CN101386961A

CN101386961A - 离心铸造制轧辊

Info

Publication number: CN101386961A
Application number: CNA2007101422871A
Authority: CN
Inventors: 大畑拓己
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-18

Abstract

本发明的目的在于提供一种通过在金属组织的基体中析出硬质的碳化硼从而耐磨损性极其优越的离心铸造制轧辊。本发明的离心铸造制轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：1.0～3.0％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.3～1.5％、Ni：0.1～2.0％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～8.0％、V：3.0～12.0％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，其金属组织中具有5～15面积％的粒状MC类碳化物，所述离心铸造制轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

Description

离心铸造制轧辊

技术领域

本发明涉及耐磨损性优越的离心铸造制轧辊。特别是涉及适于作为热薄板轧机的精轧列上使用的工件轧辊的离心铸造制轧辊。

背景技术

作为轧辊，使用含有各数％的Cr、Mo、W、V等合金元素的高速钢类材料。高速钢类材料，是结晶或析出作为V类碳化物的MC(M指金属)、作为Mo及W类碳化物的M₆C或M₂C等高硬度碳化物，提高Fe基体和碳化物的总和硬度，利用Mo、W抑制高温下基体硬度下降的材料。

作为这种众所周知的例子，例如，专利文献1中揭示了一种轧辊外层，其化学组成按照重量％含有C：1.0～3.0％、Si：0.1～2.0％、Mn：0.1～2.0％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～9.0％、W：1.5～10.0％、V，Nb：一种或两种之总计3.0～10.0％、B：0.01～0.50％，剩余部分实际上由Fe构成。这种B与熔液中的氧结合，显示脱氧效果。除此之外，还具有以生成的氧化物为核的凝固组织的微细化效果及基于溶入基体中的B的淬火性增大效果。

另外，在专利文献2中，揭示了一种型钢轧制用耐磨损复合轧辊，其特征在于：通过外层和抗拉强度55kg/mm²以上及伸长率1.0％以上的钢制内层进行金属接合而成，轧辊最大径位置的外层的截面积/内层的截面积为1.0～3.0，所述外层含有C：1.5～3.0重量％、Si：0.3～3.0重量％、Mn：0.3～1.5重量％、Cr：2～7重量％、Mo：5～9重量％、V：3～15重量％、W：20重量％以下、B：500ppm以下，且剩余部分实际上由Fe及杂质元素构成。这种B助长了基体中的非粒状碳化物的生成，使基体脆化。沿着非粒状碳化物产生微裂纹，以该裂纹为起点、按结晶粒单位促进脱落磨损，产生表面粗糙，因此，必须限制作为杂质的B的量。

不过，关于近年来所要求的高耐磨损性，类似于所述专利文献1及专利文献2的轧辊还存在不足以达到这种要求的问题。

专利文献1：特开平5—179391号公报

专利文献2：特开平7—75808号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过在金属组织的基体中析出硬质的碳化硼从而耐磨损性极其优越的离心铸造制轧辊。

一种离心铸造制轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：1.0～3.0％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.3～1.5％、Ni：0.1～2.0％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～8.0％、V：3.0～12.0％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，其金属组织中具有5～15面积％的粒状MC类碳化物，所述离心铸造制轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

再有，其特征在于，外层的化学成分按照质量％含有W：0.1～5.0％、Nb：0.1～10.0％、Co：0.1～5.0％。

关于本发明中各化学成分的含有范围(质量％)的限定理由进行说明。

C：1.0～3.0％

C是为了赋予耐磨损性而用以形成MC、M₄C₃、M₂C、M₆C、M₄C类等硬质碳化物所需要的元素。其量小于1.0％时，生成的碳化物的量少，从而不能赋予足够的耐磨损性。另外，还由于使初晶温度上升、妨碍铸造性，从而是不好的。另一方面，若超过3.0％，则破坏了与V的平衡，从而，破坏了VC均匀分布的组织形态，在耐表面粗糙性及强韧性方面差。

Si：0.3～3.0％

Si是作为脱氧剂所需要的元素，需要含有0.3％以上。另外，由于其可置换W、Mo等元素而含有于M₆C类碳化物中，从而，有效地实现W、Mo等高价元素的节俭。其量小于0.3％时，脱氧效果欠缺，容易发生铸造缺陷。另一方面，若超过3.0％，则韧性变差，因此是不好的。

Mn：0.3～1.5％

Mn作为脱氧剂发挥作用，并且对于将杂质S固定为MnS是有效的，需要含有0.3％以上。其量小于0.3％时，脱氧效果欠缺。另一方面，若超过1.5％，则容易产生剩余奥氏体而不能稳定地维持硬度。

Ni：0.1～2.0％

Ni对于提高淬火性是有效的，需要含有0.1％以上。若超过2.0％，则剩余奥氏体的量过剩，不能期待硬度的提高。

Cr：3.0～10.0％

Cr是为了提高淬火性及生成碳化物所需要的元素，含有3.0％以上。可是，若超过10.0％，则Cr类碳化物过多，从而是不好的。Cr类碳化物例如M₂₃C₆，与MC、M₄C₃、M₆C、M₂C相比，硬度低、耐磨损性劣化，因而不是优选的。

Mo：0.1～8.0％

Mo具有形成M₆C、M₂C等结晶碳化物的作用，并且固溶在基体中，带来淬火性的提高及回火硬度的提高，因此，含有0.1％以上。可是，若Mo量增加，则作为本发明轧辊材料中的最硬碳化物的MC的量减少，从而，不是优选的，因此，其上限定为8.0％。

