Matière pour cylindre de laminoir.
La présente invention est relative à une matière pour cylindre en adamite afin de constituer
la couche externe d'un cylindre composite d'un laminoir, comme produit par le procédé de coulée centrifuge par exemple et utilisé dans des opérations de laminage de bande à chaud ou de laminage à coeur ou
en profondeur. De manière plus particulière, la présente invention est relative à une matière pour cylindre en adamite où 1'on obtient une bonne solution ou dispersion du réseau de cémentite, si bien que la matière en question présente une résistance améliorée à l'usure, une bonne dureté ou ténacité et une rugosité superficielle améliorée.
La matière pour cylindre en adamite appliquée à des cylindres en adamite pour le laminage à chaud contient normalement du fer, Fe, à titre de constituant principal, 1,0 à 2,8 % de carbone, C, 0,3 à 1,5 % de silicium, Si, 0,3 à 1,5 % de manganèse, Mn, 0,3 à 2,0 %
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de molybdène, Mo, la matière contenant habituellement aussi des traces d'impuretés à base de phosphore, P et de soufre, S, les proportions indiquées ci-dessus étant des pourcentages pondéraux, comme toutes les autres proportions qui suivent. Cette constitution entraîne la précipitation de cémentite, avec comme résultat que la matière possède une excellente résistance à l'usure et une bonne ténacité ou dureté et convient par conséquent parfaitement bien à la construction de cylindres de dégrossissage de première passe ou de cylindres finisseurs dans des laminoirs pour bandes à chaud, ou
de cylindres de dégrossissage, de laminage intermédiaire et finisseurs pour le laminage de barres d'acier. Cependant, dans la matière du type adamite, la quantité de carbone est supérieure à celle de la composition fer-carbone eutectique et, par conséquent, au cours
du refroidissement, au fur et à mesure que la température tombe subséquemment à la cristallisation princi-
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l'austénite est précipité sous la forme d'un réseau proeutectoïde de cémentite aux frontières ou limites des grains, une partie de cette cémentite étant précipitée sous la forme de cémentite aciculaire et
il est difficile d'obtenir l'entrée en solution de
ce réseau de cémentite dans l'austénite par un traitement thermique de diffusion subséquent. Il s'ensuit
que les forces imposées au cours de l'emploi de cylindres en adamite provoquent l'arrachement de la cémentite et l'apparition d'une rugosité superficielle, une faiblesse et une durée de service des rouleaux abrégée consécutivement à cet arrachement de la oémentite. On peut améliorer la résistance des rouleaux à l'usure en général, ainsi que les effets conduisant à une bonne ténacité et à une rugosité superficielle améliorée, lorsque le réseau de cémentite est rendu fin et est convenablement dispersé et, à cette fin, on a émis plusieurs propositions. Selon l'une de ces propositions, on réduit la quantité de carbone ajouté, afin d'empêcher la précipitation de cémentite aux limites ou frontières das grains. Cependant, ce résultat entraine une moindre formation de carbures et, par conséquent, on ne peut
pas obtenir une résistance suffisante à l'usure. On a également proposé de pallier le problème susmentionné
en refroidissant plus rapidement un cylindre d'adamite après la coulée. Cependant, étant donné que les cylindres doivent être de grandes dimensions et épais pour pouvoir servir dans un laminoir, il existe des limites à la vitesse tolérable de refroidissement et, par conséquent, aux résultats que l'on peut obtenir par mise en oeuvre de cette proposition. On a également suggéré de disperser le réseau de cémentite par la mise en oeuvre de traitements thermiques, mais étant donné la teneur en adamite des cylindres en adamite, l'obtention d'environ 1 % de dispersion de Cr du réseau de cémentite n'est pas aisée, outre le fait qu'un traitement thermique supplémentaire représente également des coûts supplémentaires lors de la production des cylindres.
Ces problèmes sont rendus plus graves encore lors de la fabrication de cylindres de laminage par
le procédé de coulée centrifuge qui, bien que généralement considéré comme étant le meilleur procédé de fabrication des cylindres, tend à entraîner une plus
forte production de cémentite que les autres procédés
de coulée. Ici encore, une certaine quantité de réseau de cémentite peut, en effet, être éliminée par un traitement thermique de diffusion subséquent, mais,
si la matière du cylindre est maintenue à une température suffisamment élevée pour provoquer l'entrée totale satisfaisante en solution de la cémentite dans l'austénit-de la matière, d'autres propriétés de la matière en sont désavantageusement affectées et, classiquement,
il a été considéré qu'en pratique, les courbes de traitement thermique idéal sont obtenues au cours de la mise en oeuvre de procédés de traitement thermique connus et qu'une amélioration des propriétés des cylindres d'adamite ne peut être que difficilement espérée.
