cr5合金铸钢轧辊及其生产方法
技术领域
1.本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种cr5合金铸钢轧辊及其生产方法。
背景技术：
2.在冶金企业中，轧辊是轧钢机必需的备件，轧辊的制造质量直接影响轧机的生产效率和钢材的实物质量，通常小型cr5合金铸钢轧辊一般为整体铸造或离心复合铸造(但其芯部材质一般为球墨铸铁)，应用于棒线材轧机粗轧机架工作辊或用作窄带钢轧机支承辊。这两种铸造生产工艺各有不同的缺陷：
3.整体铸造的轧辊在生产过程中由于芯部和外层同为高合金材质，生产成本相对较高，另外由于cr5合金铸钢材质淬透性较好，在热处理过程中，整体铸造轧辊容易芯部淬透，热处理后芯部组织转变为回火马氏体，造成硬度偏高，使得芯部韧性、塑性差，脆性增加，在生产或使用过程中容易发生断辊等恶性事故。
4.而芯部为球墨铸铁材质，其抗拉强度相对偏低，韧性、塑性相对偏低，在用户轧制高品质钢种时也容易发生断辊等恶性事故，另外由于芯部球墨铸铁和外层合金铸钢材质相差较大，在离心复合生产过程中，也极易产生结合处缺陷，严重者甚至致废。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种cr5合金铸钢轧辊及其生产方法，旨在解决上述现有技术中轧辊在生产或使用过程中容易发生断辊恶性事故的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
7.一种cr5合金铸钢轧辊，所述cr5合金铸钢轧辊的辊身外层材质为cr5合金钢材质，其化学成分及重量百分比为：
8.c：0.3
?
0.9％，si：0.3
?
0.8％，mn：0.5
?
0.8％，p：≤0.04％，s：≤0.02％，cr：4.5
?
5.5％，ni：0.5
?
1.0％，mo：0.3
?
0.9％，v：0.04
?
0.2％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
9.所述cr5合金铸钢轧辊的芯部材质为低合金钢，其化学成分及重量百分比为：
10.c：0.5
?
2.0％，si：1.1
?
1.8％，mn：0.4
?
1.0％，p：≤0.04％，s：≤0.02％，cr：≤0.30％，ni：0
?
0.5％，mo：0
?
0.2％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
11.所述cr5合金铸钢轧辊通过离心复合铸造方法获得。
12.优选的，所述cr5合金铸钢轧辊的力学性能指标为：抗拉强度为600
?
1200mpa；延伸率为7
?
12％；冲击韧性为15
?
40j/cm2。
13.一种cr5合金铸钢轧辊的生产方法，包括以下步骤：
14.步骤a：利用两台中频炉分别将配好的辊身外层和芯部炉料进行融化，得到辊身外层钢水和芯部钢水；
15.步骤b：选择cr5合金铸钢轧辊冷型并加热后，在冷型内腔挂砂并保温；
16.步骤c：选择造型工装：所述造型工装包括激冷底箱和冒口箱，在冒口箱内壁预制冒颈砂型，在激冷底箱内壁预制底颈砂型，所述底颈砂型的厚度为3
?
5mm；
17.步骤d：利用卧式离心机在冷型内壁进行辊身外层钢水浇注；
18.步骤e：将冷型与激冷底箱、冒口箱进行组装合箱，并进行cr5合金铸钢轧辊芯部钢水浇注。
19.优选的，在步骤b中，所述冷型利用电阻炉加热到200
?
300℃，然后从电阻炉内拉出放到挂砂机处进行挂砂操作，挂砂温度为150
?
250℃，挂砂厚度2
?
5mm。
20.优选的，在步骤b中，所述冷型挂砂完毕放置电阻炉内进行恒温等待，保持温度在80
?
140℃。
21.优选的，在步骤c中，所述激冷底箱内壁的底颈砂型采用覆膜砂。
22.优选的，在步骤d中卧式离心机转速为1200
±
50转/分钟，重力倍数80
?
120，辊身外层钢水浇注温度1490
?
1510℃，浇注速度1.2
?
3.5吨/分钟。
23.优选的，在步骤e中，从离心机停转到合箱完成控制在10
±
1分钟，从离心机停转到开始浇注芯部钢水时间控制在11
?
