本发明涉及一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，属于轧辊生产技术领域。
背景技术：
轧辊是冶金工业生产中不可或缺的关键部件和最主要的消耗性备件，其质量的好坏对生产成本、加工效率以及轧制件的质量具有重要的影响；轧辊在生产工作中主要承受轧制时的动静载荷、磨损和温度变化的影响，因此需要轧辊具有高强度、高韧度、高热疲劳抗力和抗粘钢性；目前国内外已经开发出多种制作轧辊的材质，常用的材质有合金球铁、贝氏体球铁、高铬铸铁、高钒铸铁、高硼合金、工具型钢等铸造或者锻造整体轧辊、以及通过装配方式生产的高合金复合轧辊。
复合轧辊由不同材质制作的轧辊辊套(即辊身外层)和辊芯(包括辊颈部分)构成。目前，复合轧辊的生产方法主要铸造法、焊接法、粉末冶金法和喷射沉积法，但是我国复合轧辊的生产最常见的还是使用离心铸造法。如中国专利：201310624270.5一种合金钢轧辊的生产方法、201110364040.0一种超强耐磨离心符合轧辊的生产方法和201410085918.0一种离心铸造的易切削高速钢轧辊制造工艺均公开了采用离心铸造法来生产轧辊的方法。离心铸造法虽然具有金属液收得率高、节约合金材料、生产效率高等特点，但是离心铸造法扔然存在难以避免的问题，例如：辊套与辊芯的复合界面处易产生夹杂、气孔和裂纹等缺陷，从而降低结合强度；离心力的作用下会时析出的碳化物产生偏析，使组织和成分不均匀；当芯轴材料是有石墨析出的灰铸铁或球铁，而轴套材料为高速钢时，会使外层与芯部结合部位石墨化恶化，加上碳化物的偏析，使结合层变脆，形成外层剥落，从而导致轧辊使用寿命低；因此，有待开发一种新的高速钢复合轧辊生产方法来进一步提高轧辊使用寿命。
技术实现要素：
为此，本发明要解决现有技术中轧辊使用寿命低的问题，从而提供一种能够生产出使用寿命高的轧辊辊套的轧辊辊套挤压振动铸造生产方法。
本发明提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，包括以下步骤：
向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注满金属液并密闭型腔；
使轧辊辊套模具连同模具内的金属液振动；
对轧辊辊套模具内凝固过程中的金属液施加竖直方向的压力；
金属液完全凝固后保持振动和压力一段时间后开模。
优选地，对铸件施加竖直方向的压力时产生的压强为10-50mpa。
优选地，轧辊辊套挤压铸造方法，轧辊辊套模具振动的频率为200-300hz，振幅为20-30μm。
优选地，金属液完全凝固后保持振动和压力的时间为10-15分钟。
优选地，所述轧辊辊套模具包括底模，侧模和固定住的柱形的辊芯模，辊芯模不随底模和侧模一起振动，所述底模底部设置有振动电机。
优选地，所述轧辊辊套模具顶部设置有支撑滑块和压块以封闭型腔，所述压块在所述支撑滑块撤除后对模具内的金属液施加竖直向下的压力。
优选地，所述支撑滑块的高度为5-20cm。
优选地，以质量百分数计，所述金属液的成分为：c:0.19-0.25，b：1.3-1.6，cr：3-4，mo：0.8-1.5，w：1-1.2，si：1.5-2，v:1.4-1.8，zr：0.02-0.05，ti：0.2-0.5，al:0.2-0.5，re：0.15-0.2，mn：0.5-1，p≤0.02，s≤0.02，余量为fe及不可避免杂质。
优选地，所述金属液在温度1480-1500℃下熔炼到成分合格。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明的轧辊辊套挤压振动铸造方法，在金属液充型及凝固过程通过振动消除凝固缺陷，促进夹杂物及气体的排出，更重要的是阻碍了大尺寸网状碳化物的形成，同时使得辊套的成分分布均匀，解决了目前高速钢轧辊网状析出物导致的抗剥落事故性差的缺陷；金属凝固时又通过向未完全或者已完全凝固的金属液加载压力，使金属熔体在纵向压力下凝固，比传统的静态凝固能进一步提高了铸锻件的致密度，解决了辊套在凝固过程中易产生缩孔和疏松等问题从而提高其硬度和耐磨性等。
(2)采用本发明的轧辊辊套挤压振动铸造方法得到的轧辊辊套的硬度可达75-90hrc，轧辊致密度较普通生产工艺提高3％以上，金属收得率提高15％以上，单根轧辊的使用寿命提高20％以上，为冶金企业节省了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的轧辊辊套挤压振动铸造装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-支撑平台；2-底模；3-侧模；4-支撑滑块；5-压块；6-辊芯模；7-型腔；8-振动电机；9-导轨。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例的一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，包括以下步骤：
