TWI471420B - 符合冷軋產業規定之鍛造輥及製造此輥之方法 - Google Patents

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Description

符合冷軋產業規定之鍛造輥及製造此輥之方法
本發明大體上係關於鍛造輥之領域且係關於鍛造輥之製造。更特定言之，本發明係關於符合冷軋產業之規定的鍛造輥且主要針對鍛造輥在冷軋產業中之用途。
背景
一般背景
鐵及非鐵金屬產業之冷軋的一般發展趨勢為更快、更薄且更寬之軋製。當前挑戰係在進行此的同時達成與高生產力相容的對平坦度、厚度及表面外觀之完美控制。因此，此趨勢要求使用控制關鍵軋製參數的先進之軋製技術。
可經由工作輥之鍍鉻來保證一些關鍵參數，諸如粗糙度保持及表面外觀。此實踐為有效且有效率的，但歸因於環境限制而變得越來越有問題且在不久的將來變成不可接受的。
現今，具有表面鍍鉻之鍛造工作輥(2%至6% Cr)通常用在冷軋製程中。應用此等輥之鍍鉻以在表面紋理保持方面改良耐磨性，此又將確保(例如)車身在塗漆之後的一致性及較高光澤。作為鍍鉻之硬電解沈積技術最初係為了回火/表皮輥軋機應用而開發的。在此等應用中，鍍鉻之工作輥展現出比無塗層之輥長2至8倍的壽命，主要係由於較好之粗糙度保持。此技術之實施逐漸擴展至減縮軋機。
亦存在由高速鋼(HSS)製成的意欲在無塗層之情況下使用的鍛造輥，但需要具有低殘餘內應力之輥且亦需要用於製造此輥之工業製程，該輥意欲在軋機中在無塗層之情況下使用且同時提供與有塗層之輥至少等效的粗糙度保持。
具體背景
經製造以在冷軋產業中使用之輥在使用期間必須管理加工條件或具體操作應力，而不出現裂紋或傾於爆裂。輥之爆裂可涉及操作人員之安全及軋機中之間接損壞。因此，需要一種具有低殘餘內應力之輥。
揭示朝向不具有塗層之HSS輥的發展以達成冷軋目的的先前技術之實例：
C. Gaspard、C. Vergne、D. Batazzi、T. Nylen、P.H. Bolt、S. Mul、K.M. Reuver："Implementation ofin-service key parameters of HSS work roll grade dedicated to advanced cold rolling"， IST會議，2010年5月3日至6日，Pittsburgh,Pa,USA
C. Gaspard、S. Bataille、D. Batazzi、P.Thonus："Improvement For Advanced Cold Rolling Reduction Mills By Using Semi-HSS and HSS Rolls" ，第7屆鋼軋國際會議(ISIJ)，Makuhari,Chiba,Japan，1998
P.H. Bolt、D. Batazzi、N.P. Belfiore、C. Gaspard、L. Goiset、M. Laugier、O. Lemaire、D. Matthews、T. Nylen、K. Reuver、D. Stocchi、F. Stork、J. Tensen、M. Tornicelli、R. Valle、E. van den Elzen、C. Vergne、I.M. Williams："Damage Resistance and Roughness Retention ofwork Rolls in cold Rolling Mills" ，第5屆歐洲軋鋼會議，2009年6月23至25日，London，UK
以下專利公開案中展示的先前技術之其他實例：JP09003603、JP53077821、JP57047849、JP2002285284、JP2002285285、JP10317102、JP1208437、EP0395477及JP08158018，其描述用於冷軋以增強耐磨及耐裂性的工作輥。
然而，先前技術之此等片段缺乏對達成且實現此HSS輥在冷軋軋機條件中期間操作所需之參數及特性的揭示內容。
總 體目標
本發明之總體目標為提供在冷軋軋機條件中期間操作的較佳呈無塗層形式之輥及用於製造此輥之產業製程。更具體之目標為提供此輥及用於製造此輥之製程，同時保持與先前技術之有塗層輥至少等效的摩擦學特性，諸如低摩擦係數、高粗糙度保持、無鐵屑造成之灰塵污染，且此輥展現出在操作中與已知輥相比的在較高抗裂性及較高安全性方面的改良之軋機效能。
部分問題
本發明進一步尋求解決以下部分問題：
-改良給予輥較高效能之輥表面
-避免輥散裂事故
-避免非環境軋製製造方法
-改良輥之軋距或壽命，允許每軋機服役期之較長運轉。
發明概述
上文列出之問題、部分問題及態樣的解決方案為根據本發明之具有改良之抗燒裂性及低裂紋擴展的輥，該輥將減少對軋機意外事件之敏感性且同時保持較高耐磨性。
本發明提供一種用在冷軋產業中之鍛造輥及此輥之製造方法。該輥較佳為無塗層的，但亦可為有塗層的。
本發明之第一態樣係關於一種鍛造輥，其包含鋼組合物，該鋼組合物按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；且其中輥之微觀結構包含：-回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及-開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中該輥展現：-介於780 HV至840 HV之間的硬度；及-介於-300 MPa至-500 Mpa之間的內部壓縮應力。
在本發明之其他實施例中，本發明之輥包含一開放共晶碳化物網，其劃出共晶細胞之細胞狀圖案。
輥之其他變體包含以下可選、個別或可組合態樣中之任一者：一輥，其中該輥之開放共晶碳化物網包含枝晶臂。
一輥，其中該輥之開放共晶碳化物網形成為共晶碳化物網之實質上隔離之部分。
一輥，其中該輥之微觀結構至少存在於該輥之工作層中。
一輥，其按重量%計具有由以下各者組成之鋼組合物；0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，小於(<)0.01.5%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)1%之Ni小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 小於(<)2%之W，及小於(<)1%之Nb，及小於(<)1%之Ti，及小於(<)0.5%之Ta，及小於(<)0.5%之Zr，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；根據本發明之輥，其中鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.8%至0.99% C之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至0.9% C之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Mn含量按總輥重量之重量%計介於0.4%至0.5% Mn之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.2%至1.5% Si之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至1.15% Si之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.0%至11% Cr之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.3%至小於(<)8.0% Cr之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Mo含量按總輥重量之重量%計介於1.45%至1.55% Mo之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Ni含量按總輥重量之重量%計小於(<)0.3 Ni。