12分钟，芯部钢水浇注速度控制在2.5
±
0.2吨/分钟，完成浇注生产过程。
24.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明中cr5合金铸钢轧辊的芯部材质选用低合金与辊身外层材质相匹配，通过离心复合铸造生产方法生产得到cr5合金铸钢轧辊，不但辊身外层使用性能不降低，还可有效提高轧辊芯部机械性能，在不降低轧辊辊颈及芯部抗拉强度的前提下，显著提高轧辊辊颈及芯部塑性、韧性，提高轧辊的抗事故性能；激冷底箱的薄壁底颈砂型能够实现底颈及芯部钢水顺序凝固，减少轧辊底颈及芯部疏松，作为轧辊传动端的底颈在轧钢过程处于较大受力状态，底颈疏松的减少可保证其抗拉强度满足使用要求。本发明生产的cr5合金铸钢轧辊尤其适用于棒线材轧机粗轧机架工作辊或用作窄带钢轧机支承辊。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.图1是本发明实施例中提供的一种cr5合金铸钢轧辊的浇注状态图；
27.图2是图1中cr5合金铸钢轧辊浇注冷却脱模后的外形图；
28.图中：1
?
冷型，2
?
激冷底箱，3
?
冒口箱，4
?
冒颈砂型，5
?
底颈砂型，6
?
辊身外层，7
?
芯部，8
?
漏斗，9
?
钢水包，10
?
钢水，11
?
中圈。
具体实施方式
29.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明提供的一种cr5合金铸钢轧辊通过离心复合铸造方法获得，该cr5合金铸钢轧辊的辊身外层6材质为cr5合金钢材质、芯部7材质为低合金钢，如图2所示。其力学性能指标与现有技术中的整体铸造及离心复合铸造(芯部材质为球墨铸铁)相比有很大改进，相关机械性能比较祥见下表：
31.铸造方式及芯部材质抗拉强度mpa冲击韧度(韧性)j/cm2延伸率(塑性)％
离心复合铸造/球墨铸铁300
?
6002.5
?
50.3
?
3.0整体铸造/cr5合金600
?
12005
?
83
?
8离心复合铸造/低合金钢600
?
120015
?
407
?
12
32.以下为几个具体实施例：
33.实施例1：
34.cr5合金铸钢轧辊的辊身外层材质为cr5合金钢材质，芯部材质为低合金钢，其化学成分及重量百分比如下表所示：
35.成分csimnpscrnimov外层0.80.330.510.030.015.50.790.550.05芯部11.80.40.030.010.210.20.015 36.上述cr5合金铸钢轧辊采用离心复合铸造方法获得，具体包括以下步骤：：
37.步骤a：利用两台中频炉分别将配好的辊身外层和芯部炉料进行融化，得到辊身外层钢水和芯部钢水；
38.步骤b：选择冷型1，首先对冷型1内腔表面进行清理干净，无油污、杂质、玻璃渣等；并利用电阻炉加热冷型1至200℃后，然后将冷型1从电阻炉内拉出放到挂砂机处进行挂砂操作，挂砂温度为150℃，挂砂厚度2mm；冷型1挂砂完毕放置电阻炉内进行恒温等待，保持温度在90℃。
39.通过对冷型1进行加热，可以避免燃气炉加热造成的冷型内表面氧化，影响挂砂质量；冷型内腔挂砂并保温，既可以避免挂砂厚度偏薄导致的辊身裂纹，又可以保持一定的激冷性，实现辊身外层组织细化。
40.步骤c：选择造型工装的激冷底箱2和冒口箱3，在冒口箱3内壁预制冒颈砂型4，在激冷底箱2内壁预制底颈砂型5，利用覆膜砂制作厚度为3mm的底颈砂型5。
41.通过在激冷底箱内壁制作薄壁底颈砂型，能够实现轧辊底颈及芯部钢水浇注后的顺序凝固，减少了轧辊底颈及芯部疏松产生。
42.步骤d：利用卧式离心机在冷型1内壁进行cr5合金铸钢轧辊的辊身外层6钢水浇注。具体工艺参数如下：
43.卧式离心机的转速为1150转/分钟，重力倍数80，辊身外层钢水浇注温度1490℃，浇注速度1.2吨/分钟。
44.步骤e：将冷型1与激冷底箱2、冒口箱3进行组装合箱，并进行cr5合金铸钢轧辊芯部7钢水浇注。具体组装时，冷型1的上下端分别通过中圈11与冒口箱3及底箱2相连，如图1所示。
45.从离心机停转到合箱完成控制在9分钟，从离心机停转到开始浇注cr5合金铸钢轧辊芯部钢水时间控制在11分钟，芯部钢水浇注速度控制在2.3吨/分钟，完成浇注生产过程。
46.该实施例中cr5合金铸钢轧辊的机械性能数据如下：
47.抗拉强度mpa冲击韧度(韧性)j/cm2延伸率(塑性)％865339.5
48.实施例2：
49.cr5合金铸钢轧辊的辊身外层材质为cr5合金钢材质，芯部材质为低合金钢，其化学成分及重量百分比如下表所示：
50.成分csimnpscrnimov外层0.450.650.650.0350.0154.80.910.850.15芯部0.61.30.750.0380.0150.250.450.15 51.上述cr5合金铸钢轧辊采用离心复合铸造方法获得，具体包括以下步骤：：
