[发明专利]一种逐步铸造高速钢-铜齿形啮合复合轧辊的方法

说明书

一种逐步铸造高速钢‑铜齿形啮合复合轧辊的方法，通过取高钒高速钢和稀土构成高速钢坯料熔液和纯铜溶液并备用；将高速钢坯料熔液制成坯料，并将铜溶液注入到坯料上的沟槽内，逐层注入直至填满所有沟槽，从而完成产品制备，本发明制造的轧辊具有导热效率高，表面耐磨性好，心部强韧性高等特点。

技术领域

本发明涉及热加工领域，尤其是涉及一种逐步铸造高速钢-铜齿形啮合复合轧辊的方法。

背景技术

连铸连轧工艺已经成为制造薄铝板的常用手段。中国有约1300条连铸连轧铝板生产线，大部分轧辊选用的是高速钢材料。轧辊主要面临两个方面的问题：第一，由于在连铸连轧中主要靠轧辊的导热使熔融状态的铝液凝固并轧出，因此高速钢轧辊的导热性成为阻碍连铸连轧生产铝板生产效率的主要原因，采用高速钢作为轧辊材料时，轧出铝板的速度约为1m/min，目前无法有效大幅提高。第二，由于在连铸连轧生产过程中的高疲劳应力以及高温环境的作用，轧辊表面在使用过程中易出现麻点等缺陷，严重影响铝板的光洁度等，因此需要定期需要将轧辊卸下进行车削加工，每次车削厚度约2-3mm，导致轧辊在经过5~6次车削后其有效层厚度不足而报废，一般轧辊的寿命仅为6个月，由此产生了大量的浪费。

在公开号为CN100404152的发明创造中公开了一种高速钢复合轧辊，其具体做法是外层材料为高速钢内层为石墨钢，采用离心铸造工艺将两种金属材料浇铸成型后，再对复合轧辊进行粗加工和进行淬火热处理，采用本方法与现有技术相比较，具有该轧辊心部强度高，能在一定程度上提高轧辊使用寿命。但是，离心铸造仍存在一定的偏析等缺陷，使轧辊的综合机械性能不高，并且，无论使用哪一种钢材作为轧辊的制造材料，其的导热系数均接近于45W/(m·K)，无法通过该方法提高生产效率。

在公开号为CN103624084B的发明创造中公开了一种资源节约型高硼高速钢复合轧辊及其制备方法，该复合轧辊由外层高硼高速钢和中间过渡层石墨钢以及辊芯热轧中碳圆钢三部分组成，其中外层高硼高速钢和中间过渡层石墨钢通过离心复合而成，而过渡层石墨钢和辊芯热轧中碳圆钢通过热装复合而成。本发明提高了复合轧辊辊面硬度。辊芯由热轧中碳圆钢加工而成，具有良好的强韧性。但是仍无法提高生产效率。

以上各发明创造中的两种或三种复合材料均采用圆弧光面结合，在凝固和后期热处理的过程中，由于复合界面的两种或三种金属材料具有不同的热胀冷缩系数，以及出现生产过程中的骤冷骤热等不可避免的现象，两层或三层复合材料之间有剥离开的现象，生产过程的废品率较高；采用传统的重力铸造和离心铸造等方法铸造的复合轧辊，都无法完全避免偏析、缩孔、缩松等缺陷；轧辊材料选用各种碳钢、高速钢以及其他工具钢复合，无法提高其导热率，从而生产效率无法得到提高。

铜具有良好的导热性，纯铜的导热系数为377W/(m·K)，是碳钢的导热系数45 W/(m·K)的8.4倍，青铜的导热系数为189 W/(m·K)，是碳钢的4.2倍。如果采用铜作为连铸连轧的轧辊材料，则熔融的铝液可以更快的凝固后轧出，因此可大大提高生产率。

纯铜的强度不高，但可以通过高速冷却的方法得到晶粒尺寸为纳米级或接近非晶态的高强纯铜，且可以有效避免重力铸造、定向凝固铸造或者离心铸造产生的偏析等缺陷。因此可选用线条式逐步浇铸的方法获得微观组织为纳米级或接近非晶态的高强纯铜。

综上所述，本发明提出一种心部为高速钢，表层为高速钢和铜相间分布的复合轧辊以兼顾导热率、韧性和硬度，并采用逐步铸造快速凝固的方法以避免各种铸造缺陷，采用梯形槽的方法避免复合层之间的开裂或剥离。

发明内容

本发明的目的是为解决现有轧辊在连铸连轧铝板的生产线上的导热性不好、轧出速度低、复合轧辊易开裂等不足的问题，提供一种逐步铸造高速钢-铜齿形啮合复合轧辊的方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种逐步铸造高速钢-铜齿形啮合复合轧辊的方法，包括如下步骤：