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至2.1% V之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至1.6% V之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.8%至0.99%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.2%至1.5%之Si，及7.0%至11%之Cr，及0.6%至1.6%之Mo，及小於(<)1.0之Ni，及1.0%至2.1%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 ，及輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
根據本發明之輥，其中鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.85%至0.9%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.85%至1.15%之Si，及7.3%至小於(<)8.0%之Cr，及1.45%至1.55%之Mo，及小於(<)0.3之Ni，及1.3%至1.6%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 ，及輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
根據本發明之輥進一步經組態以用作冷軋中之工作輥。
根據本發明之輥進一步具有大於400 kg之重量。
根據本發明之輥進一步具有在215 mm至800 mm之範圍中的直徑。
本發明之另一態樣提供一種藉由包含以下步驟之製程製造的鍛造輥：
a.　提供一鋼組合物，其按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；在其他實施例中，根據本發明之組合物為上述組合物中之任一者或組合物組合。
b.製造一鑄塊，該鑄塊在凝固間隔中在該鑄塊之表面層中維持高於15℃/min之凝固速率，與輥之表面層等效；
c.　將該鑄塊鍛造成一輥；
d.　藉由感應加熱來使該輥硬化；
e.　對該輥進行回火；藉以達成該輥之一微觀結構，該微觀結構包含：-回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及-一開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中輥(1)展現：-介於780 HV至840 HV之間的硬度；及-介於-300 MPa至-500 MPa之間的內部壓縮應力。
該輥之其他變體包含關於上述之輥的化學組合物或微觀結構的以下可選、個別或可組合態樣中之任一者，且進一步包含含有下述之以下可選、個別或可組合態樣中之任一者的特徵。
根據本發明，本發明之另一態樣提供一種製造非鍛造輥之方法，該方法包含以下步驟：
a.　提供一鋼組合物，其按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之MO，大於(>)1.0%至3.0%之V，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；在其他實施例中，根據本發明之組合物為上述組合物之組合中之任一者。
b.　製造一鑄塊，該鑄塊在凝固間隔中在該鑄塊之工作層中維持高於15℃/min之凝固速率，與輥之工作層等效；
c.　將該鑄塊鍛造成一輥；
d.　藉由感應加熱來使該輥硬化；
e.在介於450℃至530℃之間的溫度下對該輥進行回火以達到介於780 HV至840 HV之間的硬度；藉以達成該輥(1)之一微觀結構，該微觀結構包含：-回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及-一開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中輥(1)展現：-介於780 HV至840 HV之間的硬度；及-介於-300 MPa至-500 Mpa之間的內部壓縮應力。
輥之其他變體包含下述之以下可選，個別或可組合態樣中之任一者。
根據本發明之一方法，其中製造該鑄塊，其在工作層以及核心中維持在以下範圍中之凝固速率：15℃/min至55℃/min，或者17℃/min至50℃/min，或者35℃/min至55℃/min，或者45℃/min至55℃/min。
根據本發明之一方法，其中製造該鑄塊，其在凝固間隔中在該鑄塊之工作層或表面中維持高於35℃/min之凝固速率。
根據本發明之一方法，其中對於該鑄塊，該凝固間隔介於1400℃至1200℃之間。
根據本發明之一方法，其中製造該鑄塊，其藉由根據凝固速率之預定函數來控制安培電流源來在電渣精煉爐(ESR)技術製程中維持預選之凝固速率。
一種方法，其中將該鑄塊鍛造成一輥之步驟包含以下步驟：
a.　將該鑄塊加熱至約850℃至1100℃或介於800℃至1000℃之間的溫度，較佳持續了約6個小時之時段；
b.　在高於約800℃或高於850℃之溫度下鍛造該鑄塊；
c.　重複步驟a-b，直至該鑄塊已形成為具有所要形狀及大小之輥為止。
一種方法在鍛造步驟之後進一步包含初步熱處理之步驟，其施加於輥坯、較佳達到約700℃至1100℃或介於800℃至900℃之間的溫度，該初步熱處理可包括氫擴散處理。
一種方法進一步包含藉由漸進感應加熱進行淺層硬化之步驟，較佳在約900℃至1150℃之溫度下。
一種方法，其中對該輥回火之步驟包含以下步驟：
d.　將該輥加熱至約450℃至530℃或介於450℃至520℃之間，較佳加熱3次，
e.　在加熱步驟之間用空氣冷卻該輥。
一種方法進一步包含加工該輥以對包含共晶碳化物之白層進行紋理化。
另外，本發明之方法之變體包含關於上述之輥的化學組合物或微觀結構的以下可選、個別或可組合態樣中之任一者，且進一步包含含有下述之以下可選、個別或可組合態樣中之任一者的特徵。
本發明之另一態樣提供一種在輥之製造中的中間產品鑄塊，該鑄塊包含一鋼組合物，該鋼組合物按重量%計包含以下各者，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；且其中自該鑄塊生成之最終輥之微觀結構包含：-回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及-一開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物。
另外，本發明之中間鑄塊之變體包含關於上述之鑄塊的化學組合物的以下可選、個別或可組合態樣中之任一者，且進一步包含含有下述之以下可選、個別或可組合態樣中之任一者的特徵。
本發明之另一態樣提供根據本發明之鍛造輥對要求高軋製負載之冷軋材料的用途。
本發明之其他實施例提供鍛造輥對高強度材料(如同AHSS鋼等級)之冷軋的用途。
根據本發明之鍛造輥對以下各者之選擇的用途：-用於馬口鐵、片材、矽鋼、不鏽鋼、鋁及銅之早期及精軋機座、可逆及不可逆機座的冷軋減縮軋機；或-冷軋回火及/或表皮輥軋機；或-具有紋理化或非紋理化表面的為2輥式(2-High)、4輥式(4-High)及6輥式(6-High)機座之軋機組態。
