型型腔内并连续地焊接在芯棒上。焊接时，铸型和芯棒按一定方向旋转。

综合以上可见，目前复合轧辊的生产制造控制难度较大，设备投资和操控要求较高，同时生产成本也相应较大。轧辊材料中元素和各相组织控制难度也较大。

发明内容

鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种高速钢复合平整轧辊的制造方法，辊环套与辊芯结合紧密，高速钢层组织晶粒细小，硬度高，使用性能好，制造工艺技术稳定性高，适应性强，操作可靠。

为达到上述的目的，本发明的技术方案是：

一种高速钢复合平整轧辊的制造方法，包括如下步骤：

1)高速钢粉末制备

采用真空熔炼，水雾化法制粉，或者采用氮气/氩气-氦气雾化法制备，粉末粒径为0.5～45μm；

2)高速钢粉末热处理

粉末制备后，将粉末混合碳粉，碳粉粒度为：200μm～400μm，碳粉含量占高速钢粉末和碳粉混合量的0.2-5％质量比；混合均匀后放入氮气保护气氛炉中进行热处理。热处理温度为650℃-750℃，保温2.5-3.0小时，再在氮气保护下随炉冷却到150℃，取出后冷却到室温，分离出碳粉，再真空贮藏备用；

3)辊芯材料及表面纹理处理

辊芯材料为锻钢，辊芯棒外表面采用超音速表面纹理制备技术制备出正反螺旋纹理；

4)高速钢辊套的喷锻成形、同步再结晶及同步超声锻造

喷锻成形