一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》涉及軋輥鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，該鑄造方法鑄造的軋輥具有界面冶金結(jié)合好、結(jié)合強(qiáng)度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時(shí)具有一個(gè)較低的界面失效能力且外層不易剝落。

1.一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，其特征在于所述的鑄造方法步驟如下：

1）在離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1400～1450℃的外層高溫高速鋼鋼水，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為25～40毫米，其中溫度T₁中所涉及的各元素分別表示高速鋼鋼水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍，溫度T₂中所涉及的各元素分別表示高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1050～1150℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1330～1370℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

4）澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，其特征在于：步驟1）中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為22-28米/秒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，其特征在于：步驟1）中外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為80～120℃。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，其特征在于：步驟1）中澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入5-10千克/平方米的保護(hù)渣。

截至2014年9月，離心復(fù)合鑄造軋輥在使用過程中發(fā)生失效的主要類型是外層從結(jié)合層處剝落，主要原因是結(jié)合層冶金結(jié)合差，結(jié)合強(qiáng)度低，在軋制過程中由于軋制力的作用容易發(fā)生結(jié)合層高周疲勞，隨著軋制進(jìn)程的延長(zhǎng)疲勞裂紋擴(kuò)展和傳播，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到臨界剝落的值時(shí)抵抗不了軋制力的作用引發(fā)外層大面積剝落。結(jié)合層冶金結(jié)合差，結(jié)合強(qiáng)度低，由兩方面的原因造成：一.內(nèi)外層互熔層過薄造成弱結(jié)合，導(dǎo)致結(jié)合層結(jié)合強(qiáng)度低；二.內(nèi)外層互熔層過厚造成外層高合金成分過多的滲入內(nèi)層球鐵中，引發(fā)過渡內(nèi)層球鐵強(qiáng)度指標(biāo)的下降，導(dǎo)致結(jié)合層結(jié)合強(qiáng)度降低。如中國(guó)專利CN102990031.A公開了一種高硼高速鋼軋輥的離心復(fù)合鑄造方法，其特征在于當(dāng)外層高硼高速鋼輥身內(nèi)表面溫度為1300-1350℃時(shí)，繼續(xù)在轉(zhuǎn)速為700-750轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)上，澆注溫度1450-1470℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為15-20毫米，其缺點(diǎn)在于采用了過高的輥身內(nèi)表面溫度和過高的過渡層球墨鑄鐵鐵水溫度參數(shù)來實(shí)現(xiàn)離心澆注成型，易造成內(nèi)外層互熔層過厚造成外層高合金成分過多的滲入內(nèi)層球鐵中，引發(fā)過渡內(nèi)層球鐵強(qiáng)度指標(biāo)的下降，導(dǎo)致結(jié)合層結(jié)合強(qiáng)度低；如中國(guó)專利CN102274856.A公開了一種離心復(fù)合高速鋼軋輥及其澆注方法，其特征在于離心鑄造，澆注溫度1420-1480℃，先鑄造高速鋼外層，離心重量倍數(shù)100-120G，鑄造厚度90-110毫米，當(dāng)鑄層冷卻到1225-1245℃時(shí)，再離心鑄造中間過渡層，鑄造厚度40-60毫米，離心重量倍數(shù)100-120G，當(dāng)鑄層冷卻到1220-1240℃時(shí)停止，其缺點(diǎn)在于不同的外層化學(xué)成分離心鑄造時(shí)，采用一個(gè)較窄的鑄層溫度參數(shù)很難精確控制外層和過渡層互熔的厚度，結(jié)合層的冶金結(jié)合質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度難以保證。

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法專利目的

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》的目的是提供一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，該鑄造方法鑄造的軋輥具有界面冶金結(jié)合好、結(jié)合強(qiáng)度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時(shí)具有一個(gè)較低的界面失效能力且外層不易剝落。

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法技術(shù)方案

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》的目的是通過以下技術(shù)方案解決的：

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》特征在于所述的鑄造方法步驟如下：

1）在離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1400～1450℃的外層高溫高速鋼鋼水，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為25～40毫米，其中溫度T₁中所涉及的各元素分別表示高速鋼鋼水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍，溫度T₂中所涉及的各元素分別表示高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1050～1150℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1330～1370℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