根據本發明之鍛造輥作為工作輥之用途。
根據本發明之輥在許多應用中可用作無塗層之輥。然而，在本發明之其他態樣及實施例中，該輥亦可具備針對任何當前或具體應用而選擇之塗層。該塗層可(例如)為鉻塗層。該輥亦可用在溫軋應用中。
將借助於例示實施例來進一步描述本發明。
前言
本發明大體上係關於鍛造輥1，其較佳具有多於400 kg之重量，或如在用於一般應用之實施例中，具有(例如)多於1000 kg之重量。根據鍛造輥製造方法來製造根據本發明之輥，該製造方法在其一般步驟中本質上為已知的但根據發明性概念來特定調適以能夠製造根據本發明之輥。
本發明主要針對具有介於400 kg與10000 kg之間的重量之輥。根據本發明之輥具有通常大於200 mm且(例如)介於215 mm至800 mm之間的直徑2，及通常介於1公尺至3公尺之間的筒8的長度，及包括頸部10的通常約6公尺之最大長度。輥1具有工作層4，工作層4對應於外層之一部分且直徑範圍通常介於20 mm與120 mm之間，此取決於具體輥之應用及/或取決於總的輥直徑2。一般地，輥之直徑2的外1/6部分6被稱作輥1之工作層4，見圖1。在正文中，鑄塊34之直徑2之外1/6部分6亦被稱作鑄塊34之工作層4。
在製造大鍛造輥中歸因於在形成此等大件輥時所涉及到之內應力而涉及到特殊之問題及挑戰。具有較小直徑之輥將不需要相同之處理，因為內部應用較低且彼等輥不傾於(例如)在硬化期間爆裂。根據本發明之輥製造方法12對於製造根據本發明之此大小的輥1而言為至關緊要的。經改良機械特性(諸如，本發明之輥的低殘餘內應力)由輥製造方法12產生。為達成所得輥的低位準之殘餘內應力，在貫穿鑄造、鍛造、熱處理及加工的該等製造方法之所有階段中必須最小化藉由熱梯度及同素變態誘發之內應力。根據本發明之輥1之微觀結構包含具有低於5體積%之殘餘奧氏體比率的回火馬氏體，此歸因於輥之製造方法且歸因於根據本發明之化學組合物。
根據本發明之輥製造方法包含對在圖2之流程圖中示意性展示之以下基本步驟的選擇：
14.　提供鋼組合物
16.　製造鑄塊34
18.　將該鑄塊34鍛造成輥1
20.　該輥1之初步熱處理
22.　對該輥1進行粗加工
24.　對該輥1進行感應硬化
26.　該輥1之回火熱處理
28.　對該輥1進行加工
在各別步驟之後獲得中間產品。選擇輥之具體控制參數以及化學組合物以製造根據本發明之輥。
輥製造方法
本發明係關於藉由包含以下步驟之方法製造的鍛造輥(1)：
a.　提供一鋼組合物，其按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；
b.　製造一鑄塊，其在凝固間隔中在該鑄塊之工作層中維持高於15℃/min之凝固速率；
c.　將該鑄塊鍛造成一輥；
d.　藉由感應加熱來使該輥硬化；
e.　對該輥進行回火；藉以達成該輥(1)之一微觀結構，該微觀結構包含：-回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及-一開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中輥(1)展現：-大於780 HV之硬度；及-小於-500 Mpa(絕對值)之內部壓縮應力。
其中在根據本發明之輥之微觀結構中，根據本發明之所提供之化學組合物與根據本發明之所描述之製程步驟結合使用給予根據本發明之輥所要特性。
根據本發明之製造鍛造輥之方法包含以下步驟：步驟14：提供鋼組合物。
在本發明之一實施例中，鋼組合物包含一合金，該合金包含如表1中列出的按重量%計指示之以下組份或由以下組份組成。在表1中，解釋該等組份之影響及藉由選定組份及具體間隔達成的本發明之輥的效應。
且進一步視情況地包含H2 、N2 、O2 、Al、Cu，其各自的量低於0.4重量%，且其中鋼組合物之剩餘部分實質上為Fe，除此之外亦有附帶元素及可能不可避免之雜質。
在本發明之一實施例中，鋼組合物按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，其中鋼之剩餘部分實質上為Fe，除此之外亦有附帶元素及可能不可避免之雜質。
在本發明之不同變體及實施例中，組合物包含根據以下實例之組份(重量%)之組合或選擇或由該組合或選擇組成。在一些例子中，前述實施例與組份量之以下變體組合、藉由其替代或藉由其縮小。
一輥，其按重量%計具有由以下各者組成之鋼組合物：0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)1%之Ni小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 小於(<)2%之W，及小於(<)1%之Nb，及小於(<)1%之Ti，及小於(<)0.5%之Ta，及小於(<)0.5%之Zr，鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；根據本發明之輥，其中鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.8%至0.99% C之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至0.9% C之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Mn含量按總輥重量之重量%計介於0.4%至0.5% Mn之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.2%至1.5% Si之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至1.15% Si之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.0%至11% Cr之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.3%至小於(<)8.0% Cr之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Mo含量按總輥重量之重量%計介於1.45%至1.55% Mo之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之Ni含量按總輥重量之重量%計小於(<)0.3 Ni。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至2.1% V之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至1.6% V之間。
根據本發明之輥，其中鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.8%至0.99%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.2%至1.5%之Si，及7.0%至11%之Cr，及0.6%至1.6%之MO，及小於(<)1.0之Ni，及1.0%至2.1%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 ，及輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