En considération des problèmes susmentionnés, la présente invention a pour objet une matière de cylindre en adamite utilisée pour des cylindres en adamite
de laminoirs dans laquelle le réseau de cémentite est aisément dispersé, si bien que la matière présente une remarquable résistance à l'usure et une remarquable résistance aux forces susceptibles d'engendrer une rugosité superficielle. Conformément à la présente invention, selon le procédé de coulée du cylindre, la quantité de chrome ajoutée est amenée approximativement à 0,8 ou à moins de 0,8 %, en opposition à la valeur de 1 % qui est normale pour une matière en adamite et un ou plusieurs éléments formateurs de carbure, par exemple, du titane, Ti, du zirconium, Zr, du vanadium, V, du tungstène, W et du niobium Nb, sont ajoutés en une
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de préférence, à ces éléments, si bien que la précipitation d'une quantité excessive de réseau de cémentite est empêchée, la cémentite formée avec le carbone résiduel étant pratiquement totalement du Fe3C qui est aisément dispersé et la nucléation des carbures TiC, ZrC,... étant séparé de la formation de la cémentite.
Il s'ensuit que la matière du cylindre, comme un tout, possède le même type de ténacité ou dureté qu'une matière à faible teneur en carbone et, par conséquent, n'a pas tendance à devenir rugueuse en surface, une résistance satisfaisante à l'usure étant conférée à la matière en question par suite du durcissement secondaire des carbures formés avec Ti, Zr, V, W ou Nb, la quantité totale desdits éléments formateurs de carbure supplémentaires étant proportionnelle à la quantité combinée de carbone et de chrome dans les matières précitées.
La présente invention a par conséquent pour objet une matière pour cylindre de laminoir constituée principalement de fer, de carbone dans la gamme de 1,4 à 2,8 % en poids, de silicium dans la gamme de 0,4 à 1,5 % en poids, de manganèse dans la gamme de 0,4 à 1,5 % en poids, de nickel dans la gamme de 4,0 % en poids ou moins encore, de chrome dans la gamme de 0,5 % en poids ou moins encore, de molybdène dans la gamme de 2,0 %
en poids ou moins encore et d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le vanadium, le niobium, le titane, le zirconium et le tungstène, en une quantité totale dans la gamme de 0,3 à 3,0 % en poids.
Selon une autre forme de réalisation encore de la présenteinvention, une matière pour cylindre
en adamite convenant à la production de la couche externe d'un cylindre composite produit par la mise en oeuvre d'un procédé selon lequel la couche externe est formée par un procédé de coulée centrifuge et la partie formant l'âme centrale est fabriquée d'une pi�ce avec ladite couche externe au cours d'un procédé de coulée centrifuge ou d'un procédé de coulée en moule stationnaire, est constituée par du carbone dans la gamme de 1,4 à 3,0 % en poids, de silicium dans la gamme de 0,4 à
1,5 % en poids, de manganèse dans la gamme de 0,4 à
2,0 % en poids, de nickel en une quantité allant jusqu'à 4,0 % en poids, de chrome en une quantité allant jusqu'à 0,8 % en poids, de molybdène en une quantité allant jusqu'à 2,0 % en poids et d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le vanadium, le niobium, le titane, le zirconium et le tungstène, en une quantité totale dans la gamme de 0,5 à 3,5 % en poids, le reste de la matière en question étant constituée sensiblement de fer.
La présente invention sera décrite à présent plus en détail en référence aux dessins et photographies ci-annexées, où:
- les figures 1 à 6 représentent des microphotographies à un agrandissement da 60 fois, montrant la structure de la matière du cylindre de laminoir d'exemples de comparaison, la figure 1 représentant une matière de cylindre en adamite classique contenant 1 % de chrome, les figures 2 à 6 représentant respectivement une matière qui contient, en plus de la matière représentée sur la figure 1, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2,0 et 2,5 % de vanadium;
- la figure 7 représente une microphotographie, à un agrandissement de 60 fois, montrant la structure d'une matière de cylindre de laminoir conforme à la présente invention;
- la figure 8 représente un graphique montrant la relation qui existe entre la teneur en carbone de la matière du cylindre et la quantité des éléments formateurs de carbure supplémentaires que l'on doit ajouter pour obtenir une dispersion efficace de la cémentite, lorsque la teneur en chrome de la matière du cylindre est de l'ordre de 0,25 et
de 1,0% et que l'on utilise un procédé de coulée en moule immobile pour la production des rouleaux;
- les figures 9 à 17 représentent des microphotographies, à agrandissement de 65 fois, de la structure de la matière da cylindre de laminoir avec laquelle des cylindres sont produits par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge, la figure 9 représentant une matière de cylindre en adamite classique contenant 1 % de chrome, les figures 10, 11, 12 et 13 la même matière que celle représentée sur la figure 9 mais contenant en plus 0,5%, 1%, 1,5% et 2,5% de vanadium, la figure 14 représentant une matière contenant 0,25% de chrome et 0,5% de vanadium, la figure 15 représentant une matière contenant 0,5% de chrome et 0,5% de vanadium, la figure 16 représentant une matière contenant 0,
25% de chrome et 1% de vanadium et la figure 17 représentant une matière contenant 0,5% de chrome et 1% de vanadium;
- la figure 18 représente un graphique montrant la relation qui existe entre la teneur en carbone de la matière du cylindre et la quantité d'éléments formateurs de carbure supplémentaires que l'on doit ajouter pour obtenir une dispersion efficace de la cémentite lorsque la teneur en chrome de la matière du cylindre est de l'ordre de 0,25% et de 1,0 % et que les cylindres sont produits par un procédé de coulée centrifuge; et
- les figures 19 et 20 représentent des microphotographies, à un agrandissement de 65 fois, représentant respectivement la structure d'une matière de cylindre en adamite classique et d'une matière de cylindre conforme à la présente invention où la teneur en <EMI ID=4.1>
les cylindres étant produits par un procédé de coulée centrifuge.
