一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》涉及轧辊铸造技术领域，具体地说是一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。

1.一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于所述的铸造方法步骤如下：

1）在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40毫米，其中温度T₁中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T₂中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；

4）浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

2.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中离心机的转速为22-28米/秒。

3.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃。4.根据权利要求1所述的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，其特征在于：步骤1）中浇注完毕后向铸型内加入5-10千克/平方米的保护渣。

截至2014年9月，离心复合铸造轧辊在使用过程中发生失效的主要类型是外层从结合层处剥落，主要原因是结合层冶金结合差，结合强度低，在轧制过程中由于轧制力的作用容易发生结合层高周疲劳，随着轧制进程的延长疲劳裂纹扩展和传播，当裂纹扩展到临界剥落的值时抵抗不了轧制力的作用引发外层大面积剥落。结合层冶金结合差，结合强度低，由两方面的原因造成：一.内外层互熔层过薄造成弱结合，导致结合层结合强度低；二.内外层互熔层过厚造成外层高合金成分过多的渗入内层球铁中，引发过渡内层球铁强度指标的下降，导致结合层结合强度降低。如中国专利CN102990031.A公开了一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，其特征在于当外层高硼高速钢辊身内表面温度为1300-1350℃时，继续在转速为700-750转/分钟的离心机上，浇注温度1450-1470℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为15-20毫米，其缺点在于采用了过高的辊身内表面温度和过高的过渡层球墨铸铁铁水温度参数来实现离心浇注成型，易造成内外层互熔层过厚造成外层高合金成分过多的渗入内层球铁中，引发过渡内层球铁强度指标的下降，导致结合层结合强度低；如中国专利CN102274856.A公开了一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，其特征在于离心铸造，浇注温度1420-1480℃，先铸造高速钢外层，离心重量倍数100-120G，铸造厚度90-110毫米，当铸层冷却到1225-1245℃时，再离心铸造中间过渡层，铸造厚度40-60毫米，离心重量倍数100-120G，当铸层冷却到1220-1240℃时停止，其缺点在于不同的外层化学成分离心铸造时，采用一个较窄的铸层温度参数很难精确控制外层和过渡层互熔的厚度，结合层的冶金结合质量和结合强度难以保证。

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法专利目的

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》的目的是提供一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法技术方案

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》的目的是通过以下技术方案解决的：

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》特征在于所述的铸造方法步骤如下：

1）在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40毫米，其中温度T₁中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T₂中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；

4）浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

步骤1）中离心机的转速为22-28米/秒。

步骤1）中外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃。

步骤1）中浇注完毕后向铸型内加入5-10千克/平方米的保护渣。

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法改善效果

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》通过高温高速钢钢水中的化学成分和高温球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定高温球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，即通过对外层内表面界面温度和过渡层球墨铸铁铁水浇注温度的精确计算和控制，实现定时、定温、定量浇注，能够显著提高结合层的冶金结合质量和结合强度，使得铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法操作步骤

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该铸造方法步骤如下：

1）在转速为22-28米/秒的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为80～120℃，浇注完毕后向铸型内加入5-10千克/平方米的LF101型保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为25～40毫米，其中温度T₁中所涉及的各元素分别表示高速钢钢水中的化学成分重量百分含量的一百倍，温度T₂中所涉及的各元素分别表示高温球墨铸铁铁水中的化学成分重量百分含量的一百倍；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；

4）浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法实施案例

下面分别通过实施例1、实施例2和实施例3来说明《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，实施例1、实施例2和实施例3的产品规格分别为：Φ380х650毫米、Φ700х1700毫米、Φ800х2000毫米，针对以上规格离心复合铸造高速钢轧辊时，工艺执行过程中的控制参数如下：

一、实际制造过程中的外层和芯轴部位的化学成分如表1所示：

表1实施例1、实施例2和实施例3的外层和芯轴部位的化学成分表。

二、按表1中的化学成分计算和控制的外层内表面界面温度和过渡层浇注温度如表2所示：

表2实施例1、实施例2和实施例3中高速钢轧辊铸造时的控制参数表。

• 实施例1

当需要铸造一种规格为Φ380х650毫米的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：

1）在转速为23米/秒的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1428℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为87℃，浇注完毕后向铸型内加入7千克/平方米的LF101型保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1221℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1357℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为28毫米；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1125℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1365℃的芯部高温球墨铸铁铁水；