根據本發明之輥，其中鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.85%至0.9%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.85%至1.15%之Si，及7.3%至小於(<)8.0%之Cr，及1.45%至1.55%之Mo，及小於(<)0.3之Ni，及1.3%至1.6%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30 ppm之O2 ，及小於(<)100 ppm之N2 ，及小於(<)3 ppm之H2 ，及輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
步驟16：圓柱形形狀之鑄塊34的製造16在本發明之一典型應用中，一中間產品(根據本發明之方法製造之鑄塊34)較佳具有介於450 mm與1100 mm之間的直徑32、高達6公尺之長度30，及介於400 kg至30000 kg之間的重量，見圖3。根據本發明之製造鑄塊34的方法涉及使用在鑄塊34製造期間實現快速冷卻的技術。舉例而言，可使用不同鑄塊形成技術來製造鑄塊34。合適之製造技術為能夠受控以達成並維持特定之最小凝固速率的彼等製造技術。
根據本發明之實施例，在鑄塊形成期間控制平均凝固速率使之在表面中高於15℃/min且在核心中較佳亦高於10℃/min。較佳地，維持此凝固速率，同時在可(例如)介於1400℃至1200℃之凝固間隔中控制冷卻鑄塊材料。在本發明之其他實施例中，在凝固間隔中控制平均凝固速率使之在工作層中高於35℃/min。
自實際觀點而言，通常難以在實施本發明時達成極高之凝固速率。本發明之其他實施例包含控制在工作層中以及在核心中之平均凝固速率使之在以下範圍中：15℃/min至55℃/min，或者35℃/min至55℃/min，或者45℃/min至55℃/min。
根據本發明，在本發明中用以關於凝固參數來控制方法的技術(例如)為不同類型之電渣精煉爐(ESR)，例如移動模ESR熔化或ESR包層或噴鍍成形技術等。
根據本發明，使用如上述實施例中之任一者中所描述的凝固速率及化學組合物製造之鑄塊具有以下特性：-極優良之枝晶宏觀結構。
-化學均一性。
-中間層中宏觀偏析及暗脈狀紋的缺乏。
-無小偏析。
另外，使用根據本發明之方法製造的鑄塊在軋製產品上具有以下優點：-「橘皮」效應(其由歸因於枝晶間之區域的磨損差異所致的枝晶圖案之外觀組成)之消除。
-無針孔問題。
-極明亮之表面修整。
-藉由紋理化獲得之紋理的均勻性。
-與結構之非均勻性有關的標記之缺少。
在本發明之一實施例中，根據本發明，使用電渣精煉爐(ESR)來製造鑄塊34，示意圖參見圖4。電渣精煉爐(ESR)能夠熔化約300 kg/h至1100 kg/h，且包含電極夾36、導桿38、電極40、用於冷卻水之冷卻夾套出口42、冷卻夾套入口50。在ESR中，藉由熔化電極40來形成鑄塊，且因此在鑄塊材料48中形成不同層，諸如渣池44(其位於電極附近)及熔融金屬池46。
ESR亦包含經水冷卻54之起始板52，見圖4。根據本發明，ESR技術可要求再熔化藉由習知熔化製程獲得之起始鑄塊(電極40)以形成鑄塊48。根據本發明之實施例，認真地控制使用ESR進行之再熔化以便達成平均凝固速率，例如在鑄塊之形成期間在鑄塊之工作層中且亦在核心中的高於15℃/min之平均凝固速率。
根據本發明，在ESR製程中，因此藉由電流(例如，高安培電流)加熱電極40以再熔化電極之鋼以形成鑄塊。認真地控制電極40之高安培電流以控制再熔化之速度，且此亦影響冷卻之速度且藉此影響凝固速率。凝固速率取決於根據預定函數饋入至電極的安培電流。基本上，安培電流愈高，為再熔化電極40而供應之電力愈高(參見歐姆定律)。所供應之電力愈高，渣溫愈高且凝固速率愈低。
藉由維持正確之再熔化速率及渣溫，根據本發明，可藉由在某些間隔中在冷卻鑄塊時在核心及工作層中之凝固速率來達成方向性凝固。舉例而言，在一實施例中，在自1400℃至1200℃之凝固間隔中在冷卻鑄塊時的在鑄塊之核心及工作層中平均值高於15℃/min的凝固速率。
根據本發明且由於發明性概念之鋼組合物與方法之組合，鑄塊中之共晶碳化物含量保持低於5體積%。此給予所得輥良好之易磨性。輥之易磨性為重要的，因為在最終輥之使用期間，關於冷軋製程，研磨為達成足夠粗糙之輥的重要製程。已知，高於5%的共晶碳化物之濃度給予此輥令人不滿意之易磨性。
此外，低共晶碳化物含量之另一效應為在軋機中在操作期間輥形成灰塵之趨勢較低。相反，在具有高濃度之碳化物的輥中可產生灰塵形成，此對於軋製產品以及軋機中之工作環境為負面的。
尤其重要的係在由包含高含量之Cr(例如，7%至13%)的組合物製造鑄塊時控制凝固速率。在凝固速率過慢時獲得之高偏析使高鉻鑄塊有缺陷。
在製造鑄塊時在凝固間隔期間高於15℃/min之凝固速率給予低偏析速率，導致低於5體積%之共晶碳化物含量。
藉由參考以下實例將更容易地理解本發明。
然而，此等實例意欲說明本發明之鑄塊形成步驟的實施例變體，且不被理解為限制本發明之範疇。
比較實施例
實施例1演示本發明之方法對根據本發明之輥1之微觀結構所具有的作用。實施例2為比較實例。該等實施例係在按實物大小製造輥原型期間執行的。該等實驗展示在鑄造之後鑄塊中之共晶碳化物之分佈及網形狀的重要變體，此取決於所使用之凝固速率，見下文之實施例1及2及表2。根據本發明，在鑄塊中所見之共晶碳化物之分佈及網形狀在鍛造及回火之後保留於最終輥中。
實施例1
根據本發明，此實例展示在鑄塊34之形成期間使用高於15℃/min之凝固速率時對根據本發明之輥中的微觀結構的作用。
圖5A至圖5B展示根據本發明之鑄塊1的微觀結構的實例，該鑄塊1係在將鑄塊自1400℃冷卻至1200℃時使用具有平均為50℃/min(在鑄塊之90 mm深度上)的凝固速率的方法來製造的。根據本發明之實施例鑄塊1中的共晶細胞為小的(940、942)，圖5B展示具有開放共晶網之分段網。亦參見圖8，關於在凝固期間鑄塊之不同部分中的不同凝固間隔，其展示核心82、中間半徑84、90 mm 86、50 mm 88、30 mm 90及表面92中的溫度速率。圖5B為圖5A之放大圖。亦參見表2。圖6A至圖6B展示根據本發明之鑄塊2的微觀結構的實施例，該鑄塊2係在將鑄塊自1400℃冷卻至1200℃時使用具有平均為18℃/min(在鑄塊之90 mm深度上)的凝固速率的方法來製造的。圖6展示根據本發明之實施例鑄塊2中的共晶細胞，且此等共晶細胞為小的，見(例如)截面距離1024。亦參見圖9，關於在凝固80期間鑄塊之不同部分中的不同凝固間隔，其展示核心100、中間半徑102、90 mm 104、50 mm 106、30 mm 108及表面110中的溫度速率。圖6B為圖6A之放大圖。亦參見表2。
結論
根據本發明之方法確保在鑄塊之中間半徑中偏析的缺少。在中間半徑(或圓柱形輥之直徑的內部之5/6)中偏析之缺少保證在硬化製程期間輥之完整性。因此，在工作層中高於15℃/min之凝固速率產生較小之微觀結構，如上文所解釋，該微觀結構在研磨及灰塵污染方面更好，見圖5A至圖5B及圖6A至圖6B。
實施例2
此實施例展示在測試1鑄塊之形成期間使用低於15℃/min之凝固速率的效應。
圖7A至圖7C展示測試1鑄塊之微觀結構的實施例，該鑄塊係在自1400℃至1200℃之凝固間隔中冷卻鑄塊時使用具有低於15(實際上甚至低於10)℃/min之凝固速率的方法來製造的。圖7A至圖7C之比較測試1鑄塊的細胞700之大小較大，見(例如)截面708，根據本發明，細胞700具有大於(例如)實施例1中之鑄塊1中的最大截面的截面長度708。測試1鑄塊亦展示收縮孔隙率704。粗聚結共晶網702亦在圖7A至圖7C中可見。亦參見表2。圖7B至圖7C為圖7A之放大圖。
結論
在凝固間隔內低於15℃/min之凝固速率給予碳化物及粗碳化物網702之高偏析、測試1鑄塊結構之中間半徑，亦及孔隙率704，見圖7A至圖7C。碳化物及粗碳化物網之高偏析製造白坯輥或藉由根據測試1脆性之鑄塊製造的成品輥，且因此傾於在感應硬化(白坯輥)中或在冷軋軋機(成品輥)中爆裂。