s1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注满金属液并密闭型腔；
s2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并带着模具内的金属液振动；
s3：对轧辊辊套模具内凝固过程中的金属液施加竖直方向的压力；
s4：金属液完全凝固后保持振动和压力一段时间后进行开模。
上述轧辊辊套挤压振动铸造生产方法为本发明的基本发明思路，在金属液充型及凝固过程通过振动消除凝固缺陷，促进夹杂物及气体的排出，更重要的是阻碍了大尺寸网状碳化物的形成，同时使得辊套的成分分布均匀，解决了目前高速钢轧辊网状析出物导致的抗剥落事故性差的缺陷。金属凝固时又通过向未完全或者已完全凝固的金属液加载压力，使金属熔体在纵向压力下凝固，比传统的静态凝固能进一步提高了铸锻件的致密度，解决了辊套在凝固过程中易产生缩孔和疏松等问题从而提高其硬度和耐磨性等。
所述轧辊辊套挤压振动铸造生产方法的铸造装置如图1所示，包括支撑平台1，设置在所述支撑平台1上的上方开口的轧辊辊套模具，至少一个设置在所述模具底部的振动电机8，设置在所述轧辊辊套模具顶部的支撑滑块4和压块5，所述压块5能够在所述支撑滑块4撤除后对模具内的已凝固金属液形成的铸件施加压力，所述轧辊辊套模具包括底模2、侧模4和柱形的辊芯模6，所述底模2、侧模4和柱形的辊芯模6围成轧辊辊套成型的型腔。所述振动电机8位于所述底模2底部，所述辊芯模6固定在所述支撑平台1上，辊芯模6不随底模和侧模一起振动，在振动时辊芯模6外壁与铸件更容易分离，可以非常方便地进行开模，所述支撑滑块4的高度为5-20cm中的任意值，如5cm、15cm、20cm；可以很好地适应金属液凝固时产生的体积收缩。所述压块5施加于模具内的已凝固的金属液的铸坯的压强为10-50mpa中的任意值，压强值由压块5的重量除以模具横截面面积得到，如10mpa、20mpa、30mpa、40mpa、50mpa等。所述振动电机8振动的频率为200-300hz中的任意值，如200hz、250hz、300hz，振幅为20-30μm中的任意值，如20μm、25μm、30μm。所述模具的底部，即底模2，通过弹簧固定在所述支撑平台1上；可防止模具的振动传递到支撑平台1上。所述支撑平台1上还设置有导轨9，所述轧辊辊套模具设置在所述导轨9上，并能够沿所述导轨9移动；设置导轨9后，可方便地将轧辊辊套模具以及铸件移动，以方便对铸件进行进一步加工处理。
轧辊辊套模具的型腔7用于供金属液注入并形成轧辊辊套铸件，支撑滑块4和压块5设置在轧辊辊套模具顶部用于封盖型腔7，金属液注入型腔7时就可以开启位于轧辊辊套模具底部的振动电机8，振动电机8使轧辊辊套模具及内部的凝固过程中金属液振动，振动会一直持续到金属液完全凝固后的一段时间，金属液凝固后撤除支撑滑块4、压块5直接放置在铸件上，压块5的重力作用在轧辊辊套模具内的铸件上，对铸件进行挤压。因此本实施例的轧辊辊套挤压振动铸造装置，在轧辊辊套铸造过程中进行挤压和振动，能够克服离心铸造的种种缺陷，提高轧辊使用寿命。
值得说明的是，振动电机8的开启时机可以是向型腔内注入金属液之前或者同时，或者注入金属液不久之后。
实施例1
本实施例提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，包括以下步骤：
s1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注满金属液并密闭型腔；
s2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并带着模具内的金属液振动，振动的频率为200hz，振幅为20μm；
s3：对轧辊辊套模具内凝固过程中的金属液施加竖直方向的压力，对铸坯施加竖直方向的压力时产生的压强为10mpa；
s4：金属液完全凝固后保持振动和压力的时间为10分钟后进行开模。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8。
所述轧辊辊套模具顶部设置有支撑滑块4和压块5以封闭型腔，所述压块5在所述支撑滑块4撤除后对模具内的金属液施加竖直向下的压力，所述支撑滑块4的高度为5cm。