4）澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

步驟1）中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為22-28米/秒。

步驟1）中外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為80～120℃。

步驟1）中澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入5-10千克/平方米的保護(hù)渣。

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法改善效果

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》通過高溫高速鋼鋼水中的化學(xué)成分和高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學(xué)成分分別確定高溫球墨鑄鐵鐵水的澆注時(shí)機(jī)和澆注溫度，即通過對(duì)外層內(nèi)表面界面溫度和過渡層球墨鑄鐵鐵水澆注溫度的精確計(jì)算和控制，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定溫、定量澆注，能夠顯著提高結(jié)合層的冶金結(jié)合質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度，使得鑄造的軋輥具有界面冶金結(jié)合好、結(jié)合強(qiáng)度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時(shí)具有一個(gè)較低的界面失效能力且外層不易剝落。

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法操作步驟

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，該鑄造方法步驟如下：

1）在轉(zhuǎn)速為22-28米/秒的離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1400～1450℃的外層高溫高速鋼鋼水，外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為80～120℃，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入5-10千克/平方米的LF101型保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1420-[100*C 8*Si 30*P 20*S 18*Ti 5*（Mn Cu Al Ni） 2*（Cr Mo V W）]±5℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1680-（100*C 8*Si）±5℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為25～40毫米，其中溫度T₁中所涉及的各元素分別表示高速鋼鋼水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍，溫度T₂中所涉及的各元素分別表示高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學(xué)成分重量百分含量的一百倍；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1050～1150℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1330～1370℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

4）澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法實(shí)施案例

下面分別通過實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3來說明《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》提供的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的產(chǎn)品規(guī)格分別為：Φ380х650毫米、Φ700х1700毫米、Φ800х2000毫米，針對(duì)以上規(guī)格離心復(fù)合鑄造高速鋼軋輥時(shí)，工藝執(zhí)行過程中的控制參數(shù)如下：

一、實(shí)際制造過程中的外層和芯軸部位的化學(xué)成分如表1所示：

表1實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的外層和芯軸部位的化學(xué)成分表。

二、按表1中的化學(xué)成分計(jì)算和控制的外層內(nèi)表面界面溫度和過渡層澆注溫度如表2所示：

表2實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中高速鋼軋輥鑄造時(shí)的控制參數(shù)表。

• 實(shí)施例1

當(dāng)需要鑄造一種規(guī)格為Φ380х650毫米的低界面失效的高速鋼軋輥時(shí)，該低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法步驟如下：

1）在轉(zhuǎn)速為23米/秒的離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1428℃的外層高溫高速鋼鋼水，外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為87℃，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入7千克/平方米的LF101型保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1221℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1357℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為28毫米；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1125℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1365℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

4）澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

• 實(shí)施例2

當(dāng)需要鑄造一種規(guī)格為Φ700х1700毫米的低界面失效的高速鋼軋輥時(shí)，該低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法步驟如下：

1）在轉(zhuǎn)速為27.5米/秒的離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1436℃的外層高溫高速鋼鋼水，外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為103℃，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入9千克/平方米的LF101型保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1214℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1344℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為32毫米；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1092℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1346℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

4）澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

實(shí)施例3

當(dāng)需要鑄造一種規(guī)格為Φ800х2000毫米的低界面失效的高速鋼軋輥時(shí)，該低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法步驟如下：

1）在轉(zhuǎn)速為26米/秒的離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的軋輥鑄型內(nèi)，澆注溫度為1443℃的外層高溫高速鋼鋼水，外層高溫高速鋼鋼水澆注時(shí)鑄型整體溫度為112℃，澆注完畢后向鑄型內(nèi)加入6.5千克/平方米的LF101型保護(hù)渣；

2）當(dāng)高速鋼軋輥外層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1190℃時(shí)，向恒速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)澆注溫度為T₂＝1326℃的過渡層高溫球墨鑄鐵鐵水，并控制過渡層澆注厚度為37毫米；

