專利名稱：復(fù)合軋輥和其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由一個具有優(yōu)良的耐磨性和優(yōu)良的抗表面粗糙性能的外殼部分和一個堅韌的芯部所組成的復(fù)合軋輥，以及通過離心鑄造的方式生產(chǎn)這種復(fù)合軋輥的方法。更具體地說，涉及一種具有一個具有細的、均勻的金屬結(jié)構(gòu)的外殼的復(fù)合軋輥和生產(chǎn)這種復(fù)合軋輥的方法。
就以用于熱軋或冷軋鋼類材料的軋輥而論，要求它的外殼部分，即與被軋制的材料直接接觸的部分具有均勻的鑄造結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的耐磨性、抗表面粗糙性及抗裂性。為了滿足這些要求，用離心鑄造的方式形成外殼部分是有效的，而且，這種具有外殼部分和芯部的復(fù)合軋輥的生產(chǎn)方法以廣為實施。在離心鑄造方法中，通常是將制作外殼部分的熔融金屬引進一個可圍繞它自身的縱軸高速旋轉(zhuǎn)的空心圓筒形模具，并讓其在模具內(nèi)凝固。
在這種情況下，由于熔融的金屬與通常由鋼材制造的模具的內(nèi)表面接觸而被快速地冷卻，因此，所得的復(fù)合軋輥的外殼的外表面具有細的金屬結(jié)構(gòu)。因此，復(fù)合軋輥的外殼部分表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性、抗表面粗糙性和抗裂性。但是，隨著模具的內(nèi)表面和正在凝固的熔融金屬之間的距離的增大，外殼部分的熔融金屬的冷卻速度降低，熔融金屬的溫度梯度變小。結(jié)果是，外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)變得粗大，因此，外殼部分所要求的各種性能，比如耐磨性等遭到破壞。于是，當(dāng)復(fù)合軋輥的外殼被反復(fù)機械加工一個長的時間之后，外殼部分的內(nèi)部被暴露出來，就不能保持上面所說的優(yōu)良性能。為了解決這個問題，據(jù)認為有效的一種方案是，提高外殼部分的熔融金屬的冷卻速度，而且，必須使熔融金屬的冷卻速度沿著外殼部分的徑向在任何位置上都盡可能的一致。
為了提高外殼部分的熔融金屬的冷卻速度，曾有人提議用水來冷卻模具，并將熔融的金屬噴到模具的內(nèi)表面上(見日本公開特許公報平1-254363)。再者，為了避免在外殼部分產(chǎn)生不希望有的熔析和其它缺陷，以及為了改進外殼部分的均勻性，還有人提議在離心鑄造方法中，移動把熔融的金屬澆進模具內(nèi)的澆注點(見日本特許公報昭50-33021)。此外，還有的對外殼部分所用的材料進行研究。到目前為止，用離心鑄造方法所生產(chǎn)的外殼部分主要是用高合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、高鉻鑄鋼等制造的。此外，最近有建議用高速鋼制作復(fù)合軋輥的外殼部分的(見日本公開特許公報昭60-124407)。
上述這些方案中的軋輥用于熱軋或冷軋的情況下，由于粗大的沉淀的晶粒和熔析的存在造成的外殼部分的鑄造金屬結(jié)構(gòu)的不均勻性會導(dǎo)致不良的耐磨性，使每單位重量的被軋制材料的軋制費用提高，并造成所軋制的材料的質(zhì)量不良。
由于近來對軋制的鋼板的質(zhì)量要求越來越高，所以，對軋輥提出了高要求。因此，要求復(fù)合軋輥的外殼部分具有更加細的和更高均勻性的金屬結(jié)構(gòu)。
在用高速鋼制造外殼部分的情況下，通過模具的快速冷卻作用，可使得外殼部分的表面部分具有細的金屬結(jié)構(gòu)。然而，由于模具的快速冷卻作用在外殼部分的內(nèi)部減弱，因此，金屬結(jié)構(gòu)變粗。其結(jié)果是，在外殼部分的深區(qū)，經(jīng)過幾次的機加工之后，深處就被暴露出來，顯示出差的抗磨損性和抗表面變粗糙性。
