一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法實施方式

一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復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合鑄造方法，該鑄造方法步驟如下：

1）在轉速為22-28米/秒的離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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鑄型整體溫度為80～120℃，澆注完畢后向鑄型內加入5-10千克/平方米的LF101型保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內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，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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成分重量百分含量的一百倍；

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

4）澆注完畢后進行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進行淬火和回火熱處理，熱處理后進行精加工，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合鑄造方法實施案例

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

一、實際制造過程中的外層和芯軸部位的化學成分如表1所示：

表1實施例1、實施例2和實施例3的外層和芯軸部位的化學成分表。

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

表2實施例1、實施例2和實施例3中高速鋼軋輥鑄造時的控制參數(shù)表。

• 實施例1

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

1）在轉速為23米/秒的離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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鑄型整體溫度為87℃，澆注完畢后向鑄型內加入7千克/平方米的LF101型保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1221℃時，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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）當高速鋼軋輥過渡層內表面的界面溫度冷卻到1125℃時，停轉離心機吊出軋輥鑄型進行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1365℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

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

• 實施例2

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

1）在轉速為27.5米/秒的離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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鑄型整體溫度為103℃，澆注完畢后向鑄型內加入9千克/平方米的LF101型保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1214℃時，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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）當高速鋼軋輥過渡層內表面的界面溫度冷卻到1092℃時，停轉離心機吊出軋輥鑄型進行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1346℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；

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

實施例3

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

1）在轉速為26米/秒的離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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鑄型整體溫度為112℃，澆注完畢后向鑄型內加入6.5千克/平方米的LF101型保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內表面的界面溫度冷卻到溫度T₁＝1190℃時，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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）當高速鋼軋輥過渡層內表面的界面溫度冷卻到1058℃時，停轉離心機吊出軋輥鑄型進行合箱，在靜態(tài)下澆注溫度為1357℃的芯部高溫球墨鑄鐵鐵水；4）、澆注完畢后進行保溫冷卻至室溫開箱，粗加工后進行淬火和回火熱處理，熱處理后進行精加工，即得低界面失效的高速鋼軋輥。

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

根據工藝規(guī)定的內控標準：內外層互熔層厚度≤3毫米、結合層強度≥400兆帕可知，《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法》提供的低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法鑄造出來高速鋼軋輥的內外層互熔層厚度和結合層強度都達到了工藝規(guī)定的內控標準要求，實現(xiàn)了低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造的可靠穩(wěn)定生產。

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法》通過高溫高速鋼鋼水中的化學成分和高溫球墨鑄鐵鐵水中的化學成分分別確定高溫球墨鑄鐵鐵水的澆注時機和澆注溫度，即通過對外層內表面界面溫度和過渡層球墨鑄鐵鐵水澆注溫度的精確計算和控制，實現(xiàn)定時、定溫、定量澆注，能夠顯著提高結合層的冶金結合質量和結合強度，使得鑄造的軋輥具有界面冶金結合好、結合強度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時具有一個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）在離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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加入保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內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，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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成分重量百分含量的一百倍；

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

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

2.根據權利要求1所述的低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法，其特征在于：步驟1）中離心機的轉速為22-28米/秒。

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

《一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法》涉及軋輥鑄造技術領域，具體地說是一種低界面失效的高速鋼軋輥離心復合鑄造方法，該鑄造方法鑄造的軋輥具有界面冶金結合好、結合強度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時具有一個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合鑄造方法，該鑄造方法鑄造的軋輥具有界面冶金結合好、結合強度高的特性，在棒線材和板帶材軋制時具有一個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合鑄造方法技術方案

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

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

1）在離心機上高速旋轉的軋輥鑄型內，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加入保護渣；

2）當高速鋼軋輥外層內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，向恒速旋轉的鑄型內澆注溫度為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成分重量百分含量的一百倍；

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

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

步驟1）中離心機的轉速為22-28米/秒。

步驟1）中外層高溫高速鋼鋼水澆注時鑄型整體溫度為80～120℃。

步驟1）中澆注完畢后向鑄型內加入5-10千克/平方米的保護渣。

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

截至2014年9月，離心復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合層處剝落，主要原因是結合層冶金結合差，結合強度低，在軋制過程中由于軋制力的作用容易發(fā)生結合層高周疲勞，隨著軋制進程的延長疲勞裂紋擴展和傳播，當裂紋擴展到臨界剝落的值時抵抗不了軋制力的作用引發(fā)外層大面積剝落。結合層冶金結合差，結合強度低，由兩方面的原因造成：一.內外層互熔層過薄造成弱結合，導致結合層結合強度低；二.內外層互熔層過厚造成外層高合金成分過多的滲入內層球鐵中，引發(fā)過渡內層球鐵強度指標的下降，導致結合層結合強度降低。如中國專利CN102990031.A公開了一種高硼高速鋼軋輥的離心復合鑄造方法，其特征在于當外層高硼高速鋼輥身內表面溫度為1300-1350℃時，繼續(xù)在轉速為700-750轉/分鐘的離心機上，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，其缺點在于采用了過高的輥身內表面溫度和過高的過渡層球墨鑄鐵鐵水溫度參數(shù)來實現(xiàn)離心澆注成型，易造成內外層互熔層過厚造成外層高合金成分過多的滲入內層球鐵中，引發(fā)過渡內層球鐵強度指標的下降，導致結合層結合強度低；如中國專利CN102274856.A公開了一種離心復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，當鑄層冷卻到1225-1245℃時，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，當鑄層冷卻到1220-1240℃時停止，其缺點在于不同的外層化學成分離心鑄造時，采用一個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，結合層的冶金結合質量和結合強度難以保證。

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

本發(fā)明涉及一種低比轉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、內澆道、定位銷套、定位銷，葉輪型腔，采用上述砂型鑄造模具進行鑄造，造型并放好泥芯后，澆注時，鐵水從直澆道7垂直流入，經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澆道分別流入兩個型腔。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，同時延長鐵水流入的時間，這樣使葉輪型腔里的氣體能及時排出，鐵水流入氣體排氣的型腔，能有效解決鑄件打泡現(xiàn)象，并且質量穩(wěn)定性好。

基于靜/動態(tài)實驗、高速圖像處理和電鏡技術等宏、細觀觀測手段，觀察壓電元件與被控結構間的界面裂紋起裂和擴展特征，提出反映裂紋前緣細觀損傷特征的跨尺度損傷模型，并建立相應的起裂和擴展準則；發(fā)展研究復合材料智能結構的界面損傷起裂、擴展和失效分析的多場耦合有限元方法，通過典型復合材料智能結構分析，討論壓電智能復合材料相物理與幾何、粘彈性界面層強度對界面裂紋起裂、擴展特征和控制行為劣化的影響。在此基礎上，通過數(shù)值仿真分析和小型壓電智能復合材料結構的試驗研究相結合的方法，建立壓電智能復合材料工程結構的界面破壞和失效行為分析的虛擬實驗系統(tǒng)，為大型復雜壓電智能復合材料工程結構的虛擬設計和實驗系統(tǒng)提供依據，并對該類結構的失效防范提出意見，具有重要的理論意義和工程價值。 2100433B