如根據本發明，實施例2亦展示低於15℃/min之凝固速率亦使共晶細胞結構之大小與在使用高於15℃/min之凝固速率製造鑄塊時相比為較大且較粗糙。在製造鑄塊時在凝固間隔期間高於15℃/min之凝固速率給予低偏析速率，導致低於5體積%之共晶碳化物含量。
表2展示在鑄塊之90 mm深度上在將鑄塊自1400℃冷卻至1200℃時藉由不同平均凝固速率(*)進行的鑄塊測試的實驗資料。
比較實施例
實施例3演示(例如)本發明之方法及鑄塊之化學組合物對鑄塊之微觀結構且因此亦對本發明之輥的作用。實施例4為比較實例。實施例3及4展示藉由用受控凝固器件及受控冷卻速度在實驗室中進行之實驗製造的鑄塊之微觀結構。
鑄塊中之共晶碳化物網之形狀取決於所使用之化學組合物而受影響，亦參見表3。
實施例3
此實施例展示根據本發明之方法藉由用受控凝固器件及在凝固間隔中高於15℃/min之受控冷卻速度在實驗室中進行之實驗來製造的鑄塊1微觀結構。當根據本發明使用包含1.4%之Mo的化學組合物時，在鑄塊結構中達成開放共晶碳化物系統750，參見圖10A至圖10B。亦參見表3。如根據本發明之輥1中所見，此開放共晶碳化物系統750被表徵為枝晶圖案，且共晶碳化物結構752不形成封閉共晶碳化物網(如在比較實施例4中，測試2)，而是形成網中之枝晶臂，參見圖10A至圖10B，其展示根據本發明之方法製造的具有1.4% Mo之鑄塊的微觀結構的圖片。根據本發明，此開放共晶碳化物系統使得輥與使用高於1.6%之Mo量製造的輥相比更易於研磨。
實施例4
使用本發明之方法及一組合物來製造測試2鑄塊，在該組合物中，主要組份係根據上述實施例但差別係化學組合物在Mo量方面不同於本發明。此測試2鑄塊係根據本發明之方法藉由用受控凝固器件及在凝固間隔中高於15℃/min之受控冷卻速度在實驗室中進行之實驗來製造的。在測試2中，Mo量為2.77%，亦參見表3。在製造鑄塊的本發明之方法中使用包含2.77% Mo之化學組合物製造在封閉共晶碳化物之細胞中塑形之鑄塊的共晶碳化物系統，參見圖11A至圖11B，且共晶碳化物852形成實質上隔離之部分850，如同展示測試2之微觀結構的圖11A至圖11B之島狀物或偏析細胞結構。圖11A至圖11B中之白色區域表示基質；主要為鐵，黑色為二次碳化物。
測試2中合金元素之過度添加導致粗碳化物網之形成，此與碳化物之偏析有關聯。亦參見表3。
表3展示在將鑄塊自1400℃冷卻至1200℃時藉由不同平均凝固速率(*)進行的鑄塊測試的實驗資料。不同於Mo之組份係在如上文所描述之間隔內。
步驟18：將該鑄塊34鍛造成輥1
在本發明之典型應用中，接著鍛造根據本發明之前述步驟製造的鑄塊34。在本發明之一實施例中，使用本質上已知之方法來熱壓鍛造鑄塊34，用於藉由將鑄塊壓在錘子與鐵砧之間來同時減少橫截面積及改變形狀，從而將鑄塊成形為根據本發明之輥1。在專用爐中加熱鑄塊，參見圖12以獲得鍛造步驟之示意圖。
根據本發明之鍛造步驟18包括以下步驟，參見圖12；預先加熱56鑄塊34持續約6個小時至介於800℃至1200℃之間或介於850℃至1100℃之間的溫度。預先加熱步驟56涉及加熱鑄塊34，自鑄塊之表面直通至核心。調整鍛造期間之溫度使之在間隔800℃至1200℃內或介於850℃至1100℃之間，此係因為高於1200℃之較高溫度導致鑄塊結構歸因於輥之燃燒而出現缺陷。將鑄塊之溫度保持在所指示之溫度間隔下的原因係低於800℃之溫度導致鑄塊之裂紋形成。隨著鑄塊34冷卻，其變得更強且較不具延性，若變形繼續此便可誘發裂化。
在鑄塊1之預先加熱(步驟56)之後，使用1.35至2.0之鍛造率來鍛造鑄塊1(步驟60)。重複鍛造步驟60及預先加熱步驟56，此鍛造循環通常被稱作加熱58。在需要時重複加熱58多次以形成根據本發明之輥，參見圖12。
在一實施例中，使用3至6次加熱58來鍛造根據本發明之輥1以將鑄塊鍛造成輥坯。輥坯為以下一種輥，其具有輥之形狀但仍具有缺少最終處理以變成可在軋機中使用之輥的筒。
在另一實施例中，在幾次加熱58中鍛造鑄塊34，參見圖13以獲得鍛造一輥之示意圖：
a)首先，在幾次或1至2次加熱58中調整鑄塊34之橫截面積，
b)在一次加熱中製造輥之一頸部，
c)在下一次加熱中鍛造輥之另一頸部。
由於與鍛造實施例標準鋼等級相比為高之根據本發明之合金含量，鍛造根據本發明之鋼組合物更難以進行。
在鍛造期間，鑄塊34在鍛造成根據本發明之輥1時，其直徑32減少了30%至50%。舉例而言，根據本發明之輥1較佳具有介於250 mm至800 mm之間的直徑2，參見圖1，且根據本發明之鑄塊34較佳具有介於400 mm至1000 mm之間或介於450 mm至1100 mm之間的直徑32。
重要的係，鑄塊34具有在鑄塊34之製造方法期間在凝固步驟80期間形成的所要共晶碳化物微觀結構。展示，有可能使用熱壓鍛造技術來鍛造具有具低於5體積%之共晶碳化物量的根據本發明之共晶碳化物微觀結構的鑄塊34。使用藉由另一方法(例如，用低於15℃/min之凝固速率)形成之鑄塊製造此等大型輥以導致在感應硬化期間或在軋機中爆裂。
步驟20：該輥1之初步熱處理
在本發明之製造方法中，藉由初步熱處理步驟來處理該輥。在本發明之一實施例中，在爐中在根據本發明之初步熱處理20期間加熱該輥使之介於700℃至1100℃之間，且接著使該輥保持在彼溫度下持續某段時間，直至令人滿意之氫擴散已發生為止。執行初步熱處理(正常化處理及球化退火)以便改良輥之可加工性。
步驟22：該輥之粗加工22
在本發明之製造方法中，藉由粗加工步驟22來處理該輥。根據本發明之所形成輥1之粗加工22意謂著移除鍛造輥之外層。在本發明之一實施例中，在粗加工期間移除外層。該輥在受到粗加工之前被稱作黑坯。藉由移除輥之表面上的氧化層，接著將黑坯輥轉化成白坯。
步驟24：該輥1之感應硬化
在本發明之製造方法中，藉由感應硬化來處理該輥。在該輥之感應硬化期間，形成輥之硬表面。參見圖14以獲得感應硬化步驟之示意圖。
在本發明之一實施例中，向下緩慢地移動該輥，同時在感應硬化步驟期間經由感應器配置70將介於50 Hz至1000 Hz之間的電流或電壓頻率施加至該輥。在加熱步驟之後使用水冷卻72來冷卻輥1，參見圖14。所形成之硬表面亦被稱作輥之工作層4且為輥1之總直徑2的約1/6(參見圖1，數字6)。在輥筒表面溫度降低時經由包含引向滅火槽中之電線圈的一系列感應器來快速地加熱輥筒表面。感應硬化之快速熱滲透及使用水即刻滅火產生輥之表面的均一硬度之經界定層。輥之頸部及核心在整個方法中均維持在低溫下。在感應硬化期間，將通常介於50 Hz至1000 Hz之間的頻率施加於輥1之表面，且選自彼間隔之下半部的頻率給予輥1較深之工作層4。影響所形成工作層之深度的其他因素為感應器70之間的間隙(若使用幾個感應器)。感應器70與輥1之間的間隙或距離亦影響所形成工作層4之深度。根據本發明，感應硬化步驟24可為單一頻率、雙頻率或更多頻率。
根據本發明之輥使用習知硬化技術來爆裂，且感應硬化為根據本發明之輥的硬化的最合適技術。藉由冷水之高流動性來執行在感應硬化24期間輥1之冷卻。
在本發明之一實施例中，藉由雙重感應硬化來進行感應硬化34，且在感應硬化24之後的輥1之冷卻係藉由水之高流動性來進行，水具有40℃之溫度且以約300 m3 /h之流率輸送，且該輥以0.3 mm/s至1 mm/s之速度向下移動。在一實施例中，感應硬化步驟24採用0.5至2小時之間。
步驟26：該輥之回火
在本發明之製造方法中，對輥1回火。回火步驟之目的係為了減少輥之脆性及調整硬度位準。回火步驟26為輥之形成期間的至關緊要之步驟，因為其減小內應力。在回火步驟期間，輥藉由碳化物之擴散及二次沈澱來達成其最終微觀結構。在回火加熱步驟之間應用空氣冷卻。輥較佳在450℃至530℃下回火3次。回火步驟使輥獲得高於780HV或介於780HV至840HV之間的所需硬度位準。在回火製程期間對時間及溫度之精確控制為關鍵的以達成具有完全平衡之微觀結構(例如，回火馬氏體)之金屬，使得根據本發明之方法製造的輥在回火之後包含具有低於5體積%之殘餘奧氏體比率的回火馬氏體。