52.步骤a：利用两台中频炉分别将配好的辊身外层和芯部炉料进行融化，得到辊身外层钢水和芯部钢水；
53.步骤b：选择冷型1，首先对冷型1内腔表面进行清理干净，无油污、杂质、玻璃渣等；并利用电阻炉加热冷型1至245℃后，然后将冷型1从电阻炉内拉出放到挂砂机处进行挂砂操作，挂砂温度为195℃，挂砂厚度3.2mm；冷型1挂砂完毕放置电阻炉内进行恒温等待，保持温度在140℃。
54.通过对冷型1进行加热，可以避免燃气炉加热造成的冷型内表面氧化，影响挂砂质量；冷型内腔挂砂并保温，既可以避免挂砂厚度偏薄导致的辊身裂纹，又可以保持一定的激冷性，实现辊身外层组织细化。
55.步骤c：选择造型工装的激冷底箱2和冒口箱3，在冒口箱3内壁预制冒颈砂型4，在激冷底箱2内壁预制底颈砂型5，利用覆膜砂制作厚度为4mm的底颈砂型5。
56.通过在激冷底箱内壁制作薄壁底颈砂型，能够实现轧辊底颈及芯部钢水浇注后的顺序凝固，减少了轧辊底颈及芯部疏松产生。
57.步骤d：利用卧式离心机在冷型1内壁进行cr5合金铸钢轧辊的辊身外层6钢水浇注。具体工艺参数如下：
58.卧式离心机的转速为1210转/分钟，重力倍数110，辊身外层钢水浇注温度1505℃，浇注速度2.4吨/分钟。
59.步骤e：将冷型1与激冷底箱2、冒口箱3进行组装合箱，并进行cr5合金铸钢轧辊芯部7钢水浇注。具体组装时，冷型1的上下端分别通过中圈11与冒口箱3及底箱2相连，如图1所示。
60.从离心机停转到合箱完成控制在10.5分钟，从离心机停转到开始浇注cr5合金铸钢轧辊芯部钢水时间控制在11分钟，芯部钢水浇注速度控制在2.6吨/分钟，完成浇注生产过程。
61.该实施例中cr5合金铸钢轧辊的机械性能数据如下：
62.抗拉强度mpa冲击韧度(韧性)j/cm2延伸率(塑性)％8503210.5
63.实施例3：
64.该实施例中cr5合金铸钢轧辊的辊身外层材质为cr5合金钢材质，芯部材质为低合金钢，其化学成分及重量百分比如下表所示：
65.成分csimnpscrnimov外层0.850.780.720.0320.015.30.650.420.2芯部1.81.510.0310.010.250.360.015 66.上述cr5合金铸钢轧辊采用离心复合铸造方法获得，具体包括以下步骤：：
67.步骤a：利用两台中频炉分别将配好的辊身外层和芯部炉料进行融化，得到辊身外
层钢水和芯部钢水；
68.步骤b：选择内腔直径为595mm的冷型1，首先对冷型1内腔表面进行清理干净，无油污、杂质、玻璃渣等；并利用电阻炉加热冷型1至300℃后，然后将冷型1从电阻炉内拉出放到挂砂机处进行挂砂操作，挂砂温度为250℃，挂砂厚度4.5mm；冷型1挂砂完毕放置电阻炉内进行恒温等待，保持温度在120℃；既可以避免挂砂厚度偏薄导致的辊身裂纹，又可以保持一定的激冷性，实现辊身外层组织细化。
69.步骤c：选择造型工装的激冷底箱2和冒口箱3，在冒口箱3内壁预制冒颈砂型4，在激冷底箱2内壁预制底颈砂型5，利用覆膜砂制作厚度为5mm的底颈砂型5，实现轧辊底颈及芯部钢水浇注后的顺序凝固，减少了轧辊底颈及芯部疏松产生。
70.步骤d：利用卧式离心机在冷型1内壁进行cr5合金铸钢轧辊的辊身外层6钢水浇注。具体工艺参数如下：
71.卧式离心机的转速为1250转/分钟，重力倍数100，辊身外层钢水浇注温度1503℃，浇注速度3.5吨/分钟。
72.步骤e：将冷型1与激冷底箱2、冒口箱3进行组装合箱，并进行cr5合金铸钢轧辊芯部7钢水浇注。具体组装时，冷型1的上下端分别通过中圈11与冒口箱3及底箱2相连，如图1所示。
73.从离心机停转到合箱完成控制在11分钟，从离心机停转到开始浇注cr5合金铸钢轧辊芯部钢水时间控制在11.5分钟，芯部钢水浇注速度控制在2.45吨/分钟，完成浇注生产过程。
74.该实施例中cr5合金铸钢轧辊的机械性能数据如下：
75.抗拉强度mpa冲击韧度(韧性)j/cm2延伸率(塑性)％870319.8
76.采用本发明得到的cr5合金铸钢轧辊芯部材质选择低合金钢，在不降低cr5合金铸钢轧辊芯部抗拉强度的情况下，提高了芯部塑性、韧性，可有效杜绝轧辊在生产和使用过程中的断辊事故；与整体铸造工艺相比，成本大幅降低，产品市场竞争力明显增加，与芯部球墨铸铁材质的轧辊相比，无论抗拉强度，还是韧性、塑性，都有明显增加，对用户先进轧机轧制高强度板材提供有力支撑。利用本发明生产的cr5合金铸钢轧辊尤其适用于窄带钢轧机支承辊和棒线材轧机粗轧机架工作辊，使用效果良好，充分满足现代先进轧机轧制高品质钢材使用条件；同时在实际生产过程中更容易成型，提高成品率，降低生产成本。
77.在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。技术特征：
1.一种cr5合金铸钢轧辊，其特征在于，所述cr5合金铸钢轧辊的辊身外层材质为cr5合金钢材质，其化学成分及重量百分比为：c：0.3
?