On a produit une première série d'échantillons de cylindres en adamite 1-7 en coulant de la matière à adamite dans des blocs de type AY et en traitant ensuite à chaud les produits coulés à 980[deg.]C pendant 6 heures. Les compositions des échantillons 1-7 sont indiquées dans le tableau 1, le reste des pourcentages pondéraux, n'apparaissant pas dans le tableau, étant constitué de Fe pour chaque échantillon.
Tableau I
Composition chimique des échantillons d'essais 1-'
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L'échantillon 1 constitue un exemple représentatif d'une matière en adamite classique contenant 1% de Cr et les échantillons 2-6 sont des exemples d'une matière en adamite possédant une composition similaire à celle de l'échantillon 1 mais contenant, en outre, un élément formateur de carbure sous la forme de vanadium, la contenance en vanadium s'accroissant d'environ 0,5% dans les échantillons successifs. La structure obtenue avec les compositions des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 6
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et 7 respectivement, la cémentite apparaissant sous les formes des parties blanches des photographies. L'échantillon 1 constitue un exemple typique d'une matière de cylindre classique qui, ainsi que le fait apparaître la figure 1, comporte une dispersion très inégale de la cémentite et, par conséquent, soumise à l'apparition facile d'une rugosité superficielle dans les cylindres. A partir des figures 2 à 6 on peut déduire que lorsque la teneur en chrome est maintenue autour
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une dispersion appropriée de la cémentite varie de
1,0 à 2,5 %, comme c'est le cas des échantillons 3 à 6. Cependant, on obtient une dispersion de la cémentite meilleure encore lorsque la teneur en chrome est réduite jusqu'à 0,25% et que la quantité de vanadium s'élève
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la matière représentée sur la figure 7, le chrome est convenablement dissous dans le réseau de cémentite, constitué pratiquement entièrement de Fe3C, étant donné que la quantité de chrome est faible et que ce chrome est bien dispersé dans la matière, si bien que les risques de séparation de conglomérations de cémentite du reste de la matière et de rugosité superficielle
sont fortement réduits, tandis que la résistance à l'usure voulue est conservée à la matière par des carbures fins et convenablement dispersés de vanadium, qui se forment séparément de la cémentite.
En général, la quantité totale de titane,
de vanadium, de zirconium, de tungstène, de niobium
ou de tout autre élément formateur de carbures similaire, seul ou en combinaison, que l'on doit ajouter pour obtenir une bonne dispersion de la cémentite
dans la matière du type adamite est en relation avec
et s'accroît avec la valeur croissante de l'addition totale combinée du carbone et du chrome. Ceci est illustré par la figure 8 qui représente les valeurs qui s'appliquent lorsque l'on utilise un moule immobile pour la production des cylindres et de laquelle on peut déduire que la quantité de matière formatrice
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d'obtenir une dispersion satisfaisante de la cémentite dans la matière à cylindre en adamite, lorsque la teneur en carbone de la matière varie de 1,6 à 2,8
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On peut voir que pour toute teneur en chrome donnée,
le graphique de l'addition nécessaire du ou des éléments formateurs de carbure engendre la même courbe et que l'addition voulue s'accroît avec une teneur accrue en carbone.
On se référera à présent aux figures 9, 10,
11, 12, 13, 14, 15, 16 et 17 qui représentent des microphotographies, à un agrandissement de 65 X et qui montrent respectivement les structures obtenues dans les échantillons 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 et 16 produits par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge et possédant les compositions indiquées en pourcentages en poids dans le, tableau 2 qui suit.