步驟28：該輥之加工
在本發明之製造方法中，該輥在用在軋機中之前較佳藉由加工步驟28來處理。舉例而言，在軋機處，藉由研磨及其他表面處理來執行該輥之特殊應用表面處理以在輥之表面上獲得所要粗糙度及相關摩擦力。輥之表面處理之實例為(例如)：雷射束紋理化(LBT)、電子束紋理化(EBT)或放電紋理化(EDT)。
在一實施例中，藉由研磨及放電紋理化(EDT)表面處理來處理該輥。圖15A至圖15B展示在放電紋理化之後包含低鉻化合物之輥的表面的微觀結構。圖15C至圖15D展示在放電紋理化之後的根據本發明之輥的表面之微觀結構。在圖15D中在白層之下，存在再奧氏體化層及更薄之軟化區，因為此等級具有高回火溫度。亦請注意，在圖15D 中之白層內，共晶碳化物302未曾受電弧能影響。為進行比較，此等種類之碳化物不存在於圖15A至圖15B中所描述之輥中。根據本發明之輥歸因於白層中存在硬共晶碳化物而具有比標準等級輥(見圖15A至圖15B)更好之特性及效能。
圖18展示圖15D之更示意性之圖，表示根據本發明之輥表面的微觀結構，其中新形成之共晶碳化物302(歸因於再熔化而形成)存在於白層304內。先前形成之共晶碳化物300亦展示於圖18中。圖18中之輥表面說明在根據本發明之放電紋理化之後表面看起來如何。比例尺306表示5μ m。
藉由上述方法製造的根據本發明之輥1
根據本發明之一典型輥具有介於215mm與800mm之間或介於250mm至700mm之間的直徑，包括頸部之總長度至多6公尺，其中筒長度介於1公尺至3公尺之間。輥之典型重量介於400kg至10000kg之間。根據本發明之一實施例之輥的微觀結構之特徵在於包含具有低於5體積%之殘餘奧氏體比率的回火馬氏體，且其中該輥包含小於5體積%共晶碳化物之開放共晶碳化物網；且輥(1)展現介於780HV至840HV之間的硬度；及介於-300MPa至-500MPa之間的內部壓縮應力。根據本發明之化學組合物，該輥之此等特性係歸因於本發明之輥製造方法且亦歸因於輥之化學組合物。
根據本發明之輥意欲用在冷帶材軋機中，該軋機需要 耐受高壓之輥。根據本發明之輥意欲在冷帶材軋機中用作工作輥，且在軋製方法中在任何機座中為合適的，且在2Hi至6Hi軋機中為合適的，且在表面上可具有0.3μm至0.5μm之粗糙度，在精軋機座中要求1.5μm至2.5μm之粗糙度，此粗糙度為初始機座中所要求的。
藉由參考以下實例將更容易地理解本發明。然而，此等實例意欲說明本發明之輥特性，且不被理解為限制本發明之範疇。在表4中，將不同輥與根據本發明之輥進行比較。所有輥包含量介於0.2重量%至0.5重量%之Mn。
本發明之兩個實例
在表4中的根據本發明之輥1係使用根據本發明之方法、使用在凝固間隔期間在工作層中高於15℃/min之凝固速率且亦使用感應加熱、使用50Hz至250Hz之頻率及在450℃至530℃下回火3次來製造的。
在表4中的根據本發明之輥2係使用根據本發明之方法、使用在凝固間隔期間在工作層中18℃/min之凝固速率且亦使用感應加熱、使用50Hz至250Hz之頻率及回火3次來製造的；首先係在490℃下、接著在490℃下且最後-次回火係在480℃下。圖19展示在距輥2之表面4mm深度上取樣的在回火及感應硬化之後的輥的微觀結構。具有輥之開放共晶網及共晶碳化物1032之微觀結構1034亦展示於圖19中。
表4中之輥的Mn含量皆在範圍0.4至0.5內，表4中之輥的Si含量皆在範圍0.2至2.0內，Ni總是低於1%。
輥之應用
輥適合之應用為：
鋁產業：
-單機座4Hi不可逆軋機
鋼產業；
-4Hi單機座可逆
-在連續及不連續方法中用於片材之4Hi多站串聯式4及5機座
-用於馬口鐵的4Hi多站串聯式4及5機座
-用於片材之6Hi多站串聯式軋機
輥用途
根據本發明之鍛造輥適合於用作(例如)冷軋軋機或(例如)以下各者中之工作輥或中間輥；
-用於馬口鐵、片材、矽鋼、鋁或銅之早期及精軋機座、可逆及不可逆機座的冷軋減縮軋機。
-冷軋回火及/或表皮輥軋機；
-具有紋理化或非紋理化表面的為2輥式(2-High)、4輥式(4-High)及6輥式(6-High)機座之軋機組態。
-AHSS鋼等級之冷軋。
輥表面
表面紋理
已知輥之一個問題為表面紋理在輥之使用期間被磨損。表面紋理為重要的，係因為其確保摩擦係數以避免帶材滑動及/或脫軌。此外，其確定給予對軋製帶材之深拉及塗漆至關緊要之淺層特性的帶材表面紋理。根據本發明之輥展現歸因於輥之白層而保持輥之表面紋理的增加之能力且其中白層包含硬共晶碳化物，為M7 C3 。在工作層中；在最終熱處理之後的本發明之輥的微觀結構由具有低於5體積%之殘餘奧氏體比率的回火馬氏體及細微地且均勻地分散至基質中的碳化物(為MC及M2 C(M=金屬，C=碳))組成。已展示此類型之微觀結構對於保持輥之表面紋理為重要的。
粗糙度轉移
輥表面之粗糙度轉移在輥之使用期間改變。根據本發明之輥展現在軋製期間使粗糙度轉移保持恆定的增加之能力，此對於輥之壽命而言為重要的。此歸因於特別主張之組合物且亦歸因於當製造輥時所使用之製造方法。
軋機中之自由排程軋製
在輥之使用期間之一問題為輥表面上積累之塵土在帶材上留下軌跡線。在工作層中，根據本發明之輥歸因於以下事實而具有堅固表面：本發明之輥的微觀結構包含具有低於5體積%之殘餘奧氏體比率的回火馬氏體及細微地且均勻地分散至基質中的碳化物(為MC及M2 C)，其中M指金屬且C指碳。此特殊微觀結構增加自由排程軋製之可能性。
剝落
已知輥之另一問題為輥內部之裂紋擴展係藉由累積應力控制、藉由輥之軋製操作及殘餘內應力之場誘發。使用中之輥受到一組複合應力。根據本發明之輥顯示低位準之殘餘內應力且因此顯示更佳之抗剝落性，且此使軋機意外事件率變低。
與具有與本發明之輥相同之合金組合物但使用另一種製造方法製造的輥相比，本發明之輥的機械強度較佳。根據本發明之輥的機械強度係歸因於輥之工作層中形成之開放共晶網。此開放共晶網係在輥製造方法中在冷卻步驟期間形成的。當製造鑄塊時在冷卻步驟期間高於15℃/min之凝固速率對於存在於根據本發明之輥中的開放網的形成為至關緊要的。
此外，在輥之製造期間在硬化之後在高溫(例如，介於450℃至530℃之間)下的各種回火處理之累積誘發輥之內應力的重要鬆弛。藉由使用外部層之差溫加熱來最小化內應力。根據本發明之輥的硬度穿透深度可控制在自輥表面且向內量測的20 mm與120 mm(直徑)之間。本發明之輥的內部壓縮應力較佳介於-300 MPa至-500 Mpa(絕對值)之間或(例如)低於-400 Mpa。
輥微觀結構
圖17A展示根據本發明之例示輥微觀結構的示意圖。在圖17A中看到枝晶臂210，包含藉由形成開放碳化物網形成共晶細胞結構204的共晶碳化物。包含形成共晶細胞204之枝晶臂210(其在圖17A中可見)的開放共晶網係歸因於根據本發明之具體化學組合物而在方法中形成。比例尺208表示100 μm。
在本發明之一實施例中，本發明之輥的微觀結構包含僅遍佈細胞結構之一個顆粒或兩個顆粒上的開放共晶網。
比較起來，圖17B展示封閉共晶網，其中共晶碳化物200形成具有明顯分離之共晶細胞212的封閉共晶網。此類型之網在根據本發明之輥中為非所要的，此歸因於在輥包含此類型之微觀結構時輥所具有之脆性。比例尺214表示100 μm。
已借助於在所附申請專利範圍之範疇內的不同實施例來解釋本發明。
1‧‧‧鍛造輥
2‧‧‧輥直徑
4‧‧‧工作層
6‧‧‧輥直徑之外1/6部分
8‧‧‧筒
10‧‧‧頸部
12‧‧‧輥製造方法
14‧‧‧鋼組合物步驟之提供
16‧‧‧鑄塊步驟之製造
18‧‧‧將鑄塊鍛造成輥步驟
20‧‧‧輥步驟之初步熱處理
22‧‧‧粗加工步驟
24‧‧‧感應硬化步驟
26‧‧‧回火熱處理
28‧‧‧加工步驟
30‧‧‧鑄塊長度
