轧钢机铸轧辊生产工艺及轧钢机铸轧辊 技术领域 本发明涉及一种高耐老化的轧钢机铸轧辊的生产工艺以及通过该工艺生产的辊。 更具体地说， 本发明涉及将硫， 作为一种连接要素， 导入到高铬白铸铁和多组分的白铸铁， 以便以控制的方式形成微观结构中的硫化物相颗粒， 从而能够利用这类材料生产高使用性 能的轧钢机铸辊。
背景技术 如本领域技术人员所知， 轧钢机辊是用于轧制工艺中的工具， 借助于它使得平坦 而长的金属材料产品成形， 主要是钢。 像任何成形工具一样， 是轧钢机辊直接地接触那些成 形产品， 从而导致使用期间其表面的不断增加的老化以及随后在某一使用期后需要恢复该 表面的初始条件。这种恢复通过机械加工去除老化的表面层的方式来实现， 这样需要轧钢 机停机以便抽出老化的辊并用新的已经修复的辊将其替换。
因此， 该轧制工艺的质量和生产力与轧钢机辊的使用性能密切相关， 因为 ：
(a) 轧制品的质量主要由其形状的精确度和可重复性决定， 其直接反映辊表面的 几何结构和状态 ；
(b) 轧钢机的生产力部分地由该轧钢机辊可经受的无事故运行次数所决定， 使得 轧制产品的质量保持在最低标准档之上 ( 停机以更换辊的最低次数 )， 这些通过高耐老化 辊而成为可能， 意味着直接提高了生产线的生产力。
在热轧带的工艺的最终阶段， 使用一套成直线布置的辊组件 (“辊架” )， 其也叫精 轧机组。轧钢机架的数量可以根据设计的功能和轧钢机本身的含义改变。
由于在首位辊架和末位辊架之间存在老化系数的差异， 因此也采用不同材料的 辊。
轧钢机辊的老化是一种过程， 其特征为同时作用的几种明显的损耗模式 ： 磨损， 氧 化， 粘附以及热疲劳。 然而， 我们知道轧钢机机列的每个辊架中的这种损耗模式的一种或两 种是显著的 ： 在首位辊架中， 其中在 1,000℃左右的温度下成形， 热疲劳氧化现象更强烈地 作用 ； 在末位辊架中， 其在 700℃左右的温度下成形， 磨擦以及粘附现象显著。
具有传统辊的精轧机组的另一缺点在于， 与轧钢机辊的表面的逐渐老化的同时， 由精轧机组的操作事故引起的无法预料的损坏， 例如轧制带在辊上的粘附 (“粘” 或 “焊” )， 以及不稳定的表面扩散或者辊上次表层的破裂， 导致轧钢机操作停运以便将辊移走。精轧 机组的末位辊架的两个工作特性使得其上的辊更易受到这种损坏 ：
(a) 低的轧制温度 ( 决定氧化物结构在辊表面上的低动能学， 其由于防粘附而折 中了辊的性能 ) ；
(b) 轧制带的较低的厚度。
设计为精轧机组的轧钢机辊， 大多数情况下， 是双金属的铸件， 其由耐磨合金构成 的一 “外部保护层” 和球墨铸铁或灰口铸铁构成的 “芯层” 组成。通常用于这种双金属辊的 产品的工艺在金属铸型中离心铸造 ： 将保护层材料浇注到模子中， 并且由于离心力的作用，
其被均匀分布到模子内表面， 形成具有 40mm 和 120mm 之间厚度的外层 ( 或者保护层 ) ； 在 保护层固结之后， 将芯体材料浇注到同一模子中继续旋转， 将其装满。 当与已经凝固的保护 层的内表面接触时， 芯体材料重铸该保护层的少量容积 ( 沿着其整个内表面大约 10mm)， 从 而在保护层与芯体之间产生冶金学的连接， 其叫做接触面。
对于该首位轧钢机架， 其中氧化和热疲劳系数显著， 具有由高铬白铸铁以及多组 分的白铸铁也叫高速钢构成的作业层 ( 保护层 ) 的辊 ； 因此， 这种辊具有至少约两倍于冷铸 铁的辊的使用性能， 该冷铸铁构成的辊通常用于末位辊架， 在那里磨损和粘附系数占优， 并 且轧制带粘附现象也频繁。
因此， 传统的辊的精轧机组 ( 末位辊架 ) 的另一缺点是首位辊架与末位辊架需要 更换的步调不一致， 从而牺牲了可能的作业时间的延长， 并且显然如果所述不一致能够顺 利地消除， 则末次辊架的辊更换数目将减少并且轧钢机的生产力将得到增加。
