复合铸造异型轧辊及其制备方法技术

一种铸造异型轧辊及其制备方法以及一种复合铸造异型轧辊及其制备方法，该复合铸造异型轧辊的结构是由内层(3‑1)和外层(3‑2)两部分复合而成，轧辊的辊身为曲面形状，轧辊中轴线上设置有用以装轴的中孔。该制备方法通过轧辊辊身的曲面设计和铸型设计，将铸型设计为铸造内型(4‑2)和铸造外型(4‑1，5‑1)两部分，通过分别浇铸，制备出具有耐磨、耐冲击、耐激冷激热的辊身工作层和高强度高韧性芯部的复合铸造异型轧辊，满足了钢管以及冷弯型钢轧机等设备所用轧辊的服役条件要求，提高了轧辊的使用寿命，节约了合金材料，降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合铸造异型轧辊及其制备方法
本专利技术涉及轧辊铸造技术，尤其涉及一种异型轧辊采用复合结构铸造的制备方法，该制备方法采用双液双外型铸造方法制备钢管及冷弯型钢等轧机生产用异型轧辊。
技术介绍
钢管及冷弯型钢生产用异型轧辊中的无缝钢管生产用定径机轧辊即定径辊、张力减径机轧辊即张减辊，钢管及圆钢斜辊式矫直机轧辊即矫直辊，以及焊接钢管机组中的大部分轧辊和冷弯型钢机组中的部分轧辊，均属于两端直径大、中间直径小的曲面类异型轧辊。这类异型轧辊的结构属于辊和轴分离型，即都有中孔，在中孔内装轴后安装到机架上使用。上述异型轧辊是无缝钢管、焊接钢管及冷弯型钢生产中消耗量最大的工件，在大的压应力下承受滚动和滑动摩擦，并且承受轧材头部和尾部的反复冲击，有的还要承受高温轧材和冷却水的激冷激热作用，工作环境很恶劣。这些异型轧辊按照使用温度可以分为两类：一类为低温使用，如矫直辊、焊接钢管及冷弯型钢轧辊等，基本都在常温下使用。只有热处理线温矫直时矫直辊要承受400℃～500℃轧材温度的作用，焊接钢管及冷弯型钢的焊接挤压轧辊还要承受轧材焊接时产生的高温作用。同时，上述二者均要受到冷却水的激冷作用。另一类为高温使用，如定径辊和张减辊，所作用的轧材温度一般为800℃～1100℃。上述异型轧辊在使用中还要经过多次车、磨的修复。因此要求异型轧辊具有耐磨、耐冲击、耐激冷激热的足够厚的工作层，并且应和高强度、高韧性的芯部相结合。而这种理想状态下的异型轧辊应是由满足两种不同要求的双金属复合结构。但目前上述轧辊均为单金属制造，较难兼顾一种异型轧辊需要两种不同性能的要求。上述矫直辊、焊接钢管及冷弯型钢轧辊还有规格品种繁多，同规格品种批量少，多数一张图纸只制作1～2件的特点。成品轧辊单重大的可达每件十几吨，小的单重每件不足1公斤。国际上本
目前通常使用锻造D2(X155CrVMo12-1、SKD11)冷作模具钢和锻造H13(X40CrMoV5-1、SKD61)热作模具钢制造异型轧辊。而锻造工艺均为自由锻成圆柱体，孔型和内孔都由机加工获得，材料利用率低至50％以下。同时由于上述模具钢的合金含量高，锻造和热处理难度大，工艺要求严格，无法实现双金属结构，而且材料和能耗大，生产成本高。上述定径辊和张减辊，通常使用高合金球墨铸铁(一般为Ni3Mo1)制造，在球墨铸铁中添加了含量较高的Ni、Mo、Cr等合金元素，提高了球墨铸铁轧辊的耐磨性。但是由于加入了Cr、Mo等反球化元素，容易降低整体球化水平。又由于定径辊和张减辊属于壁厚不均匀的厚大球墨铸铁件，等温淬火难度大，因此常规使用正火工艺，所得贝氏体组织依赖含量较高的Ni、Cr、Mo等合金元素获得。但正火同样的工件，其强度、韧性均大大低于等温淬火件，在使用过程中经多次加工后所剩壁厚较薄时容易裂、碎。虽然通过离心铸造也可以获得双金属结构的定径辊和张减辊，但离心铸造存在着如下局限：如需要制作金属模具。当制造单重较小的定径辊和张减辊时，需要制作多套模具，并且需要多台离心机同时工作，大大增加了生产成本。由于定径辊和张减辊的壁厚大，即轧辊的外径与内孔的直径差大，离心铸造的难度大。其所具有的两端直径大、中间直径小的曲面是离心铸造无法实现的，即铸造出的曲面无法从离心金属模中脱出。所以只能离心铸造出圆柱体，再进行加工。使轧辊的加工和材料消耗大大增加。上述异型轧辊若采用全仿形毛坯和常规铸造方法，则容易因为中间直径小的部位先凝固，从而使下部补缩不足而产生缺陷造成废品。