Table au 2
Composition chimique des échantillons d'essais 8-16
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Les échantillons 8-16 ont été préparés par
des procédés centrifuges au cours desquels on a utilisé, dans chaque cas, 60 kg de métal fondu que l'on a versé dans un moule possédant un diamètre interne de 280 mm
et une profondeur de 220 mm et que l'on a fait tourner
à 880 tpm, chaque produit coulé étant ensuite soumis à un traitement thermique au cours duquel on l'a maintenu
à 980[deg.]C pendant 6 heures. Ces échantillons étaient constitués par une matière de cylindre en adamite comme utilisée pour la fabrication de cylindres composites
par un procédé centrifuge au cours duquel on forme d'abord une couche externe de matière à haute résistance à l'usure par une coulée centrifuge et on réalise ensuite une partie formant l'âme, venue d'une pièce avec la couche externe par coulée dans l'ouverture centrale ainsi définie, soit par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge, soit par coulée dans un moule immobile dans lequel la couche externe est mise en place, le cylindre composite précité étant utilisé comme cylindre de dégrossissage ou comme cylindre avant de finition dans un laminoir de bandes à chaud ou comme cylindres de dégrossissage, de laminage intermédiaire ou de finition dans un laminoir de bandes.
L'échantillon 8 est constitué par une matière en adamite classique contenant environ 1,0 % de chrome et pas d'éléments formateurs de carbure supplémentaires, comme noté plus haut. Les échantillons 9, 10 11 et 12 contiennent du vanadium à raison de 0,5, 1,0, 1,5 et 2,5 % respectivement, la teneur en chrome étant de l'ordre de 1,0 % et la teneur en carbone étant de l'ordre de 1,9 %. Il résulte des figures 6 et 13 que les échantillons 9-12 et, en particulier, les échantillons 10-12 assurent une bien meilleure dispersion de la cémentite.
Dans l'échantillon 13, dont la structure est représentée sur la figure 14, la teneur en carbone est maintenue à environ 1,9 %, tandis que la teneur en vanadium est réduite jusqu'à moins de 0,5 % et on constate une réduction correspondante de la teneur en
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Pour les échantillons 9-12 dans lesquels la teneur en chrome est d'environ 1,0 %, on voit qu'une addition de vanadium de l'ordre de 1,0 % est nécessaire pour obtenir une bonne dispersion de la cémentite. D'autre <EMI ID=13.1>
environ 0,25 %, comme dans l'échantillon 13, l'addition de vanadium ne doit être que d'environ 0,5 % seulement ou moins encore pour obtenir cette bonne dispersion
de la cémentite. Une addition de 0,5 % de vanadium donne également des résultats quant.à la dispersion de la cémentite lorsque la teneur en chrome est de l'ordre de
0,5%, ainsi qu'on peut le constater en regardant la struc ture de l'échantillon 14 représentée sur la figure 15.
Dans les échantillons 15 et 16, la teneur
en vanadium est d'environ 1 % dans les deux cas et la
teneur en chrome est respectivement d'environ 0,25 % et
de 0,5 % et le réseau de cémentite est aisément dispersé, étant donné qu'il est en grande partie constitué de
Fe3C, comme noté plus haut. En termes de composition globale, la quantité de carbone est bien évidemment importante et, pour une matière coulée par centrifugation,
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totale d'éléments formateurs de carbure ajoutés et la quantité totale de chrome et de carbone ajoutés, la relation générale, lorsque la matière de cylindre en adamite
est coulée par un procédé centrifuge, étant représentée
sur la figure 18 qui est similaire à la figure 8. Sur
ces figures le pourcentage de carbone se lit en abscisses, tandis que la quantité totale d'au moins un élément chois: parmi Ti, V, Zr, Nb et W se lit en ordonnées. Sur la figure 18, on voit que l'addition nécessaire d'alliages formateurs de carbone pour différentes valeurs de la teneur en carbone de la matière à cylindre, lorsque la
<EMI ID=15.1> varie en général de la même manière pour la matière
à cylindre façonnée par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge que pour la matière à cylindre façonnée
par mise en oeuvre d'un procédé de coulée immobile,
mais que les limites supérieure et inférieure de la gamme des additions d'un ou plusieurs éléments formateurs de carbure sont légèrement supérieures pour la matière obtenue par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge, ceci étant probablement dû à la tendance à la formation d'une plus forte quantité de cémentite lors de
la mise en oeuvre du procédé de coulée centrifuge.
Sur la base des résultats obtenus avec les échantillons 2-7 et 9-16 et des échantillons pour lesquels les compositions sont représentées sur les figures 8 et 18, les gammes préférées de proportions de constituants de la matière à cylindre en adamite et les raisons de ces gammes préférées sont comme suit:
C: 1,4-3,0%.
La précipitation de carbone dans la cémentite ou sous la forme d'autres carbures est un facteur important contribuant à la résistance à l'usure, la cémentite proeutectoide (réseau de cémentite) étant particulièrement importante à cet égard. Lorsque l'on met en oeuvre un procédé de coulée centrifuge et que l'on ajoute du vanadium ou des éléments formateurs de carbure analogues, au moins 1,4 % de carbone est nécessaire pour obtenir une précipitation d'une quantité effective de réseau de cémentite. D'autre part, l'addition de plus de 3,0 %
de carbone donne lieu à une production excessive de cé-mentite et, par conséquent, on obtient une dureté ou ténacité diminuée et une moindre résistance aux effets susceptibles de provoquer l'apparition d'une rugosité superficielle.