当用于精轧机组的首位辊架的辊保护层的合金在过去的 20 年内已经迅猛发展的 同时， 在末位辊架的辊保护层中的 Fe-Cr-Si-Ni-C 合金， 也叫冷铸铁， 已经使用了超过 40 年。该材料的微观结构具有回火马氏体冲模 (temperedmartensite die)， 其具有次级碳化 物 M3C 以及共晶碳化物 M3C 的枝晶间网 ( 体积比大约 25％ )， 此外块状或球状石墨也是枝晶 间的 ( 体积比大约 3％ )。该微观结构是其化学成分的合金元素的特性平衡的结果 ： 硅和镍 是石墨生产组分， 铬是坚固的碳化物生产组分以及， 另外， 镍也决定可淬性， 需要防止在浇 铸后的冷却中形成珠光体 (perlite)。 适于精轧轧辊架的辊的冷铸铁的长使用寿命， 是因为， 直到现有日期， 其微观结构 代表了， 由冲模引起的耐磨损性和耐粘附性和由石墨引起的微裂纹的不稳定扩散之间的最 佳协调方案。可以理解到， 石墨在辊或轧制带接触面中充当润滑剂 ( 减少粘附 ) 并且在微 裂纹末端减少应力集中， 因此减少了其扩散速率。
一些显著的发展已经在热轧带的热轧机的末位辊架的辊子的生产线 / 工艺中实 施。 基于相同概念的材料， 最具代表性的， 也就是冷铸铁， 我们可以采用那些材料， 其包括添 加合金元素用于形成硬的次相颗粒， 该颗粒仅包括分散的细的碳化物。 固结工艺也有改变， 以达到更精细的结构。
在保持其它性能表征参数地同时， 制造商努力满足这种辊子的用户对其较高的耐 磨损性的需求， 这种努力是基于使用硬合金元素形成共晶体和 / 或二级碳化物， 其硬度大 于碳化物 M3C， 例如， M7C3 和 MC 类碳化物。
然而， 人们发现其对促进石墨结构的减少和抑制， 并因此， 减少该耐粘附性和微裂 纹的不稳定扩散， 是起反作用的 ； 即， 产生的折衷方案不表示轧钢机机列提高了生产率。
专利 PCT/US1996/09181 披露了一种用于冷铸铁的生产方法， 这种冷铸铁按重量 比外加 0.3％和 6％之间的铌并且具有取代冷铸铁的使用性能。铌的存在促使一次碳化物 NbC 的游离颗粒的形成， 其硬度增加， 而不影响石墨结构， 因此增加了耐磨损性并保持耐粘 附性和微裂纹的不稳定扩散 ( 碳化物 NbC 的结构形成发生在比形成石墨结构更高的温度， 并因此在他们之间没有竞争 )。
然而， 铌的添加事实上为 0.6％左右， 因此， 较高含量意味当辊子浇注时， 需要提高 浇注温度， 因此使得该工艺不切实际。在该添加量， 耐磨损性的增加受到限制， 因为该显微 结构中共晶碳化物 NbC 的体积比限制在低于 1％， 此外在冲模中缺少碳化物 NbC 的析出。
除了这种目的， 只有少数轧钢机在末位辊架中使用多组分白口铸铁， 该辊架通过 离心铸造法或 CPC(“连续浇铸包层” 工艺， 或者通俗地讲， “通过连续铸造涂层” ) 得到。然 而， 这种轧机面临的问题是， 这类合金的成份不包含石墨， 因此损害了耐粘附性。 发明内容 为了克服目前工艺水平中的缺点， 本发明中该工艺和该产品的目的已经揭露。
因此， 本发明的目的是提供一种轧钢机铸轧辊产品的工艺， 以防止轧制带粘着， 并 耐磨损和防止裂纹的不稳定扩展。
为了达到上述目的， 提供了一种在辊架 ( 精轧轧辊架 ) 的辊中使用多组分的白口 铸铁或高铬白口铸铁的合金的方法， 从而缺少石墨 ( 润滑元素 ) 的问题可以消除。
本发明实施例提供了一种生产轧钢机铸辊的工艺， 包括步骤 ：
- 废液态金属 (a)， 合金元素 (b) 和许多碎屑 (c) 至熔融炉的导入 (1) ；
- 所述装载料的融化 (2) ；
- 所述装载料中硫 (f) 的添加 (5) ；
- 添加 (8) 至少一种稀土金属 (k) 至铸桶 (j) ；
- 将液态金属 (i) 从熔融炉转送 (9) 至铸桶 (j) ；
- 转送铸桶的料至铸造设备 (10)， 从而形成半成品辊子 (11)。
其中， 所述液态金属 (a) 包括碳， 铬， 钼， 钨， 钒， 锰和硅。
所述锰的重量组分从 0.1％至 2.0％， 所述硫的重量组分从 0.1％至 1.0％， 所述硫 与锰成比例， 比率为 2 ∶ 1(Mn ∶ S)。
该稀土金属的含量是该铸桶中液态金属重量比 0.2％的 50％， 该稀土金属优选是 铈。
本发明实施例还提供了一种通过权利要求 1 所限定的工艺制造的轧钢机铸辊， 被 用于轧制工艺的精轧轧辊架中。
附图说明
图 1 为本发明实施例提供的生产轧钢机铸辊的工艺原理示意图。 具体实施方式
本发明提供一种轧钢机铸轧辊产品的工艺， 以防止轧制带粘着， 并耐磨损和防止 裂纹的不稳定扩展。
为了达到上述目的， 提供了一种在辊架 ( 精轧轧辊架 ) 的辊中使用多组分的白口 铸铁或高铬白口铸铁的合金的方法， 从而缺少石墨 ( 润滑元素 ) 的问题可以消除。