在用離心鑄造方法形成外殼部分的情況下，也有一個問題，就是外殼部分不可避免地含有鑄造缺陷和金屬結(jié)構(gòu)的非均勻性。這是由于外殼部分的冷卻速度(溫度梯度)里面部分的比表面部分的要小，因此，外殼部分的熔融金屬內(nèi)的氣體、熔化了的元素、雜質(zhì)等難于朝澆注熔融金屬的模具腔的內(nèi)部逸散。所以，這些成分在熔融金屬的凝固過程中被陷住，導(dǎo)致了碳化物的熔析、粗的金屬結(jié)構(gòu)、氣隙等。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有一個外殼部分的復(fù)合軋輥。其外殼部分具有細密的和良好均勻性的金屬結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種生產(chǎn)這種復(fù)合軋輥的方法。
根據(jù)上述目的，經(jīng)對離心鑄造方法方面的認真研究，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過控制熔融金屬的供給溫度以及外殼部分的成型速度，能夠在熔融金屬和外殼部分之間的凝固界面處獲得大的冷卻速度，也能獲得大的溫度梯度，因此，阻止了外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)的過分增長，從而生產(chǎn)出沒有鑄造缺陷的外殼部分。
因此，根據(jù)本發(fā)明，用離心鑄造生產(chǎn)出的復(fù)合軋輥包括一個用具有優(yōu)良的耐磨性和抗表面粗糙性能的硬的高合金鑄鋼或鑄鐵制造的外殼部分和一個用堅韌的鑄鐵或鑄鋼制造的芯部，外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵的成分構(gòu)成，其重量比為1.0～3.0%的碳，2.0%或低于2.0%的硅，2.0%或低于2.0%的錳，2.0～15.0%的鉻，10.0%或低于10.0%的鉬，2.0～8.0%的釩，剩余部分基本上是鐵和不可避免的雜質(zhì)，在從外殼部分的表面到50毫米深度處這樣一個范圍內(nèi)，構(gòu)成外殼部分基體的晶粒的平均直徑為100微米(μm)或小于100微米，而且，晶粒滿足下列公式m2≤1.2m1式中，m1是在外殼部分的表面上的晶粒的平均直徑，而m2是在50毫米深度處的晶粒的平均直徑，上述平均直徑是用影像分析法在具有30微米以上直徑的晶粒中測得的。
根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)上述復(fù)合軋輥的方法包括通過把將要成為外殼部分的熔融金屬以溫度T供應(yīng)給一個可繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)的空心圓筒形模具而離心鑄造上述外殼部分的步驟，所說的溫度T滿足公式Tc≤T≤Tc+90℃，式中，Tc是外殼部分的初始結(jié)晶溫度，而熔融金屬的供應(yīng)速度是這樣的-即模具內(nèi)平均的外殼部分形成速度為2～40毫米/分鐘。


圖1是表示例1的硫印試驗結(jié)果的示意圖;
圖2(a)是表示例2的外殼部分在表面處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片;
圖2(b)是表示例2的外殼部分的自其表面起50毫米深度處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片;
圖3(a)是表示比較例2的外殼部分的表面處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片;
圖3(b)是表示比較例2的外殼部分自其表面起50毫米深度處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片。用以制作外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵的配方可用來制作本發(fā)明的復(fù)合軋輥的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵具有下列組分