32‧‧‧直徑
34‧‧‧鑄塊
36‧‧‧電極夾
38‧‧‧導桿
40‧‧‧電極
42‧‧‧冷卻夾套出口
44‧‧‧渣池
46‧‧‧熔融金屬池
50‧‧‧冷卻夾套入口
52‧‧‧起始板
54‧‧‧水冷卻
56‧‧‧預先加熱步驟
58‧‧‧加熱
60‧‧‧鍛造步驟
70‧‧‧感應器配置
72‧‧‧水冷卻
80‧‧‧凝固步驟
82‧‧‧核心中溫度速率
84‧‧‧中間半徑中溫度速率
86‧‧‧90mm中溫度速率
88‧‧‧50mm中溫度速率
90‧‧‧30mm中溫度速率
92‧‧‧表面上溫度速率
100‧‧‧核心中溫度速率
102‧‧‧中間半徑中溫度速率
104‧‧‧90mm中溫度速率
106‧‧‧50mm中溫度速率
108‧‧‧30mm中溫度速率
110‧‧‧表面溫度速率
200‧‧‧共晶碳化物
204‧‧‧共晶細胞結構
206‧‧‧截面
208‧‧‧比例尺100μm
210‧‧‧枝晶臂
212‧‧‧分離之共晶細胞
214‧‧‧比例尺100μm
300‧‧‧先前形成之共晶碳化物
302‧‧‧新形成共晶碳化物
304‧‧‧白層
306‧‧‧比例尺5μm
502‧‧‧有害缺陷
700‧‧‧細胞
702‧‧‧粗聚結共晶網
704‧‧‧收縮孔隙率
708‧‧‧截面
750‧‧‧開放共晶碳化物系統
752‧‧‧共晶碳化物結構
850‧‧‧實質上隔離之部分
852‧‧‧共晶碳化物
940‧‧‧共晶細胞
942‧‧‧共晶細胞
1020‧‧‧共晶細胞
1022‧‧‧共晶細胞
1024‧‧‧截面距離
1032‧‧‧共晶碳化物
1034‧‧‧微觀結構
圖1展示根據本發明之輥之示意圖片。
圖2展示根據本發明之輥製造方法之示意圖。
圖3展示根據本發明之鑄塊之示意圖片。
圖4展示根據本發明之鑄塊之製造方法。
圖5A至圖5B展示使用根據本發明之製造方法製造之輥等級的鑄造微觀結構。該輥等級以輥等級之工作層之截面圖來展示。
圖6A至圖6B展示使用根據本發明之製造方法製造之輥等級的鑄造微觀結構。該輥等級以輥等級之工作層之截面圖來展示。
圖7展示使用根據本發明之製造方法製造之輥等級的鑄造微觀結構，但在使用過低凝固速率時出現偏差。該輥等級以輥等級之工作層之截面圖來展示。
圖8展示根據本發明之輥製造方法之凝固速率的第一組實例。
圖9展示根據本發明之輥製造方法之凝固速率的第二組實例。
圖10A至圖10B展示在使用根據本發明之製造方法時在實驗室條件下製造之鑄塊的鑄造微觀結構。
圖11A至圖11B展示在使用根據本發明之製造方法時在實驗室條件下製造之鑄塊的鑄造微觀結構但在使用過高Mo含量時出現偏差。
圖12展示根據本發明之鍛造之示意圖。
圖13展示藉由將鑄塊鍛造成根據本發明之輥來形成鑄塊之步驟的示意圖。
圖14展示根據本發明之輥的具有不同頻率之漸進感應硬化之示意圖。
圖15A至圖15B展示在表面紋理化(EDT紋理化)之後的根據標準等級之輥的表面之微觀結構。
圖15C至圖15D展示在表面紋理化(EDT紋理化)之後的根據本發明之輥的表面之微觀結構。
圖16A至圖16D展示在具有低鉻含量及高鉬含量之輥的製造期間所產生之輥上的有害缺陷。
圖17A展示具有開放共晶網的根據本發明之微觀結構的實施例。
圖17B展示具有封閉共晶網之微觀結構的實例，其中共晶碳化物200形成具有明顯分離之共晶細胞212之封閉共晶網。
圖18展示表示在放電紋理化之後的根據本發明之輥表面之微觀結構的實例。
圖19展示在輥之回火及感應硬化之後的輥表面上之4mm深度之輥微觀結構。
1．．．鍛造輥
2．．．直徑
4．．．工作層
6．．．輥直徑之外1/6部分
8．．．筒
10．．．頸部

Claims (47)

  1. 一種鍛造輥(1)，其包含鋼組合物，該鋼組合物按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，該鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；且其中該輥(1)之微觀結構包含：回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中該輥(1)展現：介於780HV至840HV之間的硬度；及介於-300MPa至-500MPa之間的內部壓縮應力。
  2. 如申請專利範圍第1項之輥，其中該開放共晶碳化物網劃出共晶細胞之細胞狀圖案。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該開放共晶碳化物網包含枝晶臂。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該微觀結構至 少存在於該輥之工作層中。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其具有鋼組合物，該鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)1%之Ni，小於(<)30ppm之O2 ，及小於(<)100ppm之N2 ，及小於(<)3ppm之H2 ，小於(<)2%之W，及小於(<)1%之Nb，及小於(<)1%之Ti，及小於(<)0.5%之Ta，及小於(<)0.5%之Zr，該鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.8%至0.99% C之間。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之C含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至0.9% C之間。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Mn含量按總輥重量之重量%計介於0.4%至0.5% Mn之間。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.2%至1.5% Si之間。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Si含量按總輥重量之重量%計介於0.85%至1.15% Si之間。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.0%至11% Cr之間。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Cr含量按總輥重量之重量%計介於7.3%至小於(<)8.0% Cr之間。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Mo含量按總輥重量之重量%計介於1.45%至1.55% Mo之間。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之Ni含量按總輥重量之重量%計小於(<)0.3 Ni。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至2.1% V之間。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物中之V含量按總輥重量之重量%計介於1.3%至1.6% V之間。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.8%至0.99%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.2%至1.5%之Si，及7.0%至11%之Cr，及0.6%至1.6%之Mo，及小於(<)1.0之Ni，及1.0%至2.1%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30ppm之O2 ，及小於(<)100ppm之N2 ，及小於(<)3ppm之H2 ，及該輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該鋼組合物按重量%計由以下各者組成：0.85%至0.9%之C，及0.4%至0.5%之Mn，及0.85%至1.15%之Si，及 7.3%至小於(<)8.0%之Cr，及1.45%至1.55%之Mo，及小於(<)0.3之Ni，及1.3%至1.6%之V，及小於(<)0.015%之P，及小於(<)0.015%之S，及小於(<)30ppm之O2 ，及小於(<)100ppm之N2 ，及小於(<)3ppm之H2 ，及該輥之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其進一步經組態以用作冷軋中之工作輥。