Si: 0,4 -1,5%
Au moins 0,4 % de silicium est nécessaire pour la désoxydation, mais la ténacité est abaissée
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Mn: 0,4-2,0 %
De manière similaire au silicium, du manganèse doit être incorporé en une quantité non supérieure à
0,4 % afin d'obtenir une désoxydation nécessaire. D'autre part, l'addition de 2,0 % constitue la limite supérieure étant donné qu'une plus forte addition de manganèse entraine une ténacité ou dureté diminuée de la matière.
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Le nickel est un élément nécessaire pour l'amélioration de la résistance à l'usure et de la dureté ou ténacité mais est maintenu à une valeur de 4,0 % ou moins encore, étant donné qu'une plus forte addition de nickel entraîne l'apparition d'une quantité excessive de bainite.
Cr: 0,8 % ou moins pour une matière de cylindre fabriqué par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge; 0,5 ou moins pour une matière de cylindre fabriquée dans des moules immobiles.
Le chrome contribue considérablement à augmenter la résistance à l'usure lorsqu'il est contenu dans la cémentite, qui possède alors la formule (Fe-Cr)3C.
Cependant, comme noté plus haut, il est souhaitable d'éviter la formation d'une quantité excessive de
réseau de cémentite ou-de cémentite de réseau (ces
deux termes étant utilisés de manière équivalente dans le présent mémoire et les revendications qui le terminent) qu'il est difficile de disperser par mise en oeuvre d'un traitement thermique. Si la proportion de chrome est maintenue en-dessous des valeurs susmentionnées, il n'y a pratiquement pas de précipitation du réseau de (Fe, Cr)3C et le réseau de cémentite est pratiquement entièrement
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mise en oeuvre d'un traitement thermique, une amélioration complémentaire de la résistance à l'usure étant
obtenue par les carbures formés à la suite de l'addition des éléments formateurs de carbure susmentionnés.
De même, en maintenant la quantité de chrome relative-
ment faible, l'addition nécessaire d'éléments formateurs
de carbure supplémentaires est moins élevée, ainsi que
le montrent les figures 8 et 18.
Mo: 2,0 % ou moins.
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la résistance à chaud et le caractère durcissable et empêcher une fragilité de trempe, mais des additions
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efficaces pour améliorer les qualités de la matière à
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teuse.
V, Nb, Ti, Zr, W, seuls ou en combinaison:
0,3-3,5 % dans des matières à cylindres réalisés
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dans des matières à cylindres réalisés à l'aide de moules immobiles.
L'addition de ces éléments entraîne la formation préférentielle des carbures suivants:
VC, NbC, TiC, ZrC, ou WC, résultant ainsi en une
faible teneur en carbone dans la partie principale
de l'alliage constituant la matière de cylindre et entraînant une ténacité ou dureté améliorée, comme
on l'a décrit précédemment.
La présente invention offre par conséquent l'avantage que la précipitation concentrée du réseau
de cémentite susceptible d'entraîner une rugosité superficielle des cylindres est évitée, mais que l'on obtient, bien au contraire, la résistance nécessaire pour un travail de forte puissance, par l'effet de carbures finement dispersés de vanadium ou d'un élément similaire.
Le reste de la matière du cylindre est constitué de fer et de traces d'impuretés de soufre et
de phosphore qu'il est évidemment souhaitable de maintenir à un minimum.
Les figures 19 et 20 qui sont des microphotographies à un agrandissement de 65 X, illustrent davantage encore les avantages que l'on peut obtenir par
mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 19 représente la structure d'une matière d'adamite classique préparée comme couche externe d'un cylindre réel et possédant la composition de l'échantillon A présenté dans le tableau 3 qui suit où l'on donne les proportions en pourcentages pondéraux et la figure 20 représente la structure de l'échantillon B du tableau 3 qui est une matière obtenue selon l'invention et que l'on a également utilisée pour la fabrication d'un cylindre réel.
TABLEAU 3
Composition chimique d'une matière de cylindre réel
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Les échantillons A et B ont été coulés dans un moule centrifuge tournant à 550 tpm et possédant
un diamètre interne de 750 mm et une profondeur de
2500 mm, de manière à former les couches externes du cylindre, d'une épaisseur de 80 mm, que l'on a ensuite traitée à 980[deg.]C pendant 6 heures après la coulée. On voit que la dispersion de la cémentite est bien plus marquée dans la matière conforme à l'invention que dans la matière classique, en comparant les figures 19 et 20.