3）當(dāng)高速鋼軋輥過渡層內(nèi)表面的界面溫度冷卻到1058℃時(shí)，停轉(zhuǎn)離心機(jī)吊出軋輥鑄型進(jìn)行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1357℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；4）、澆注完畢后進(jìn)行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進(jìn)行淬火和回火熱處理，熱處理后進(jìn)行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

對(duì)上述實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3鑄造出的高速鋼軋輥在熱處理后進(jìn)行取樣檢測(cè)，得出通過《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》提供的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法鑄造出來高速鋼軋輥性能數(shù)據(jù)如表3所示：

根據(jù)工藝規(guī)定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)外層互熔層厚度≤3毫米、結(jié)合層強(qiáng)度≥400兆帕可知，《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》提供的低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法鑄造出來高速鋼軋輥的內(nèi)外層互熔層厚度和結(jié)合層強(qiáng)度都達(dá)到了工藝規(guī)定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)了低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造的可靠穩(wěn)定生產(chǎn)。

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》通過高溫高速鋼鋼水中的化學(xué)成分和高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學(xué)成分分別確定高溫球墨鑄鐵鐵水的澆注時(shí)機(jī)和澆注溫度，即通過對(duì)外層內(nèi)表面界面溫度和過渡層球墨鑄鐵鐵水澆注溫度的精確計(jì)算和控制，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定溫、定量澆注，能夠顯著提高結(jié)合層的冶金結(jié)合質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度，使得鑄造的軋輥具有界面冶金結(jié)合好、結(jié)合強(qiáng)度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時(shí)具有一個(gè)較低的界面失效能力且外層不易剝落。

2018年12月20日，《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復(fù)合鑄造方法》獲得第二十屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

本發(fā)明涉及一種低比轉(zhuǎn)速離心泵閉式葉輪砂型鑄造方法，采用的砂型鑄造模具包括下模、下砂箱、上模、中砂箱、上砂箱、橫澆道、直澆道、直澆口、內(nèi)澆道、定位銷套、定位銷，葉輪型腔，采用上述砂型鑄造模具進(jìn)行鑄造，造型并放好泥芯后，澆注時(shí)，鐵水從直澆道7垂直流入，經(jīng)過橫向的橫澆道和上模上垂直的直澆口，然后從兩邊橫向分開的內(nèi)澆道分別流入兩個(gè)型腔。由于相比以前增加了直澆道和橫澆道，增加鐵水流入的路徑后，能減緩鐵水流入的速度，同時(shí)延長(zhǎng)鐵水流入的時(shí)間，這樣使葉輪型腔里的氣體能及時(shí)排出，鐵水流入氣體排氣的型腔，能有效解決鑄件打泡現(xiàn)象，并且質(zhì)量穩(wěn)定性好。

基于靜/動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)、高速圖像處理和電鏡技術(shù)等宏、細(xì)觀觀測(cè)手段，觀察壓電元件與被控結(jié)構(gòu)間的界面裂紋起裂和擴(kuò)展特征，提出反映裂紋前緣細(xì)觀損傷特征的跨尺度損傷模型，并建立相應(yīng)的起裂和擴(kuò)展準(zhǔn)則；發(fā)展研究復(fù)合材料智能結(jié)構(gòu)的界面損傷起裂、擴(kuò)展和失效分析的多場(chǎng)耦合有限元方法，通過典型復(fù)合材料智能結(jié)構(gòu)分析，討論壓電智能復(fù)合材料相物理與幾何、粘彈性界面層強(qiáng)度對(duì)界面裂紋起裂、擴(kuò)展特征和控制行為劣化的影響。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值仿真分析和小型壓電智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，建立壓電智能復(fù)合材料工程結(jié)構(gòu)的界面破壞和失效行為分析的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為大型復(fù)雜壓電智能復(fù)合材料工程結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供依據(jù)，并對(duì)該類結(jié)構(gòu)的失效防范提出意見，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。 2100433B