(1)碳(C)1.0～3.0%(重量)C是形成提高外殼部分的耐磨性的碳化物所必需的元素，但是，隨著含C量的增加，外殼部分的抗裂性能降低。因此，含C量應(yīng)當(dāng)在1.0～3.0%(重量)的范圍內(nèi)。如果含C量低于1.0%(重量)，則所生產(chǎn)出的外殼部分將表現(xiàn)出差的耐磨性，這是因為析出的碳化物量小的緣故。另一方面，如果含C量超過3.0%(重量)，則導(dǎo)致外殼部分表現(xiàn)出低的抗裂性。最佳含C量是1.3～2.0%(重量)。
(2)硅(Si)2.0%或低于2.0%(重量)Si是作為脫氧劑所必不可少的元素。它還可以代替昂貴的元素比如鎢(W)、鉬(Mo)等而有效地溶解于M6C碳化物中，從而降低外殼部分的成本。然而，如果Si的含量超過2.0%，則所得的外殼部分將具有鑄造缺陷。Si的最佳含量為0.3～1.5%(重量)。
(3)錳(Mn)2.0%或低于2.0%(重量)Mn起脫氧劑的作用，還作為同S形成化合物MnS的元素，以便消除S的有害作用。但是，如果Mn的含量超過2.0%(重量)，則在所得的外殼部分內(nèi)很可能形成殘余的奧氐體相，從而導(dǎo)致不能穩(wěn)定地表現(xiàn)出足夠的硬度。另一方面，如果Mn的含量太小，則不能起充分脫氧的作用。Mn的最佳量為0.3～1.5%(重量)。
(4)鉻(Cr)2.0～15.0%(重量)如果Cr的含量低于2.0%(重量)，則不能獲得足夠的可淬性。另一方面，如果Cr的含量超過15.0%(重量)，則形成多余的鉻碳化物(M23C6)。由于M23C6比MC和M2C軟，因此，鉻碳化物將降低外殼部分的耐磨性。鉻的最佳含量是3.0～10.0%(重量)。
(5)鉬(Mo)10.0%(重量)或低于10.0%Mo起提高可淬性和高溫強度的作用。然而，如果Mo的含量超過10.0%(重量)，則在金屬結(jié)構(gòu)中，與C、V和Mo相等的M6C和M2C碳化物將增加，將導(dǎo)致韌性和抗表面變粗糙性能差。Mo的最佳含量為2.0～8.0%(重量)。
(6)釩(V)2.0～8.0%(重量)V是一種形成提高外殼部分的耐磨性能的MC碳化物的必要元素。如果V的含量低于2.0%(重量)，則不能達到滿意的效果。另一方面，如果V的含量高于8.0%(重量)，則熔融的金屬被嚴重氧化，并因此使熔融金屬的粘度增大。結(jié)果是，不能生產(chǎn)出良好的鑄造外殼(部分)。V的最佳含量為2.0～6.0%(重量)。
(7)任選的元素除了上述的元素之外，外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還可以隨意含有鎢(W)，鎳(Ni)，鈷(Co)和/或氮(N)。
(a)鎢(W)20.0%或低于20.0%(重量)W是一種用以維持高溫強度的必要元素。然而，如果W的含量超過20.0%(重量)，則金屬結(jié)構(gòu)中M6C碳化物將增加，導(dǎo)致韌性和抗表面變糙性能差。W的最佳含量為2.0～15.0%(重量)。
(b)鎳(Ni)3.0%或低于3.0%(重量)Ni起提高可淬性的作用。因此，Ni的添加量可以是3.0%或3.0%(重量)以下。但是，如果Ni超量添加，則在外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)剩余的奧氐體相，導(dǎo)致裂紋和抗表面變糙性能差。Ni的最佳含量為0.1～1.5%(重量)。
(c)鈷(Co)10.0%或低于10.0%(重量)Co被溶于基體中并延緩碳化物的析出，從而阻止基體的軟化。換句話說，Co是一種起提高抗回火軟化性作用和實現(xiàn)第二次淬火的元素。然而，即使Co的含量高于10.0%(重量)，也不能進一步改善上述性能，只會增加外殼部分的成本。Co的最佳含量為1.0～7.0%(重量)。
(d)氮(N)0.03～0.2%(重量)在本發(fā)明所用的高合金鑄鋼或鑄鐵中，N的含量理想的是0.03～0.2%(重量)。在這樣的含N范圍內(nèi)，回火硬度提高。然而，如果N的添加量過多，外殼部分將是脆的。N的最佳含量為0.03～0.1%(重量)。
(8)雜質(zhì)本發(fā)明所用的高合金鑄鋼或鑄鐵不可避免的雜質(zhì)是磷(P)和硫(S)。為了預(yù)防外殼部分的脆性，P的含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.1%(重量)，而S的含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.06%(重量)。離心鑄造方法本發(fā)明的離心鑄造方法是在控制外殼部分的熔融金屬的供給溫度和控制外殼部分的成型速度的條件下進行的。