所述金属液的成分为，以质量百分数计，c:0.19，b：1.3，cr：3，mo：0.8，w：1，si：1.5，v：1.4，zr：0.02，ti：0.2，al:0.2，re：0.15，mn：0.5，p：0.008，s：0.005，余量为fe及不可避免杂质。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和金相分析，力学性能测定结果如表2，金相分析结果如表3所示。
实施例2
本实施例提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，包括以下步骤：
s1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注满金属液并密闭型腔；
s2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并带着模具内的金属液振动，振动的频率为250hz，振幅为24μm；
s3：对轧辊辊套模具内凝固过程中的金属液施加竖直方向的压力，对铸件施加竖直方向的压力时产生的压强为25mpa；
s4：金属液完全凝固后保持振动和压力的时间为12分钟后进行开模。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8。
所述轧辊辊套模具顶部设置有支撑滑块4和压块5以封闭型腔，所述压块5在所述支撑滑块4撤除后对模具内的金属液施加竖直向下的压力，所述支撑滑块4的高度为12cm。
所述金属液的成分为，以质量百分数计，c:0.23，b：1.52，cr：3.5，mo：1，w：11，si：1.56，v：1.67，zr：0.04，ti：0.32，al:0.38，re：0.18，mn：0.8，p：0.008，s：0.006，余量为fe及不可避免杂质。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和金相分析，力学性能测定结果如表2，金相分析结果如表3所示。
实施例3
本实施例提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，包括以下步骤：
s1：向竖直的轧辊辊套模具的型腔内注满金属液并密闭型腔；
s2：在注入金属液的同时或者之前使轧辊辊套模具振动，并带着模具内的金属液振动，振动的频率为300hz，振幅为30μm；
s3：对轧辊辊套模具内凝固过程中的金属液施加竖直方向的压力，对铸件施加竖直方向的压力时产生的压强为50mpa；
s4：金属液完全凝固后保持振动和压力的时间为15分钟后进行开模。
轧辊辊套模具具体的一种方式为：包括底模2，侧模3和固定住的柱形的辊芯模6，所述底模2底部设置有使所述底模2和侧模3振动的振动电机8。
所述轧辊辊套模具顶部设置有支撑滑块4和压块5以封闭型腔，所述压块5在所述支撑滑块4撤除后对模具内的金属液施加竖直向下的压力，所述支撑滑块4的高度为20cm。
所述金属液的成分为，以质量百分数计，c:0.25，b：1.6，cr：4，mo：1.5，w：1.2，si：2，v：1.8，zr：0.05，ti：0.5，al:0.5，re：0.2，mn：1，p：0.008，s：0.006，余量为fe及不可避免杂质。
对采用本实施例制备的轧辊辊套进行力学性能测定和金相分析，力学性能测定结果如表2，金相分析结果如表3所示。
对比例1
本对比例提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，与实施例2的不同之处仅在于在轧辊辊套生产过程中不进行振动。对本对比例制备得到的轧辊辊套进行力学性能测定和金相分析，力学性能测定结果如表2，金相分析结果如表3所示。
对比例2
本对比例提供一种轧辊辊套挤压振动铸造生产方法，与实施例2的不同之处仅在于在轧辊辊套生产过程中不进行挤压。对本对比例制备得到的轧辊辊套进行力学性能测定和金相分析，力学性能测定结果如表2，金相分析结果如表3所示。
表2轧辊辊套的力学性能
表3金相组织统计分析结果对比
由表2和表3对比结果，可知采用本发明轧辊辊套生产方法的有益效果显著，主要体现在轧辊性能包括硬度和机械强度方面，比不采用微幅振动和挤压有明显提升，金相组织检测证明本发明辊辊套生产方法减少了影响性能的层片状析出物，特别是网状析出物减少，尺寸变小，这样的效果足以克服目前高速钢轧辊辊套存在的使用寿命低，抗事故性差的问题。采用本发明的轧辊辊套挤压振动铸造方法得到的轧辊辊套的硬度可达75-90hrc，轧辊致密度较普通生产工艺提高3％以上，金属收得率提高15％以上，单根轧辊的使用寿命提高20％以上，为冶金企业节省了可观的生产成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。