0.9％，si：0.3
?
0.8％，mn：0.5
?
0.8％，p：≤0.04％，s：≤0.02％，cr：4.5
?
5.5％，ni：0.5
?
1.0％，mo：0.3
?
0.9％，v：0.04
?
0.2％，余量为fe及不可避免的杂质元素；所述cr5合金铸钢轧辊的芯部材质为低合金钢，其化学成分及重量百分比为：c：0.5
?
2.0％，si：1.1
?
1.8％，mn：0.4
?
1.0％，p：≤0.04％，s：≤0.02％，cr：≤0.30％，ni：0
?
0.5％，mo：0
?
0.2％，余量为fe及不可避免的杂质元素；所述cr5合金铸钢轧辊通过离心复合铸造方法获得。2.根据权利要求1所述的cr5合金铸钢轧辊，其特征在于，所述cr5合金铸钢轧辊的力学性能指标为：抗拉强度为600
?
1200mpa；延伸率为7
?
12％；冲击韧性为15
?
40j/cm2。3.一种cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：利用两台中频炉分别将配好的辊身外层和芯部炉料进行融化，得到辊身外层钢水和芯部钢水；步骤b：选择cr5合金铸钢轧辊冷型并加热后，在冷型内腔挂砂并保温；步骤c：选择造型工装：所述造型工装包括激冷底箱和冒口箱，在冒口箱内壁预制冒颈砂型，在激冷底箱内壁预制底颈砂型，所述底颈砂型的厚度为3
?
5mm；步骤d：利用卧式离心机在冷型内壁进行辊身外层钢水浇注；步骤e：将冷型与激冷底箱、冒口箱进行组装合箱，并进行cr5合金铸钢轧辊芯部钢水浇注。4.根据权利要求3所述的cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于：在步骤b中，所述冷型利用电阻炉加热到200
?
300℃，然后从电阻炉内拉出放到挂砂机处进行挂砂操作，挂砂温度为150
?
250℃，挂砂厚度2
?
5mm。5.根据权利要求3所述的cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于：在步骤b中，所述冷型挂砂完毕放置电阻炉内进行恒温等待，保持温度在80
?
140℃。6.根据权利要求3所述的cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于：在步骤c中，所述激冷底箱内壁的底颈砂型采用覆膜砂。7.根据权利要求3所述的cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于：在步骤d中卧式离心机转速为1200
±
50转/分钟，重力倍数80
?
120，辊身外层钢水浇注温度1490
?
1510℃，浇注速度1.2
?
3.5吨/分钟。8.根据权利要求7所述的cr5合金铸钢轧辊的生产方法，其特征在于：在步骤e中，从离心机停转到合箱完成控制在10
±
1分钟，从离心机停转到开始浇注芯部钢水时间控制在11
?
12分钟，芯部钢水浇注速度控制在2.5
±
0.2吨/分钟，完成浇注生产过程。
技术总结
本发明公开了一种Cr5合金铸钢轧辊及其生产方法，轧辊的辊身外层材质为Cr5合金钢材质，其化学成分及重量百分比为：C0.3
技术研发人员：秦公辙 秦英方 李群锁
受保护的技术使用者：邢台鸿科高速钢轧辊有限公司
技术研发日：2021.06.21
技术公布日：2021/9/9
声明：
“Cr5合金铸钢轧辊及其生产方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：邢台鸿科高速钢轧辊有限公司
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2025年01月03日 ~ 05日 