(1)Tc≤T≤Tc+90℃在離心鑄造方法中，在澆口盤內(nèi)測得的用于外殼部分的熔融金屬的溫度通常被認為是它的鑄造溫度。然而，在圓筒形模具內(nèi)的熔融金屬的實際溫度是稍稍低于在澆口盤內(nèi)測得的熔融金屬的溫度的。為了實現(xiàn)鑄造溫度的準確控制，應(yīng)當(dāng)確定在空心圓筒形模具內(nèi)的熔融金屬的溫度。
雖然通常難以測量模具內(nèi)的熔融金屬的溫度，但本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在剛剛從澆口盤的出口排出的熔融金屬的溫度和模具的熔融金屬的溫度之間具有一個關(guān)系。這個關(guān)系能夠根據(jù)空心圓筒形模具的尺寸和形狀、熔融金屬的澆注速度以及工作環(huán)境等用實驗方法確定。因此，剛剛從澆口盤的出口流出的熔融金屬的溫度能夠加以控制，以獲得最佳的鑄造溫度。
如果把剛剛從澆口盤的出口流出(進入空心圓筒模具)的熔融金屬的溫度定義為供給溫度“T”，則供給溫度“T”應(yīng)當(dāng)滿足公式Tc≤T≤Tc+90℃，式中Tc是外殼部分的初始晶體形成溫度。
在常規(guī)的離心鑄造方法中，上述供給溫度低于鑄造溫度。因此，熔融的金屬剛輸進空心圓筒模具，奧氐體的初始晶粒就開始形成，且熔融的金屬就開始凝固。
如果供給溫度T高于Tc+90℃，則空心圓筒模具內(nèi)的熔融金屬的凝固要花更長的時間，不能達到快速冷卻。這樣會導(dǎo)致外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)過分的生長，產(chǎn)生粗大的金屬結(jié)構(gòu)(粗大的初始晶粒)。另一方面，如果供給溫度T低于Tc，則在澆口盤的出料口處熔融的金屬就開始凝固，不能形成良好的外殼部分。
順便說說，供給溫度T可通過從剛剛自澆口盤的排料口流出的熔融金屬的溫度減去一個實驗獲得的系數(shù)(例如，10-60℃)來確定。
(2)平均的外殼成型速度本文所說的平均外殼成型速度被定義為由所形成的外殼部分的總厚度除以所耗費的時間而獲得的值。一般來說，在常規(guī)的離心鑄造方法中，外殼成型速度設(shè)定在50～200毫米/分鐘，目的是確保輸進去的熔融金屬能夠均勻地覆蓋在模具的整個內(nèi)表面上。然而，如此高的外殼部分成型速度導(dǎo)致模具內(nèi)的熔融金屬的冷卻速度變小，這意味著在外殼部分不能得到均勻的、細密的金屬結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，平均的外殼部分成型速度設(shè)定在2-40毫米/分鐘這樣小，以便確保把熔融的金屬以和凝固界面的推進速度基本上相同的速度供應(yīng)到在模具內(nèi)正形成的外殼部分的表面上。通過把平均的外殼部分成型速度控制在這樣的范圍，總是能在模具內(nèi)的正形成的外殼部分的內(nèi)部保持一個薄的熔融金屬層，且凝固界面能夠快速地向內(nèi)推進，不會有損傷和不均勻現(xiàn)象。
由于薄的熔融金屬層具有小的熱容量，因此，通過已凝固的外殼部分和模具的熱傳導(dǎo)和熱擴散，能夠得到熔融金屬層的高的冷卻速度。再者，由于熔融的金屬層在模具內(nèi)從接近初始的晶粒形成溫度冷卻到固體/液體凝固溫度，因此，能夠獲得一個大的溫度梯度。通過使凝固界面在保持均勻性的同時平行于空心圓筒形模具的軸線推進，就能夠在薄的熔融金屬層內(nèi)獲得如此大的冷卻速度和溫度梯度。這有助于形成均勻的和細的金屬結(jié)構(gòu)，而不會有鑄造缺陷。如果平均的外殼部分成型速度高于40毫米/分鐘，將不能達到這些效果，會產(chǎn)生粗的金屬結(jié)構(gòu)。另一方面，如果平均的外殼部分形成速度低于2毫米/分鐘，則熔融的金屬的供應(yīng)是如此的不足，以致于熔融的金屬層的供應(yīng)不能夠與凝固界面的推進保持一致，不能生產(chǎn)出良好的外殼部分。