通过高铬白口铸铁或多组分白口铸铁生产轧钢机辊子工艺的常规步骤是 ：
a) 导入废液态金属， 合金组分和许多碎片至熔融炉 ；
b) 融化所述装载料 ；
c) 将产生的混合物注入铸桶 ；
d) 将铸桶中的料输送至铸造设备， 因此形成半成品辊子。
该本发明包括， 一种创新的方法， 如图 1 所示， 步骤为 ：- 导入 (1) 废液态金属 (a)， 合金元素 (b) 和许多碎片 (c) 至熔融炉 ；
- 融化 (2) 该装载料 ；
- 化学预分析 (3) 装载料样品 (d)， 以便调整 (4) 该化学成分 ( 通过添加 (e) 铁合 金或纯金属 ) ；
- 添加 (5) 硫 (f) 至该装载料 ；
- 化学预分析 (6) 装载料的新样品 (g)， 以调整 (7) 化学成分 (h) ；
- 添加 (8) 至少一种稀土金属 (k) 至铸桶 (j) ；
- 将液态金属 (i) 从熔融炉转送 (9) 至铸桶 (j) ；
- 将铸桶中的料输送至铸造设备 (10)， 因此形成半成品辊子 (11)。
工艺中硫的添加， 与至少一种稀土金属结合， 使得在显微结构中形成控制的硫化 物相颗粒成为可能， 因此不可预料地获得了一种更好的耐磨损性， 和更好的抗粘附性， 以及 更好地防止不稳定的裂纹扩展的性能。这是由于， 钒， 铬， 钼和钨组分存在于多组分白口铸 铁的化学成分中， 以及它们中的大量存在于高铬白口铸铁中， 导致形成具有在 2000HV 和 2800HV 硬度之间的增加硬度的共晶体和次级碳化物 ( 其中 “HV” 表示硬度单位， 即 “维克斯 硬度” )。 因此， 该辊子的较高的耐磨损性通过冲模和共晶碳化物提升， 该硫化物相作为石墨 替代物， 在该辊子、 轧制带接触面上充当润滑剂， 因此减少了轧制带粘附的可能性， 并以这 种方式作用降低了裂缝端部的应力集中， 因此削弱了其扩散速率。 在该成份中， 硫组分与锰组分成比例 ( 比率 Mn ∶ S ＝ 2 ∶ 1)。
初始液体金属的化学成分可能包括， 但不限于此， 1.0％至 3.0％的碳， 高达 18％ 的铬， 8.0％的钼， 8.0％的钨， 10％的钒， 2.0％的锰， 和 2.0％的硅。该辊子的合金的最终组 分也可以包括高达 1.0％的镍和 0.08％的磷， 此外， 在生产过程中硫的添加含量按重量比 可以从 0.1％至 1.0％。
该稀土金属的组分， 是铸桶中液态金属重量的 0.2％的 50％。优选地， 该稀土金属 是铈。
该工艺温度值取决于该初始装载料的值， 可以在大约 1.200℃和 1.500℃之间变 化。
因此， 该本发明提供在工艺中向轧钢机铸辊产品中添加硫的优点， 使得在使用期 间轧钢机辊子具有高的表面抗老化性能。
因此， 硫的添加使得较少量地使用辊子成为可能， 以及恢复至相同初始条件的需 求降低， 因此， 在轧制过程中在更少停机而延长了轧钢机的作业， 以及为最终产品提供了更 好的表面加工。
表格示出了优选实施例中材料的化学成分， 该材料用于制造本发明中具有较高抗 老化性的轧钢机铸辊的保护层， 如下所示 ：
其中
合金 A ＝多组分的白口铸铁， 又名高速钢 ；
合金 B ＝高铬白口铸铁 ； 和
q.s.p. ＝足够量。
* ＝锰组分 (Mn) 与在该硫化物相的形成中的硫含量成比例。
虽然， 该方案的优选组分已经描述和图解， 需要指出不脱离本发明的范围内， 其它 的方案也可以实现。我们具有当稀土金属混合物被增加时变化的实例， 所述添加优选在铸 桶 (j) 的底部进行， 以便达到更好的结果， 但是也可以直接通过金属喷射进行， 即被浇铸 时， 或改善铸造设备的组分。
本发明的另一变形是， 除了离心浇铸， 公开的相同的材料 ( 产品 ) 可被用于通过 CPC( 连续浇铸包层 ) 制造辊子， 这在之前已有应用。
本发明实施例还提供了一种通过上述工艺制造的轧钢机铸辊， 该轧钢机铸辊被用 于轧制工艺的精轧轧辊架中。
虽然本发明已经描述了涉及当前视为更实用的最优方案， 但可以理解到本发明不 限于上述的实施例， 而是包括在下述权利要求精神和范围内的多个变化和等效的调整。因
此， 下属权利要求的保护范围应该根据一种宽的解释， 以便包括上述类似的改变和调整。