4）浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

• 实施例2

当需要铸造一种规格为Φ700х1700毫米的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：

1）在转速为27.5米/秒的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1436℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为103℃，浇注完毕后向铸型内加入9千克/平方米的LF101型保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1214℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1344℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为32毫米；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1092℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1346℃的芯部高温球墨铸铁铁水；

4）浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

实施例3

当需要铸造一种规格为Φ800х2000毫米的低界面失效的高速钢轧辊时，该低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法步骤如下：

1）在转速为26米/秒的离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1443℃的外层高温高速钢钢水，外层高温高速钢钢水浇注时铸型整体温度为112℃，浇注完毕后向铸型内加入6.5千克/平方米的LF101型保护渣；

2）当高速钢轧辊外层内表面的界面温度冷却到温度T₁＝1190℃时，向恒速旋转的铸型内浇注温度为T₂＝1326℃的过渡层高温球墨铸铁铁水，并控制过渡层浇注厚度为37毫米；

3）当高速钢轧辊过渡层内表面的界面温度冷却到1058℃时，停转离心机吊出轧辊铸型进行合箱，在静态下浇注温度为1357℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4）、浇注完毕后进行保温冷却至室温开箱，粗加工后进行淬火和回火热处理，热处理后进行精加工，即得低界面失效的高速钢轧辊。

对上述实施例1、实施例2和实施例3铸造出的高速钢轧辊在热处理后进行取样检测，得出通过《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法铸造出来高速钢轧辊性能数据如表3所示：

根据工艺规定的内控标准：内外层互熔层厚度≤3毫米、结合层强度≥400兆帕可知，《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》提供的低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法铸造出来高速钢轧辊的内外层互熔层厚度和结合层强度都达到了工艺规定的内控标准要求，实现了低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造的可靠稳定生产。

《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》通过高温高速钢钢水中的化学成分和高温球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定高温球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，即通过对外层内表面界面温度和过渡层球墨铸铁铁水浇注温度的精确计算和控制，实现定时、定温、定量浇注，能够显著提高结合层的冶金结合质量和结合强度，使得铸造的轧辊具有界面冶金结合好、结合强度高的特性，在棒线材和板带材轧制时具有一个较低的界面失效能力且外层不易剥落。

2018年12月20日，《一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法》获得第二十届中国专利优秀奖。

本发明涉及一种低比转速离心泵闭式叶轮砂型铸造方法，采用的砂型铸造模具包括下模、下砂箱、上模、中砂箱、上砂箱、横浇道、直浇道、直浇口、内浇道、定位销套、定位销，叶轮型腔，采用上述砂型铸造模具进行铸造，造型并放好泥芯后，浇注时，铁水从直浇道7垂直流入，经过横向的横浇道和上模上垂直的直浇口，然后从两边横向分开的内浇道分别流入两个型腔。由于相比以前增加了直浇道和横浇道，增加铁水流入的路径后，能减缓铁水流入的速度，同时延长铁水流入的时间，这样使叶轮型腔里的气体能及时排出，铁水流入气体排气的型腔，能有效解决铸件打泡现象，并且质量稳定性好。

基于静/动态实验、高速图像处理和电镜技术等宏、细观观测手段，观察压电元件与被控结构间的界面裂纹起裂和扩展特征，提出反映裂纹前缘细观损伤特征的跨尺度损伤模型，并建立相应的起裂和扩展准则；发展研究复合材料智能结构的界面损伤起裂、扩展和失效分析的多场耦合有限元方法，通过典型复合材料智能结构分析，讨论压电智能复合材料相物理与几何、粘弹性界面层强度对界面裂纹起裂、扩展特征和控制行为劣化的影响。在此基础上，通过数值仿真分析和小型压电智能复合材料结构的试验研究相结合的方法，建立压电智能复合材料工程结构的界面破坏和失效行为分析的虚拟实验系统，为大型复杂压电智能复合材料工程结构的虚拟设计和实验系统提供依据，并对该类结构的失效防范提出意见，具有重要的理论意义和工程价值。 2100433B