技术实现思路
本专利技术为钢管及冷弯型钢轧机等设备所使用的异型轧辊制造提供一种复合铸造的异型结构轧辊，以及提供一种简单实用又能够保证质量的双液双外型异型轧辊的铸造方法，和一种铸造异型轧辊以及铸造异型轧辊的制备方法。本专利技术的复合铸造异型结构轧辊的技术方案如下：本专利技术的复合铸造异型轧辊的辊身为两端直径大，中间直径小，辊身为曲面形状；所述曲面形状是由内层和外层两部分复合结合组成，内层和外层的复合结合层呈从下向上逐渐缩小为向内弯曲的曲面形状，沿轧辊的中轴线具有一中孔，以在装轴时使用。本专利技术的复合铸造异型轧辊采用两种复合材料,并且采用双液双外型铸造方法，其步骤如下：毛坯设计：根据轧辊辊身两端直径大，中间直径小的曲面形状，将毛坯的外曲面和上下端面按照成品的外曲面和上下端面加上加工余量进行设计，中孔按照毛坯的外曲面设计为从下向上逐渐缩小为向内弯曲的内曲面。将毛坯设计为内层和外层两部分，内层和外层两部分的复合结合层呈从下向上逐渐缩小为向内弯曲的内曲面形状，内层和外层的横截面面积从下往上逐渐增加或保持一致，内外层设计分界曲面的直径从下到上逐渐减小且圆滑过度。铸型设计：根据轧辊毛坯设计的外曲面和中孔曲面形状以及所需加工余量进行铸型设计,铸型设计为铸造内型和铸造外型两部分；铸造内型设计为从下向上逐渐缩小为向内弯曲的内曲面中孔和下端面，铸造外型设计为内层的铸造外型和外层的铸造外型两个外型部分；内层的铸造外型为设计分界曲面和上端面，外层的铸造外型为毛坯外曲面和上端面。冶炼：同时分别冶炼内层和外层两种所需金属熔液。浇铸：先将铸造内型与内层的铸造外型进行组装，将内层的铸造外型从上而下套在铸造内型上形成毛坯内层型腔并密封好，将冶炼好的内层金属熔液浇入毛坯内层型腔中，待内层金属熔液凝固后，在金属凝固温度保持在850℃～950℃时将内层的铸造外型移开，快速装上外层的铸造外型形成毛坯外层型腔并密封好，将冶炼好的外层金属熔液浇入毛坯外层型腔中，待外层金属熔液凝固后，移开外层的铸造外型，完成复合铸造异型轧辊的浇铸过程，形成外层和内层两部分两种金属互熔的复合结合层。加工:对铸造完成的异形轧辊毛坯进行常规的加工和热处理工艺。本专利技术的复合铸造异形轧辊采用两种复合材料分别铸造不同材料的产品，一种为高铬铸铁外层和铸钢内层复合材料，其组成按质量百分比计为：高铬铸铁外层：C：2.0％～2.6％，Si：0.2％～0.5％，Mn：0.6％～1.0％，Cr：11.0％～18.0％，Ni：0.5％～1.5％，Mo：0.5％～1.5％，W：0.5％～1.5％，Zr：0.1％～0.3％，Nb：0.05％～0.15％，Ti：0.05％～0.15％，RE：0.05％～0.15％，P：≤0.030％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。其中：Mo+W+Zr的含量按质量百分比计为大于等于1.2％且小于等于2.2％，Nb+Ti+RE含量按质量百分比计为大于等于0.10％且小于等于0.40％；铸钢内层为铸造碳钢或低合金铸钢。另一种为合金球铁外层和球铁内层复合材料，合金球铁外层的组成按质量百分比计为：C：3.0％～3.8％，Si：1.4％～1.8％，Mn：≤0.35％，Ni：≤2.5％，Cu：0.4％～1.0％，Mo：0.3％～1.0％，Cr：0.1％～0.3％，B：≤0.08％，Mg：0.04％～0.10％，Bi：0.0004％～0.0005％，Sb：0.0002％～0.0003％，P：≤0.04％，S：≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。其中：Ni+Cu的含量按质量百分比计为大于等于0.4％且小于等于2.5％，Cr+B的含量按质量百分比计为大于等于0.05％且小于等于0.25％。