離心鑄造制熱軋用復合輥的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在耐磨耗性、抗咬合性和抗事故性優異的外層和韌性優異的軸芯部之 間介入中間層而一體化的離心鑄造制熱乳用復合輥，特別是涉及薄鋼板的帶鋼熱乳機的終 乳用工作輥所適合的離心鑄造制熱乳用復合輥。
【背景技術】
[0002] 由連續鑄造等制造的厚度數百_的加熱板坯，被具有粗乳機和終乳機的帶鋼熱 乳機乳制成數mm~數十mm厚的鋼板。終乳機通常是串列配置5~7個機架的四重式乳機。 7個機架的終乳機時，從第一機架到第三機架稱為前段機架，從第四機架至第七機架稱為后 段機架。
[0003] 用于這樣的帶鋼熱乳機的工作輥，因為與熱薄板接觸，所以由于熱量和機械性的 乳制負荷導致在外層表面產生的磨耗、粗糙、熱裂縫等的損傷發生。因此，要在磨削除去這 些損傷之后，工作輥才能再度供乳制使用。乳輥外層的表層部的損傷的磨削除去稱為"修 磨"。工作輥從初始直徑經過修磨，直到可供乳制使用的最小直徑（廢棄直徑）后，便被廢 棄。從初始直徑至廢棄直徑被稱為乳制有效直徑。在乳制有效直徑下，熱乳用輥為了防止 熱裂縫這種大的表面損傷，期望外層具有優異的耐磨耗性、抗咬合性和抗事故性。
[0004] 在修磨中，有用于除去通常的因乳制磨耗造成的表面損傷的輕度修磨，和用于除 去因乳制事故造成的表面損傷的重度修磨。特別是在后段的最終機架上，容易發生被稱為 "卡鋼（絞*9込辦）"的乳制事故，其是指折疊或斷開的乳制鋼板重疊被乳制。若這樣的事 故發生，則乳輥表面局部性地遭受強壓，鋼板咬合在輥表面，因此在高熱和高負荷下造成裂 紋，并容易進展。特別是在乳制事故中發生的裂紋大多都極深。因此，熱乳用輥不僅要求因 乳制造成的磨耗少（具有優異的耐磨耗性），還要求即使在乳制事故中也難以發生咬合（具 有優異的抗咬合性），裂紋的進展少（具有優異的抗事故性）。
[0005] 作為如此要求有優異的耐磨耗性、抗咬合性和抗事故性的帶鋼熱乳機的最終后段 機架用的工作輥，提出有一種為了使耐磨耗性提高，而在抗咬合性良好的高合金麻口細晶 鑄鐵（高合金Yb>鑄鉄：highalloygraincastiron)中添加Mo、V等的硬質碳化物形 成元素，以此合金作為外層材料的復合輥。
[0006] 例如，日本特開2005-105296號，公開有一種耐磨耗性和耐粗糙性優異的熱乳用 輥外層，其具有如下組成：以質量％計，含有C:2. 5~3. 5%、Si:1. 0~2. 5%、Mn:0. 3~ 1%、Ni:3 ~5%、Cr:1. 5 ~2. 5%、Mo:1. 0 ~4%、V:1. 4 ~3. 0%、Nb:0? 1 ~0? 5%、 B:0. 0005~0. 2%，余量由Fe和不可避免的雜質構成，并具有如下組織：至少在基體的一 部分中，含有最大長度：〇. 1~5ym的微細碳化物50000~1000000個/mm2。日本特開 2005-105296號記述，利用MC碳化物使麻口細晶鎳鑄鐵乳輥（Ni欠U> 口一;1/ )的耐磨耗 性提高時，為了防止粗糙而在基體中使二次碳化物析出，為此優選進行800~950°C的淬 火。但是，從這樣的淬火處理至冷卻的過程中，乳輥表面與內部產生溫差，在乳輥表面側附 加有壓縮殘余應力。該應力與外層的相變膨脹形成的壓縮殘余應力重疊，乳輥表面的壓縮 殘余應力變得非常高。若壓縮殘余應力如此高，則裂紋容易發生。
[0007] 另外，日本特開2004-82209號公開有一種離心鑄造制熱乳用復合輥，其外殼層的 化學成分以質量比計，C:3. 0 ~4. 0%、Si:0? 8 ~2. 5%、Mn:0? 2 ~I. 2%、Ni:3. 0 ~5. 0%、 Cr:0.5~2.5%、Mo:0? 1~3.0%、V:1. 0~5.0%，余量由Fe和不可避免的雜質構成，軸 芯部由含有C:2. 5~4.0 %的普通鑄鐵或球狀石墨鑄鐵形成，外殼層的厚度（T)與軸芯部 的半徑（R)滿足〇. 03彡T/R彡0. 5的關系。該復合輥具有抗咬合性和耐磨耗性，并且可防 止制造時的嚴重裂紋（大根割札）和使用時的剝落（爹少剝(f)。但是，作為熱處理只進行 430°C的回火處理，因此輥外層的硬度不充分，因此耐磨耗性也差。