Bien que l'on ait décrit l'invention à l'aide d'exemples de réalisation en référence aux dessins ciannexés, il est bien évident que l'homme de l'art peut apporter au procédé selon l'invention diverses modifications et variantes qui ne s'écartent nullement de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Matière pour cylindre de laminoir comprenant du carbone à raison de 1,4 à 3,0 � en poids, du silicium à raison de 0,4 à 1,5 % en poids, du manganèse à raison de 0,4 à 2,0 % en poids, du nickel à raison de 4,0 % en poids ou moins encore, du chrome à raison de 0,8 % en poids ou moins encore, du molybdène à raison de 2,0 % en poids ou moins encore et un ou plusieurs des éléments suivants: vanadium, niobium, titane, zirconium
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à 3,5 % en poids, le reste de la matière étant sensiblement constitué de fer.
Material for rolling mill roll.
The present invention relates to a material for an adamite cylinder in order to constitute
the outer layer of a composite roll of a rolling mill, as produced by the centrifugal casting process for example and used in hot strip rolling or core rolling operations or
in depth. More particularly, the present invention relates to a material for an adamite cylinder in which a good solution or dispersion of the cementite network is obtained, so that the material in question exhibits improved wear resistance, good resistance to wear and tear. hardness or toughness and improved surface roughness.
The adamite roll material applied to adamite rolls for hot rolling normally contains iron, Fe, as a major constituent, 1.0 to 2.8% carbon, C, 0.3 to 1.5 % silicon, Si, 0.3 to 1.5% manganese, Mn, 0.3 to 2.0%
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of molybdenum, Mo, the material usually also containing traces of impurities based on phosphorus, P and sulfur, S, the proportions indicated above being percentages by weight, like all the other proportions which follow. This constitution results in the precipitation of cementite, with the result that the material has excellent wear resistance and good toughness or hardness and is therefore ideally suited for the construction of first pass roughing rolls or finishing rolls in concrete. hot strip rolling mills, or
roughing, intermediate rolling and finishing rolls for steel bar rolling. However, in the adamite-like material the amount of carbon is greater than that of the eutectic iron-carbon composition and, therefore, during
cooling, as the temperature drops subsequent to the main crystallization.
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the austenite is precipitated in the form of a proeutectoid cementite network at the borders or grain boundaries, part of this cementite being precipitated in the form of acicular cementite and
it is difficult to obtain the entry into solution of
this cementite network in the austenite by a subsequent diffusion heat treatment. It follows
that the forces imposed during the use of adamite rolls cause the tearing of the cementite and the appearance of a surface roughness, a weakness and a shorter service life of the rollers following this tearing of the oementite. The resistance of rollers to wear in general, as well as the effects leading to good toughness and improved surface roughness, can be improved when the cementite network is made fine and is suitably dispersed, and for this purpose one has issued several proposals. According to one of these proposals, the amount of carbon added is reduced in order to prevent the precipitation of cementite at the limits or borders of the grains. However, this result leads to less formation of carbides and, consequently, one cannot
not achieve sufficient wear resistance. It has also been proposed to overcome the aforementioned problem
by cooling an adamite cylinder more quickly after casting. However, since the rolls must be large and thick in order to be suitable for use in a rolling mill, there are limits to the tolerable rate of cooling and, therefore, to the results which can be obtained by practicing this. proposal. It has also been suggested to disperse the cementite network by the implementation of heat treatments, but given the adamite content of the adamite rolls, obtaining approximately 1% of Cr dispersion of the cementite network is not not easy, besides the fact that an additional heat treatment also represents additional costs during the production of the cylinders.
These problems are made even more serious in the manufacture of rolling rolls by
the centrifugal casting process which, although generally considered to be the best method of manufacturing rolls, tends to result in more
high production of cementite than other processes
casting. Here again, a certain quantity of cementite network can, in fact, be removed by a subsequent heat diffusion treatment, but,
if the cylinder material is maintained at a temperature high enough to cause the cementite to enter completely into solution satisfactorily into the austenite of the material, other properties of the material are disadvantageously affected and, conventionally,
it has been considered that in practice, the ideal heat treatment curves are obtained during the implementation of known heat treatment processes and that an improvement in the properties of the adamite rolls can only be expected with difficulty.
In consideration of the aforementioned problems, the present invention relates to an adamite cylinder material used for adamite cylinders.
rolling mills in which the cementite network is easily dispersed, so that the material exhibits remarkable resistance to wear and remarkable resistance to forces liable to generate surface roughness. In accordance with the present invention, according to the method of casting the cylinder, the amount of chromium added is made approximately 0.8 or less than 0.8%, as opposed to the value of 1% which is normal for a solid material. adamite and one or more carbide-forming elements, for example, titanium, Ti, zirconium, Zr, vanadium, V, tungsten, W and niobium Nb, are added in one
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preferably to these elements, so that the precipitation of an excessive amount of cementite lattice is prevented, the cementite formed with the residual carbon being almost completely Fe3C which is easily dispersed and the nucleation of the TiC, ZrC, carbides. .. being separated from the formation of cementite.