V：3.0～12.0％

V是形成最有助于提高耐磨损性的MC类碳化物的元素，需要至少含有3.0％以上。另一方面，若超过12.0％，则MC类碳化物很难按照与所述C的范围的平衡而均匀地分布。

B：0.01～0.50％

B是本发明的离心铸造制轧辊中最具特征的元素。B与C结合，主要形成由B₄C构成的硬质碳化硼，飞跃性地提高轧辊的耐磨损性。另外，B是形成MC类碳化物时的核，有助于微细均匀地结晶MC类碳化物。再有，B具有溶入基体中、增大基体淬火性的效果。B小于0.01％时，不会形成碳化硼，不能实现耐磨损性的提高。若B超过0.50％，则助长基体中非粒状碳化物的生成，成为基体脆化、发生表面粗糙的原因，从而不是优选的。B的含有量优选是0.01～0.3％。

本发明的离心铸造制轧辊的基本化学成分如上所述，不过，按照轧辊的用途、使用特性等，能够选择性地添加以下各种化学成分。

W：0.1～5.0％

W与Mo同样，与C结合生成硬质的M₆C、M₂C类碳化物、且固溶在基体中、强化基体组织，因此对于提高耐磨损性是有效的，含有0.1％以上有效果。另一方面，若超过5.0％，则M₆C类碳化物增加，耐表面粗糙性劣化，因此，不是优选的。优选的W的范围是0.1％～2.0％。

Nb：0.1～10.0％

Nb与V同样，与C结合生成MC类碳化物。用离心力铸造法形成轧辊的外层材料时，Nb具有至少减轻MC类碳化物的偏析的效果。可按照离心力铸造时V的添加量，选择是否需要添加Nb。

Co：0.1～5.0％

Co是对于基体组织的强化有效的元素，含有0.1％以上效果好。另一方面，若超过5.0％，则韧性下降。

所述元素以外，除了杂质剩余部分实质上是Fe。作为杂质主要的元素为P及S。为了防止韧性的下降，优选是P的含有量为0.1％以下，S的含有量为0.1％以下。

本发明的离心铸造制轧辊，在组织的基体中结晶或析出碳化硼，由此与现有技术相比能够格外提高耐磨损性。另外，本发明的离心铸造制轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列上发挥优越的性能，有助于轧制工厂的生产率的提高。

附图说明

图1是本发明例的热处理循环的例子。

图2是实施方式中采用的轧制磨损试验机的概略图。

图中：1—轧制磨损试验机，2—试验用轧辊，3—试验用轧辊，4—加热炉，5—冷却水槽，6—卷绕机，7—张力控制器，S—轧制材料。

具体实施方式

表1所示的轧辊材料的化学成分(质量％)中，将No.1～4的本发明实施例的各供试材料和No.21及No.22的比较例的各供试材料，加热到1500～1550℃，熔化，浇注到直径90mm、高度90mm的圆柱状铸模中。冷却后，取出锭，在1000～1150℃下进行淬火，在500～600℃下进行3次回火。

图1表示热处理循环。本发明的组织中存在的碳化硼以在热处理中析出的物质为主体，一部分是在铸造中结晶形成的物质。

[表1]

从这些供试材料中选取试验片，利用图像解析装置(日本アビオニクス株式会社制SPICCA—II)，测定MC类碳化物的面积％及碳化硼的面积％。

另外，利用轧制试验机测定轧制后的磨损量及表面粗糙度。图2表示轧制试验机的概略图。图2中，轧制试验机由轧机1、对轧制材料S进行预热的加热炉4、冷却轧制材料S的冷却水槽5、轧制材料S的卷绕机6和张力控制器7构成。轧机1中装有试验用轧辊2、3。试验用轧辊采用由所述供试材料制作、外径60mm、内径40mm、宽度40mm的小型套筒轧辊。往轧制试验机上组装试验用轧辊，试验条件按照轧制材料：SUS304、压下率：25％、轧制速度：150m/min、轧制温度：900℃、轧制距离：300m/次、轧辊冷却：水冷、轧辊数：4重式，进行试验。轧制后，利用触针式表面粗糙计测定在试验用轧辊表面产生的磨损的深度及表面粗糙度。

表2表示试验结果。由表2可知，本发明的离心铸造制轧辊，获得了磨损量及表面粗糙度与比较例的轧辊材料相比格外优越的结果。即，本发明的离心铸造制轧辊，由于添加B而在基体中结晶及析出碳化硼，其结果是，提高了耐磨损性。

[表2]

与本发明例的供试材料No.1～4相比，比较例21中B的添加量为0.007％，是极微量的，没有发现B添加的效果。从而，与本发明相比，耐磨损性差。

与本发明例的供试材料No.1～4相比，比较例22磨损量大，另外，表面粗糙度也差。这是因为：B的添加量为0.625％，是过剩的，从而促进了基体中非粒状碳化物的生成，导致基体脆化。即，沿着该非粒状碳化物生成微裂纹，以该裂纹为起点、按结晶粒单位发生脱落磨损，耐磨损性变差。另外，随着脱落磨损，表面粗糙度也差。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的离心铸造制轧辊，在组织的基体中结晶或析出碳化硼，由此与现有技术相比能够格外提高耐磨损性。另外，本发明的离心铸造制轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列上发挥优越的性能，有助于轧制工厂的生产率的提高。

Claims

1.一种离心铸造制轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：1.0～3.0％、Si：0.3～3.0％、Mn：0.3～1.5％、Ni：0.1～2.0％、Cr：3.0～10.0％、Mo：0.1～8.0％、V：3.0～12.0％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，其金属组织中具有5～15面积％的粒状MC类碳化物，所述离心铸造制轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

2.根据权利要求1所述的离心铸造制轧辊，其特征在于，外层的化学成分按照质量％含有W：0.1～5.0％、Nb：0.1～10.0％、Co：0.1～5.0％。