順便說，在將外殼部分的熔融金屬供應(yīng)給模具的初始階段，供給速度可以高達50～200毫米/分鐘，因為同模具的內(nèi)表面相接觸的熔融金屬被快速地冷卻。該初始階段通?？梢赃M行到約為外殼部分的總厚度的40%、最好是達到約35%。此后，外殼部分形成速度應(yīng)當(dāng)降低，以便使平均的外殼部分形成速度變?yōu)?-40毫米/分鐘。
就芯部來說，應(yīng)當(dāng)注意，它的材料和生產(chǎn)條件是不限制的，而且，任何鑄鐵和鑄鋼均能夠使用，在已知的鑄造條件下，只要高的機械強度比如抗變強度，韌性等能夠獲得即可。外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)用上述離心鑄造方法所生產(chǎn)的外殼部分具有這樣的金屬結(jié)構(gòu)-即其內(nèi)部的細晶粒是均勻分布的。術(shù)語“晶?！笔侵冈谕鈿げ糠值娜廴诮饘倌虝r最初析出的粒子或相，主要由奧氏體組成。這種晶粒有時候被稱作“初始晶體”。
對本發(fā)明的第一個方面，用影像分析法，僅對直徑超過30微米(μm)的細晶粒進行計算時，從外殼部分的表面至50毫米深度范圍內(nèi)的細晶粒具有100微米9μm)或低于100微米(μm)的平均直徑。
在顯微照片上，由于晶粒呈各種不同的形狀，如果不把晶粒轉(zhuǎn)化成常規(guī)的圓形是不能夠確定它們的直徑的。因此，通過影像分析法，首先把晶粒轉(zhuǎn)化成同這些晶粒具有同樣的面積的常規(guī)的圓形，然后，再把由這些晶粒所得到的圓的直徑進行平均。在這種情況下，僅對具有大于30μm直徑的圓進行計算，因為如果把那些直徑小于30μm的圓都包括在平均直徑的計算中，那么，計算將是非常困難的。
如果按上述方法計算出來的晶粒的平均直徑大于100μm，則外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)太粗糙，不能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的輥軋鋼板。
在本發(fā)明的第二個方面，晶粒的平均直徑滿足公式m2≤1.2m1，式中m1是在外殼部分的表面上的晶粒的平均直徑，m2是在50毫米深度處的晶粒的平均直徑。如果這個關(guān)系式不能滿足，則外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)在徑向?qū)⑻痪鶆颍@意味著為消除表面粗糙度而機加工的軋輥表面，經(jīng)過一段時間的使用之后，耐磨性和抗表面變糙性迅速降低。這樣導(dǎo)致每單位重量的輥軋鋼板的軋制成本提高。
本發(fā)明將通過下面的例子進行詳細說明。
例1、比較例1使用一個內(nèi)徑為420毫米、軋輥體長為1530毫米的空心圓筒模具，將700公斤的具有表1所示配方的熔融金屬進行離心鑄造，以便提供一個具有60毫米厚度的套筒。
表1試樣化學(xué)成分(重量%)No.(1)C Si Mn P S Ni Cr Mo V W11.410.800.450.0210.0130.696.011.95 2.48 3.0021.380.760.420.0230.0110.705.971.94 2.55 2.98表1(續(xù))試樣No(1)Ts(2)(0℃) Vav(3)(mm/min.)114401221475100注＊(1)試樣No.1例1試樣No.2比較例1(2)熔融金屬的供應(yīng)溫度(3)平均的外殼形成速度在這兩種情況下模具的內(nèi)表面均涂敷了2.5毫米厚的難熔材料，而且，模具的旋轉(zhuǎn)速度這樣設(shè)定-即使得模具內(nèi)的正在形成外殼部分的熔融金屬的表面上的離心力為140G。經(jīng)過微差熱分析，發(fā)現(xiàn)，初始的晶體形成溫度Tc是1390℃。因此，熔融金屬的供應(yīng)溫度在例1中是Tc+50℃，而在比較例1中是Tc+85℃。這樣，外殼部分的鑄造需5分鐘完成。平均的外殼部分形成速度約為12毫米/分鐘。
在例1的方法中，為了測量熔融金屬的凝固界面的推進速度，分別在所供給的熔融金屬的厚度為10毫米和40毫米時，在模具的入口處向熔融金屬內(nèi)添加了200克的硫化鐵。將所得的外殼部分剖開，以便得到用以測量外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)的試驗片。