It follows that the cylinder material, as a whole, has the same type of toughness or hardness as a low carbon material and, therefore, does not tend to become rough on the surface, satisfactory strength. with wear being imparted to the material in question as a result of the secondary hardening of the carbides formed with Ti, Zr, V, W or Nb, the total amount of said additional carbide-forming elements being proportional to the combined amount of carbon and chromium in the aforementioned matters.
The present invention therefore relates to a rolling mill roll material consisting mainly of iron, carbon in the range of 1.4 to 2.8% by weight, silicon in the range of 0.4 to 1.5%. by weight, manganese in the range of 0.4 to 1.5% by weight, nickel in the range of 4.0% by weight or less, chromium in the range of 0.5% by weight or less again, molybdenum in the range of 2.0%
by weight or less and one or more of the elements selected from vanadium, niobium, titanium, zirconium and tungsten, in a total amount in the range of 0.3 to 3.0% by weight.
According to yet another embodiment of the present invention, a cylinder material
adamite suitable for producing the outer layer of a composite cylinder produced by carrying out a process in which the outer layer is formed by a centrifugal casting process and the central core portion is made from a part with said outer layer during a centrifugal casting process or a stationary mold casting process, consists of carbon in the range of 1.4 to 3.0% by weight, silicon in the range of 0.4 to
1.5% by weight, manganese in the range of 0.4 to
2.0% by weight, nickel in an amount up to 4.0% by weight, chromium in an amount up to 0.8% by weight, molybdenum in an amount up to 2, 0% by weight and one or more of the elements selected from vanadium, niobium, titanium, zirconium and tungsten, in a total amount in the range of 0.5 to 3.5% by weight, the remainder of the material in question consisting substantially of iron.
The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings and photographs, where:
- Figures 1 to 6 are photomicrographs at a magnification of 60 times, showing the structure of the material of the rolling mill roll of comparative examples, Figure 1 showing a conventional adamite roll material containing 1% chromium, Figures 2 to 6 respectively showing a material which contains, in addition to the material shown in Figure 1, 0.5%, 1%, 1.5%, 2.0 and 2.5% vanadium;
FIG. 7 is a photomicrograph, at a magnification of 60 times, showing the structure of a rolling mill roll material according to the present invention;
- Figure 8 is a graph showing the relationship between the carbon content of the cylinder material and the amount of additional carbide-forming elements that must be added to achieve effective dispersion of cementite, when the content of chromium of the cylinder material is of the order of 0.25 and
1.0% and that a stationary mold casting process is used for the production of the rolls;
- Figures 9 to 17 show photomicrographs, at 65 times magnification, of the structure of the material of the rolling mill roll with which rolls are produced by carrying out a centrifugal casting process, Figure 9 showing a material classic adamite cylinder containing 1% chromium, figures 10, 11, 12 and 13 the same material as that shown in figure 9 but additionally containing 0.5%, 1%, 1.5% and 2.5 % vanadium, Figure 14 showing a material containing 0.25% chromium and 0.5% vanadium, Figure 15 showing a material containing 0.5% chromium and 0.5% vanadium, Figure 16 showing a material containing 0,
25% chromium and 1% vanadium and Figure 17 showing a material containing 0.5% chromium and 1% vanadium;
- Figure 18 is a graph showing the relationship between the carbon content of the cylinder material and the amount of additional carbide-forming elements that must be added to achieve effective dispersion of cementite when the content of chromium of the cylinder material is in the range of 0.25% and 1.0% and the cylinders are produced by a centrifugal casting process; and
- Figures 19 and 20 are photomicrographs, at 65 times magnification, respectively showing the structure of a conventional adamite cylinder material and of a cylinder material according to the present invention where the content of <EMI ID = 4.1>
the rolls being produced by a centrifugal casting process.
A first series of samples of adamite cylinders 1-7 was produced by casting adamite material into AY type blocks and then heat treating the cast products at 980 [deg.] C for 6 hours. The compositions of samples 1-7 are shown in Table 1, the remainder of the weight percentages, not appearing in the table, being Fe for each sample.
Table I
Chemical composition of test samples 1- '
<EMI ID = 5.1>
Sample 1 is a representative example of a conventional adamite material containing 1% Cr and samples 2-6 are examples of an adamite material having a composition similar to that of sample 1 but containing, in In addition, a carbide-forming element in the form of vanadium, the vanadium content increasing by about 0.5% in successive samples. The structure obtained with the compositions of samples 1, 2, 3, 4, 5, 6
<EMI ID = 6.1>
and 7 respectively, cementite appearing as the white parts of the photographs. Sample 1 is a typical example of a conventional cylinder material which, as shown in Figure 1, exhibits a very uneven dispersion of cementite and, therefore, subject to the easy occurrence of surface roughness. in the cylinders. From Figures 2 to 6 it can be deduced that when the chromium content is maintained around
<EMI ID = 7.1>
a suitable dispersion of cementite varies from
1.0 to 2.5%, as in samples 3 to 6. However, an even better cementite dispersion is obtained when the chromium content is reduced to 0.25% and the quantity vanadium rises
<EMI ID = 8.1>
the material shown in figure 7, the chromium is suitably dissolved in the cementite network, consisting almost entirely of Fe3C, given that the quantity of chromium is low and that this chromium is well dispersed in the material, so that the risks separation of cementite conglomerations from the rest of the material and surface roughness
are greatly reduced, while the desired wear resistance is retained in the material by fine and suitably dispersed vanadium carbides, which form separately from the cementite.