  20. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其進一步具有大於400kg之重量。
  21. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其進一步具有在215mm至800mm之範圍中的直徑。
  22. 一種用於製造非鍛造輥之方法，該方法包含以下步驟：a.提供鋼組合物，其按重量%計包含，0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr， 0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，該鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；b.製造鑄塊，其在凝固間隔中在該鑄塊之該工作層中維持高於15℃/min之凝固速率；c.將該鑄塊鍛造成一輥；d.藉由感應加熱來使該輥硬化；e.在介於450℃至530℃之間的溫度下對該輥進行回火以達到介於780HV至840HV之間的硬度；藉以達成該輥(1)之微觀結構，該微觀結構包含：回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物；且其中該輥(1)展現：介於780HV至840HV之間的硬度；及介於-300MPa至-500MPa之間的內部壓縮應力。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中製造該鑄塊，該鑄塊在該工作層以及核心中維持在以下範圍中之凝固速率：15℃/min至55℃/min，或者17℃/min至50℃/min，或者35℃/min至55℃/min，或者45℃/min至55℃/min。
  24. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中製造該鑄塊，該鑄塊在該凝固間隔中在該鑄塊之該工作層中維持 高於35℃/min之凝固速率。
  25. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中對於該鑄塊，該凝固間隔介於1400℃至1200℃之間。
  26. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中製造該鑄塊，該鑄塊藉由根據該凝固速率之預定函數來控制安培電流源來在電渣精煉爐(ESR)技術製程中維持一預選之凝固速率。
  27. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中該將該鑄塊鍛造成輥的步驟包含以下步驟：a.將該鑄塊加熱至介於800℃至1200℃之間或介於850℃至1100℃之間的溫度，較佳持續約6個小時之時段；b.在高於800℃或高於850℃之一溫度下鍛造該鑄塊；c.重複步驟a-b，直至該鑄塊已形成為具有所要形狀及大小之輥為止。
  28. 如申請專利範圍第22或23項之方法，在該鍛造步驟之後，其進一步包含初步熱處理步驟，較佳加熱至介於7()0℃至1100℃之間或介於800℃至900℃之間的溫度，該初步熱處理步驟可包括氫擴散處理。
  29. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中該對該輥進行回火之步驟包含以下步驟：a.將該輥加熱至約450℃至530℃，較佳3次，b.在該加熱步驟之間用空氣冷卻該輥。
  30. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其進一步包含對該輥進行加工以對包含共晶碳化物之白層進行紋理 化。
  31. 如申請專利範圍第30項之方法，其中該白層中之該等共晶碳化物係選自M7 C3 。
  32. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中該開放共晶碳化物網劃出共晶細胞之細胞狀圖案。
  33. 一種在如申請專利範圍第1或2項之輥的製造中的中間產品鑄塊，該鑄塊包含一鋼組合物，該鋼組合物按重量%計包含：0.8%至小於(<)1%之C，0.2%至0.5%之Mn，0.2%至2.0%之Si，7.0%至13.0%之Cr，0.6%至1.6%之Mo，大於(>)1.0%至3.0%之V，該鋼之剩餘部分實質上為Fe及可能附帶及/或可能不可避免之雜質；且其中自該鑄塊生成之該最終輥之微觀結構包含：回火馬氏體，具有小於(<)5體積%之殘餘奧氏體比率；及開放共晶碳化物網，具有小於(<)5體積%之共晶碳化物。
  34. 如申請專利範圍第33項之中間產品鑄塊，其中該輥展現： 介於780HV至840HV之間的硬度；及介於-300MPa至-500MPa之間的內部壓縮應力。。
  35. 如申請專利範圍第33項之中間產品鑄塊，其中該開放共晶碳化物網劃出共晶細胞之細胞狀圖案。
  36. 一種如申請專利範圍第1或2項之輥在需要高軋製負載之冷軋材料上的用途。
  37. 一種如申請專利範圍第1或2項之輥在如AHSS鋼等級之高強度材料之冷軋上的用途。
  38. 一種如申請專利範圍第1或2項的輥在對以下各者之選擇上的用途：用於馬口鐵、片材、矽鋼、不鏽鋼、鋁及銅之早期及精軋機座、可逆及不可逆機座的冷軋減縮軋機；或冷軋回火及/或表皮輥軋機；或具有紋理化或非紋理化表面的為2輥式(2-High)、4輥式(4-High)及6輥式(6-High)機座之軋機組態。
  39. 一種如申請專利範圍第1或2項的輥作為工作輥之用途。
  40. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該輥為無塗層的。
  41. 一種如申請專利範圍第22或23項之方法製造之輥，其中該輥為無塗層的。
  42. 如申請專利範圍第22或23項之用於製造輥之方法，其中該輥為無塗層的。
  43. 一種如申請專利範圍第1或2項的輥之用途，其中 該輥為無塗層的。
  44. 如申請專利範圍第1或2項之輥，其中該輥為經可選塗層例如鉻塗層塗佈。
  45. 一種如申請專利範圍第22或23項之方法製造之輥，其中該輥為經可選塗層例如鉻塗層塗佈。
  46. 如申請專利範圍第22或23項之用於製造輥之方法，其中該輥為經可選塗層例如鉻塗層塗佈。
  47. 一種如申請專利範圍第1或2項的輥之用途，其中該輥為經可選塗層例如鉻塗層塗佈。
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JPH03122251A (ja) * 1989-06-26 1991-05-24 Hitachi Ltd 金属圧延用複合ロール及びその製造法
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