圖1示意性地示出了例1的硫印試驗結(jié)果。硫印試驗的結(jié)果示于表2中。
表2添加硫化通過硫印測熔融金屬凝固界固鐵的時間出的凝固界的平均推面的位置層的厚度進速度時間熔融金屬(t) 的T＊(A) (B) (A-B) (B/t)50秒10毫米8毫米2毫米 9.6毫米／分3分20秒 40毫米33毫米 7毫米 9.9毫米／分注T＊厚度如圖1所示，當(dāng)添加的熔融金屬的厚度為10毫米時，由于熔融金屬的凝固界面的位置距離模具的內(nèi)表面(亦即外殼部分的外表面)為8毫米，因此，未凝固的熔融金屬層的厚度為2毫米，平均的外殼部分形成速度(凝固界面的平均推進速度)是9.6毫米/分鐘(0.16毫米/秒)。還有，當(dāng)添加的熔融金屬的厚度為40毫米時，由于熔融金屬的凝固界面的位置距模具的內(nèi)表面33毫米，所以，未凝固的熔融金屬層的厚度為7毫米，凝固界面的平均推進速度是9.9毫米/分鐘(0.17毫米/秒)。
那么，通過對外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)的觀察可以證實，外殼部分自其表面起至50毫米深度處具有細的和均勻的基體結(jié)構(gòu)。
例2、比較例2使用一個內(nèi)徑為1130毫米、輥體長為1593毫米的空心圓筒模具，把具有表3所示配方的熔融的金屬按照同例1的相同的方式進行離心鑄造，以便獲得一個厚度為100毫米的套筒。
表3試樣化學(xué)成分(重量%)No.(1)C Si Mn P S Ni Cr Mo V W31.850.800.700.0240.0091.084.145.71 4.27 2.9341.840.850.670.0260.0110.994.255.97 4.31 3.00表3(續(xù))試樣No.(1)Ts(2)(℃) Vav(3)(毫米/分)313851541420100注:*(1) 試樣No.3:例2試樣No.4:比較例2
(2)熔融金屬的供應(yīng)溫度(3)平均的外殼部分形成速度在這兩種情況下，模具的內(nèi)表面均涂敷了厚度為2.0毫米的難熔材料，而且，模具的旋轉(zhuǎn)速度這樣設(shè)定-即使得模具內(nèi)的正在形成外殼部分的熔融金屬的表面上的離心力為120G。初始晶體形成溫度Tc是1335℃。因此，熔融金屬的供應(yīng)溫度在試樣3(例2)中，是Tc+50℃，而在試樣4(比較例2)中是Tc+85℃。
順便指出，在例2中熔融金屬的最初供應(yīng)速度(相當(dāng)于所供應(yīng)的熔融金屬的總量的30%)是高速的，其余的熔融金屬的供應(yīng)速度是低速的。換句話說，就總厚度為100毫米的外殼部分而言，其最初的30毫米厚的鑄造部分(外面部分)是以120毫米/分鐘的供應(yīng)速度形成的，而它的厚度為70毫米的后面的鑄造部分(內(nèi)部分)是以11毫米/分鐘的供應(yīng)速度形成的。這樣，例2中外殼部分的鑄造需要6分37秒完成，平均的外殼部分形成速度約為15毫米/分鐘。
按照與例1相同的方法，將每一個所得的外殼部分進行機加工，以便得到用作測量的金屬結(jié)構(gòu)試驗片。再者，在經(jīng)過機加工去掉了鑄造出來的產(chǎn)品的表面加工余量之后，對每一個復(fù)合軋輥的整個輥體(長度1530毫米)分別進行機械切削至離表面25毫米和50毫米深度處，通過超聲檢驗，肉眼觀察和宏觀腐蝕等檢查鑄造缺陷和熔析。
圖2(a)和圖2(b)分別是例2中的外殼部分的表面部分的和距離表面50毫米深度處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片，圖3(a)和圖3(b)分別是比較例2的外殼部分的表面部分和距離表面50毫米深度處的金屬結(jié)構(gòu)的顯微照片。在這些顯微照片中，黑顏色所表示的面積是基體組織(初始晶體組織)，而那些白顏色所表示的部分是碳化物顆粒。