球铁内层的组成按质量百分比计为：C：3.0％～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合铸造异型轧辊，其特征在于，所述复合铸造异型轧辊的辊身呈曲面形状，所述曲面形状由内层和外层两部分复合结合组成，所述内层和外层的复合结合层为曲面形状，沿轧辊的中轴线具有一中孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合铸造异型轧辊，其特征在于，所述复合铸造异型轧辊的辊身呈曲面形状，所述曲面形状由内层和外层两部分复合结合组成，所述内层和外层的复合结合层为曲面形状，沿轧辊的中轴线具有一中孔。2.根据权利要求1所述的复合铸造异型轧辊，其中，所述曲面形状为，轧辊辊身两端直径大，中间直径小；所述复合结合层呈从下向上逐渐缩小为向内弯曲的曲面形状。3.根据权利要求1所述的复合铸造异型轧辊，其中，所述异形轧辊采用两种复合材料铸造而成，高铬铸铁外层和铸钢内层；或者合金球铁外层和球铁内层。4.根据权利要求3所述的复合铸造异型轧辊，其中，所述高铬铸铁外层和铸钢内层的复合材料组成按质量百分比计为：高铬铸铁为：C：2.0％～2.6％，Si：0.2％～0.5％，Mn：0.6％～1.0％，Cr：11.0％～18.0％，Ni：0.5％～1.5％，Mo：0.5％～1.5％，W：0.5％～1.5％，Zr：0.1％～0.3％，Nb：0.05％～0.15％，Ti：0.05％～0.15％，RE：0.05％～0.15％，P：≤0.030％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸钢为铸造碳钢或低合金铸钢。5.根据权利要求4所述的复合铸造异型轧辊，其中，高铬铸铁外层中Mo+W+Zr的含量按质量百分比计为大于等于1.2％且小于等于2.2％，Nb+Ti+RE的含量按质量百分比计为大于等于0.10％且小于等于0.40％。6.根据权利要求3所述的复合铸造异型轧辊，其中，所述合金球铁外层和球铁内层的复合材料组成按质量百分比计为：合金球铁为：C：3.0％～3.8％，Si：1.4％～1.8％，Mn：≤0.35％，Ni：≤2.5％，Cu：0.4％～1.0％，Mo：0.3％～1.0％，Cr：0.1％～0.3％，B：≤0.08％，Mg：0.04％～0.10％，Bi：0.0004％～0.0005％，Sb：0.0002％～0.0003％，P：≤0.04％，S：≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；球铁为：C：3.0％～3.8％，Si：2.2％～2.7％，Mn：≤0.35％，Cu：0.4％～0.6％，Mg：0.04％～0.10％，P：≤0.04％，S：≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。7.根据权利要求6所述的复合铸造异型轧辊，其中，合金球铁中Ni+Cu的含量按质量百分比计为大于等于0.4％且小于等于2.5％，Cr+B的含量按质量百分比计为大于等于0.05％且小于等于0.25％。8.一种复合铸造异型轧辊的制备方法，其特征在于，所述复合铸造异形轧辊采用两种复合材料，所述制备方法采用双液双外型铸造方法，其步骤如下：毛坯设计：根据轧辊辊身两端直径大，中间直径小的曲面形状，将毛坯的外曲面和上下端面按照成品的外曲面和上下端面加上加工余量进行设计，中孔按照毛坯的外曲面设计为从下向上逐渐缩小为向内弯曲的内曲面；将毛坯设计为内层和外层两部分，内层和外层两部分的复合结合层呈从下向上逐渐缩小为向内弯曲的内曲面状态，内层和外层的横截面面积从下往上逐渐增加或保持一致，内外层设计分界曲面的直径从下到上逐渐减小且圆滑过度；铸型设计：根据轧辊毛坯设计的外曲面和中孔曲面形状以及所需加工余量进行铸型设计，铸型设计为铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁厚之，张凝，刘行一，王平，
申请(专利权)人：山东省四方技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37