[0008] 日本特開2002-88444號公開有一種復合輥，其由耐磨耗鑄鐵所形成的外層，和熔 敷于外層的內周面的中間層，和熔敷于中間層的內周面的軸芯部構成，所述外層的化學組 成以重量％計，由C:1. 0 ~3. 0%，Si:0? 1 ~2. 0%，Mn:0? 1 ~2. 0%，Ni:0? 1 ~4. 5%， Cr:3. 0 ~10. 0%，M〇 :0? 1 ~9. 0%，W:1. 5 ~10. 0%，V和 / 或Nb:合計 3. 0 ~10. 0%，和 余量實質上的Fe構成，所述中間層的化學組成以重量％計，由C:1. 0~2. 5%，Si:0. 2~ 3. 0%，Mn:0? 2~L5%，Ni:4. 0% 以下，Cr:4. 0% 以下，Mo:4. 0% 以下，W和 / 或V:合計 12%以下，W、V和Nb的至少一種：合計12%以下，和余量實質上的Fe構成，所述軸芯部由 片狀石墨鑄鐵、球狀石墨鑄鐵或石墨鋼構成。但是，因為外層含有非常多的Cr，達3. 0~ 10.0%，所以石墨難以晶化，抗咬合性和斷裂韌性差。另外，Cr碳化物（M7C3,M23C6等）的結 晶導致斷裂韌性低。若斷裂韌性低，則乳制事故中發生的裂紋容易進展。
[0009] 日本特開平09-170041號公開有一種離心鑄造制輥，其是使石墨鋼的中間層介于 含有石墨的外層和延性鑄鐵制軸芯之間而熔敷一體化的離心鑄造制輥，所述外層，含有C: 2. 5 ~4. 7%、Si:0? 8 ~3. 2%、Mn:0? 1 ~2. 0%、Cr:0? 4~L9%、Mo:0? 6 ~5. 0%、V: 3.0 ~10.0%、和Nb:0.6 ~7.0%，并且滿足下式（1)~（4) :2.0+0. 15V+0.IONb彡C(%)... (I)，I. 1彡Mo/Cr…（2)，Nb/V彡0? 8... (3)，和0? 2彡Nb/V…（4)，余量由Fe和不可避免的 雜質構成，所述軸芯，含有C:2. 8~3. 8%、Si:2. 0~3. 0%、Mn:0? 3~I. 0%、P:0? 10%以 下、S:0? 04%以下、Ni:0? 3~2. 0%、Cr:1. 5%以下、和Mo:1. 0%以下，余量由Fe和不可 避免的雜質構成，所述中間層，含有C:1. 0~2. 0%、Si:1. 6~2. 4%、Mn:0? 2~I. 0%、P: 0? 05% 以下、S:0? 03% 以下、Ni:0? 1 ~3. 5%、Cr:1. 5% 以下、和Mo:0? 1 ~0? 8%，余量由 Fe和不可避免的雜質構成。但是，石墨鋼的中間層的情況存在這樣的問題，因為中間層的凝 固開始溫度比外層高，所以在外層或中間層容易發生縮孔等的鑄造缺陷。
【發明內容】
[0010] 因此本發明的目的在于，提供一種耐磨耗性和抗咬合性優異，因具有高斷裂韌性 值而抗事故性優異，并且外層、中間層和軸芯部的熔敷良好，此外在外層內部貝氏體和/或 馬氏體的枝晶的斑點狀偏析少，外層組織的半徑方向均質性優異，適合帶鋼熱乳機的最終 后段用工作輥的離心鑄造制熱乳用復合輥。
[0011] 本發明的離心鑄造制熱乳用復合輥，其特征在于，由如下構成：(a)由具有以下 化學組成和組織的鑄鐵構成的外層，其化學組成為，以質量基準計，含有C:2. 5~3. 5%、 Si:1. 3 ~2. 4%、Mn:0? 2 ~1. 5%、Ni:3. 5 ~5. 0%、Cr:0? 8 ~1. 5%、Mo:2. 5 ~5. 0%、 V:1. 8~4. 0%、和Nb:0. 2~1. 5%，余量由Fe和不可避免的雜質構成，Nb/V的質量比為 0? 1~0? 7,Mo/V的質量比為0? 7~2. 5,并且滿足2. 5彡V+l. 2Nb彡5. 5的條件，其組織 為，以面積基準計，具有0.3~10%的石墨相；(b)軸芯部，其由鐵素體面積率為35%以下 的延性鑄鐵構成；（c)鑄鐵制中間層。
[0012] 優選在所述中間層內與軸芯部的邊界部附近的V和Nb的合計量，是所述外層的廢 棄直徑的V和Nb的合計量的70%以下，并且在所述中間層內與軸芯部的邊界部附近的Cr 含量，是所述外層的廢棄直徑的Cr含量的80%以上。