例2和比較例2的每一個復(fù)合軋輥的外殼部分的表面和深處(距離50毫米)的金屬結(jié)構(gòu)是通過影像分析法定量地測定的。在測量時，首先把各種形狀的晶粒轉(zhuǎn)化成同這些晶粒在顯微照片上的面積相同的常規(guī)圓形，為了得到晶粒的平均直徑，僅對直徑在30μm以上的常規(guī)圓進行計算。為了測量基體的結(jié)構(gòu)，要把用于檢測的試驗片的表面進行重的腐蝕，以便基體的顆粒(初始晶體)變成黑色，在顯微照片上，在20個區(qū)域內(nèi)重復(fù)做同樣的測量。測量結(jié)果的平均值即作為基體顆粒的平均直徑。
結(jié)果是，在比較例2中，基體結(jié)構(gòu)(晶粒)的平均直徑在表面部分是83μm，而在距離表面50毫米深度處是113μm。另一方面，在例2中，基體結(jié)構(gòu)(晶粒)的平均直徑在表面部分是75μm，而在距離表面50毫米深度處是88μm。
從上面的結(jié)果可以看出，在本發(fā)明的復(fù)合軋輥的外殼部分中，外殼部分從表面到深處都是由細的和均勻的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。
在例2和比較例2中，經(jīng)過超聲檢驗，未發(fā)現(xiàn)有鑄造缺陷。在去除了鑄造出的產(chǎn)品的表面機加工余量之后，把外殼部分在徑向反復(fù)地機械切去5毫米，以便觀察外殼部分的內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)。在比較例2所生產(chǎn)的外殼部分上，不僅在25毫米深度處的一點肉眼觀察到了碳化物的熔析(直徑1毫米)，而且在50毫米深度處的一點也觀察到了。
肉眼觀察和宏觀腐蝕的結(jié)果證實，比較例2的外殼部分的深度超過25毫米的整個范圍呈現(xiàn)不均勻的金屬結(jié)構(gòu)(熔析)。另一方面，在例2中，在外殼部分上用肉眼和宏觀腐蝕未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷和熔析。
如上所述，本發(fā)明的復(fù)合軋輥包括一個具有細的和均勻的金屬結(jié)構(gòu)的、沒有鑄造缺陷、熔析等的外殼部分。因此，通過熱軋或冷軋，可以用它生產(chǎn)高質(zhì)量的軋制鋼板，而且，復(fù)合軋輥的外殼部分的每單位消耗軋制的鋼板的量增加。
權(quán)利要求
1.一種由離心鑄造生產(chǎn)的復(fù)合軋輥，包括一個用具有優(yōu)良的耐磨性和抗表面變糙性的堅硬的高合金鑄鋼或鑄鐵制造的外殼部分和一個用堅韌的鑄鐵或鑄鋼制造的芯部，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵的成分構(gòu)成，其重量比為1.0-3.0%的C，2.0%或低于2.0%的Si，2.0%或低于2.0%的Mn，2.0-15.0%的Cr，10.0%或低于10.0%的Mo，2.0-8.0%的V，其余部分基本上是Fe和不可避免的雜質(zhì)，在從外殼部分的表面至50毫米深度處這個范圍內(nèi)，由影像分析法在直徑大于30μm的晶粒中確定出、構(gòu)成所說外殼部分的基體的晶粒的平均直徑為100μm或小于100μm，所說晶粒滿足公式m2≤1.2m1，式中m1是外殼部分的表面上的晶粒的平均直徑，m2是50毫米深度處的晶粒的平均直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合軋輥，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有20.0%(重量)或低于20%的W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合軋輥，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有3.0%或低于3.0%(重量)的Ni。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的復(fù)合軋輥，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵進一步含有10.0%或低于10.0%(重量)的Co。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的復(fù)合軋輥，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵中還含有0.03～0.2%(重量)的N。
