[发明专利]锻钢辊颈合金球墨铸铁复合轧辊制造工艺及设备

说明书

技术领域

本发明属于金属压力加工技术领域，特别涉及一种锻钢辊颈合金球墨铸铁复合轧辊制造工艺及设备，适用于轧钢行业中复合轧辊的制造。

背景技术

轧辊被誉为“钢材之母”，是钢、铝、铜等金属压延生产中使金属材料产生塑性变形的工具，是决定轧机生产效率和轧材质量及经济性的重要的大型部件，是轧机轧制不可或缺的关键性部件和最主要的大宗消耗部件，其消耗成本约为轧钢生产成本的5%～15%。如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。

轧机是金属压力加工生产中的重要设备，是衡量一个国家钢铁发展技术水平的显著标志。而轧辊又是轧机的主要组成部分，是轧钢生产中大量消耗的关键部件，是决定一个国家轧制技术发展水平的基本保证，是一个国家金属材料设计、材料成型技术、加工制造和热处理等基础工业综合技术水平的直观体现。在轧钢工业生产中，每一种轧材无一不是依靠轧辊的轧制而成形，这就是说“无辊不成材”，所以，轧辊的质量和作用至关重要。

轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。进一步提高轧辊性能以适应轧机的需要，实现钢铁型材的节能降耗生产，是轧辊研制者面临的新目标。

我国轧辊制造业经过几十年的发展和壮大，目前已成为世界轧辊产量大国，轧辊制造技术和材质品种方面有很大的发展。在轧辊材质方面，从球墨铸铁、合金无限冷硬铸铁发展到现在的针状组织球墨铸铁、高合金无限冷硬铸铁、高铬铸铁、硬质合金、半高速钢和高速钢等。在铸造工艺方面也从常规浇铸单一材质和溢流法浇铸复合材质，发展到离心复合浇铸工艺。目前国内轧辊供应能力已达到100万吨以上，设计制造能力可以达到120～150万吨。随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进的轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的组织和性能提出了更高的要求。

然而，我国自行研制的冶金轧辊轧制钢材平均消耗与发达国家相比尚有较大的差距。来自中国钢铁协会的最新统计，2014年我国钢材产量已经达到112557万吨，占全球钢产量40%以上，按照吨钢消耗轧辊1.0～1.2kg/t钢计算，年消耗轧辊110～130多万吨，年消耗轧辊资金200亿元以上。为了满足轧钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量外汇进口轧辊，仅2010年进口优质轧辊约3.0万多吨，消耗外汇约2亿多美元。我国轧辊的大量消耗，造成了资源和能源的巨大浪费。另外，国外轧辊年消耗量也超过百万吨，市场需求量大。如此大的报废量无论从轧钢厂的轧制成本，还是从我国的能源和资源消耗方面来看都是一项巨大的浪费，对环境和资源造成巨大压力。因此，提高轧辊质量，延长轧辊寿命，不仅能节省大量外汇，而且还可以节省大量的轧辊材料，开发优质长寿命轧辊材料及其成形技术，不仅可满足国内需求，而且还可实现出口创汇。

为满足现代轧钢工业对高性能轧辊的要求，近年来，国内外研发了多种新型高性能轧辊制造工艺，其中在铸造法制造复合工艺方面开发的工艺主要有：离心铸造复合轧辊、连续铸造(CPC)复合车浅、电渣重熔(ESR)复合轧辊、组合式复合轧辊等。

离心铸造复合轧辊工艺（CF），是采用离心铸造的方法生产双金属复合轧辊。主要是使用旋转来产生离心力，将金属液浇入到正在旋转的铸型中，利用离心力把所浇注的金属液从旋转中心甩向铸型的外缘，使金属液的凝固由外向内顺序进行，凝固成外层为组织致密的高耐磨材料、内层为普通材料的复合轧辊。金属液的流动有助于树枝状晶的破碎和细化，同时克服了晶粒间“隧道”的阻力进行补缩，使铸件的致密度得到提高。在外层金属液凝固后，将铸型吊起与底部和上部及冒口砂型组装，将芯部及上下型腔以重力浇注充填，实现两种材料的复合。离心轧辊铸造法制造复合轧辊有着其他铸造工艺不具备的优点，具体如下:(1)一些部件不需要浇冒口，有效的提升了金属液的使用效率;(2)不需要使用砂芯就可以铸造出环形和空筒形的铸件，同时也可以生产出长度和直径不同的铸管，具有良好的生产效率，生产成本也不高;(3)在离心力的作用下，金属液凝固后，质地细腻;(4)用这种方法生产的轧辊外层具有较高的耐磨性，内层的韧性材料又能保证轧辊具有较高的韧性，具有比整体材料轧辊更广阔的应用前景和较高的性价比。

该工艺虽然具有设备简单，设备投资小，生产效率高,成本低，适于大批量生产之特点。但该工艺存在以下几种不足：