[0013] 所述外層也可以還含有W:0? 1~5. 0%。
[0014] 優選所述外層的化學組成，滿足下式（1)~（3)的條件：
[0015]Si彡 3. 2/ [0? 283 (C-0. 2V-0. 13Nb) +0? 62]…（1)，
[0016](C-0. 2V-0. 13Nb) + (Cr+Mo+0. 5W)彡 9. 5…（2)，和
[0017] L5 彡Mo+0. 5W彡 5. 5... (3)
[0018] 所述外層以質量基準計，也可以含有從Ti:0.003~5.0%、A1 :0.01~2.0%、Zr: 0? 01~0? 5%、B:0? 001~0? 5%和Co:0? 1~10. 0%所構成的群中選擇的至少一種。
[0019] 優選所述外層的基體具有560以上的維氏硬度。
[0020] 優選乳輥軸向中央的所述外層表面的圓周方向壓縮殘余應力以廢棄直徑計為 150 ~500MPa。
[0021] 優選所述外層的斷裂韌性值KkS18. 5MPa?m1/2以上。
[0022] 優選所述外層的基體中的Si含量為3. 2質量％以下。
[0023] 本發明的離心鑄造制復合乳輥，不僅耐磨耗性和抗咬合性優異，而且因為具有高 斷裂韌性值，所以抗事故性也優異，并且外層、中間層和軸芯部的熔敷良好。此外，外層內部 貝氏體和/或馬氏體的枝晶的斑點狀偏析少，外層組織的半徑方向均質性優異。均質性差 時，因為碳化物量少的枝晶的斑點狀偏析比周圍的組織優先磨耗，并且磨耗部分被斑點狀 地轉印到乳制材上，所以使乳制制品的品質劣化。若使用均質性優異的本發明的離心鑄造 制復合乳輥，則能夠防止這樣的乳制制品的品質的劣化。
【附圖說明】
[0024] 圖1是表示相當于基體組成的合金的Si含量與斷裂韌性值1^的關系的圖解。
[0025] 圖2是表示乳制磨耗試驗機的概略圖。
[0026] 圖3是表示摩擦熱沖擊試驗機的概略圖。
[0027] 圖4-1是概略性地表示中間層與軸芯部的邊界部鄰域的Cr、V和Nb的分布的圖 解。
[0028] 圖4-2是表示根據Cr的分布決定邊界部的方法的圖解。
[0029] 圖4-3是表示中間層與軸芯部的邊界部附近的局部放大剖面圖，表示在中間層內 與軸芯部的邊界部附近的V和Nb的合計量和Cr的含量的定義的局部放大剖面圖。
[0030] 圖5-1是表示實施例8的中間層鄰域的Cr、V和Nb的分布的圖解。
[0031 ] 圖5-2是表示實施例9的中間層鄰域的Cr、V和Nb的分布的圖解。
[0032] 圖6是表示實施例1的外層的金屬組織的顯微鏡照片。
[0033] 圖7是表示斷裂韌性值測量用試驗片的概略正視圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下詳細地說明本發明的實施方式，本發明不受其限定，在不脫離本發明的技術 的思想的范圍內也可以進行各種變更。除非特別指出，否則僅記述為" ％"時意思是"質 量％"。
[0035] [1]離心鑄造制熱乳用復合輥的構成
[0036] (A)外層
[0037] (1)組成
[0038] (i)必須組成
[0039] (a)C:2. 5 ~3. 5 質量％
[0040] C與V、Nb、Cr、Mo和W結合而生成硬質的碳化物，有助于耐磨耗性的提高。另外借 助Si和Ni等的石墨化促進元素而在組織中作為石墨晶化，因此賦予外層以抗咬合性，并且 使外層的韌性提高。C低于2. 5質量％時，不僅石墨的晶化不充分，而且硬質的碳化物的晶 化量過少，不能賦予外層以充分的耐磨耗性。此外，C低于2. 5質量％時，從奧氏體晶化到 共晶碳化物晶化的溫差大，因此奧氏體在離心力作用下移動到外周側，在外層內部的熔液 中碳容易稠化。其結果是，在碳稠化熔液中容易引發奧氏體的粗大枝晶的發生和生長。奧 氏體的枝晶相變成貝氏體和/或馬氏體，成為粗大的斑點狀偏析。
[0041]另一方面，若C高于3. 5質量％，則石墨過剩，并且其形狀也線狀，外層的強度降 低。另外碳化物的晶化量過多，外層的韌性降低，耐裂紋性降低，因此乳制帶來的裂紋變深， 乳輥損失增加。C的含量的下限優選為2. 55質量％，更優選為2. 65質量