6.一種生產(chǎn)包括一個用具有優(yōu)良的耐磨性和抗表面變糙性的堅硬的高合金鑄鋼或鑄鐵制造的外殼部分和一個用堅韌的鑄鐵或鑄鋼制造的芯部的復(fù)合軋輥的方法，所說的外殼部分用的高合金鑄鋼或鑄鐵的成分構(gòu)成其重量比為;1.0～3.0%的C，2.0%或低于2.0%的Si，2.0%或低于2.0%的Mn，2.0～15.0%的Cr。10.0%或低于10.0%的Mo，2.0～8.0的V，其余部分基本上是Fe和不可避免的雜質(zhì)，在從外殼部分的表面至50毫米深度處這個范圍內(nèi)，由影像分析法在直徑大于30μm的晶粒中確定出構(gòu)成所說外殼部分的金屬結(jié)構(gòu)的基體的晶粒的平均直徑為100μm或小于100μm，所說的晶粒滿足公式m2≤1.2m1，式中m1是外殼部分的表面上的晶料的平均直徑，m2是50毫米深度處的晶粒的平均直徑，該方法包括把用于外殼部分的熔融金屬以溫度T供給一個可繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)的空心圓筒形模具而離心鑄造所說的外殼部分，所說的溫度T滿足公式Tc≤T≤Tc+90℃，式中Tc是用于外殼部分的熔融金屬的初始晶體形成溫度，而熔融金屬的供應(yīng)速度是這樣的-即使在模具內(nèi)的平均的外殼部分形成速度為2-40毫米/分。
7.根據(jù)要權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，把所說的用于外殼部分的熔融金屬分第一、第二兩個階段供給空心圓筒形模具，在第一階段，將熔融金屬以所述的平均的外殼部分形成速度為50～200毫米/分的供應(yīng)速度供給空心圓筒模具，一直到約占要制造的外殼部分的總厚度的40%為止，在第二階段，把熔融的金屬以上述平均的外殼部分形式速度為2-40毫米/分的供應(yīng)速度供給空心圓筒形模具，一直到外殼部分的剩余部分全部形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有20.0%(重量)或低于20.0%(重量)的W。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的方法，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有3.0%(重量)或低于3.0%(重量)的Ni。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項所述的方法，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有10.0%(重量)或低于10.0%(重量)的Co。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10中任意一項所述的方法，其特征是，所說的外殼部分的高合金鑄鋼或鑄鐵還含有0.03～0.2%(重量)的N。
全文摘要
具有用優(yōu)良耐磨性和抗表面變粗糙性堅硬高合金鑄鋼或鑄鐵制造的外殼部分和用堅韌鑄鐵或鑄鋼制造的芯部的復(fù)合軋輥，外殼部分鑄鐵的構(gòu)成以重量計1.0—3.0％C，2.0％或更低的Si，2.0％或更低的Mn，2.0—15.0％的Cr，10.0％或更低的Mo，2.0—8.0％的V，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)，從外殼表面至50毫米深度范圍內(nèi)，由分析確定，金屬結(jié)構(gòu)基體的晶粒平均直徑100μm或更小，而且滿足公式m
文檔編號B32B15/01GK1082950SQ93103678
公開日1994年3月2日 申請日期1993年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月6日
發(fā)明者繩田良作, 伊達賢治, 服部敏幸 申請人:日立金屬株式會社