In general, the total amount of titanium,
vanadium, zirconium, tungsten, niobium
or any other similar carbide-forming element, alone or in combination, which must be added to obtain a good dispersion of the cementite
in Adamite-type matter is related to
and increases with the increasing value of the combined total addition of carbon and chromium. This is illustrated by figure 8 which represents the values which apply when using a stationary mold for the production of the rolls and from which it can be deduced that the amount of forming material
<EMI ID = 9.1>
to obtain a satisfactory dispersion of the cementite in the adamite cylinder material, when the carbon content of the material varies from 1.6 to 2.8
<EMI ID = 10.1>
It can be seen that for any given chromium content,
the graph of the required addition of the carbide-forming element (s) results in the same curve and that the desired addition increases with increasing carbon content.
Reference will now be made to FIGS. 9, 10,
11, 12, 13, 14, 15, 16 and 17 which represent photomicrographs, at a magnification of 65X and which respectively show the structures obtained in samples 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 produced by implementing a centrifugal casting process and having the compositions indicated in percentages by weight in Table 2 below.
Table at 2
Chemical composition of test samples 8-16
<EMI ID = 11.1>
Samples 8-16 were prepared by
centrifugal processes in which 60 kg of molten metal were used in each case and poured into a mold with an internal diameter of 280 mm
and a depth of 220 mm and that we rotated
at 880 rpm, each cast product then subjected to a heat treatment during which it was kept
at 980 [deg.] C for 6 hours. These samples consisted of an adamite cylinder material as used for the manufacture of composite cylinders.
by a centrifugal process in which an outer layer of high wear resistance material is first formed by centrifugal casting and then a part forming the core is produced, integrally with the outer layer by casting in the central opening thus defined, either by implementing a centrifugal casting process, or by casting in a stationary mold in which the outer layer is placed, the aforementioned composite cylinder being used as a roughing cylinder or as a front finishing roll in a hot strip rolling mill or as roughing, intermediate rolling or finishing rolls in a strip rolling mill.
Sample 8 is a conventional adamite material containing about 1.0% chromium and no additional carbide-forming elements, as noted above. Samples 9, 10 11 and 12 contain vanadium in an amount of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.5% respectively, the chromium content being of the order of 1.0% and the content of carbon being of the order of 1.9%. It follows from FIGS. 6 and 13 that the samples 9-12 and, in particular, the samples 10-12 ensure a much better dispersion of the cementite.
In sample 13, the structure of which is shown in Figure 14, the carbon content is maintained at about 1.9%, while the vanadium content is reduced to less than 0.5% and there is a corresponding reduction in the
<EMI ID = 12.1>
For samples 9-12 in which the chromium content is about 1.0%, it can be seen that an addition of vanadium of the order of 1.0% is necessary to obtain a good dispersion of the cementite. Other <EMI ID = 13.1>
about 0.25%, as in sample 13, the addition of vanadium should only be about 0.5% or less to achieve this good dispersion
cementite. An addition of 0.5% vanadium also gives results as to the dispersion of cementite when the chromium content is of the order of
0.5%, as can be seen by looking at the structure of sample 14 shown in Figure 15.
In samples 15 and 16, the content
in vanadium is about 1% in both cases and the
chromium content is respectively about 0.25% and
0.5% and the cementite network is easily dispersed, since it consists largely of
Fe3C, as noted above. In terms of overall composition, the amount of carbon is obviously large and, for a material cast by centrifugation,
<EMI ID = 14.1>
total of added carbide-forming elements and the total amount of added chromium and carbon, the general relationship, when the adamite cylinder material
is cast by a centrifugal process, being shown
in figure 18 which is similar to figure 8. On
these figures the percentage of carbon is read on the abscissa, while the total quantity of at least one element chosen: from Ti, V, Zr, Nb and W is read on the ordinate. In Fig. 18 it can be seen that the necessary addition of carbon-forming alloys for different values of the carbon content of the cylinder material, when the
<EMI ID = 15.1> generally varies in the same way for the material
cylinder shaped by carrying out a centrifugal process only for the cylinder shaped material
by implementing a stationary casting process,
but that the upper and lower limits of the range of additions of one or more carbide-forming elements are slightly higher for the material obtained by carrying out a centrifugal process, this being probably due to the tendency to form. a higher quantity of cementite during
the implementation of the centrifugal casting process.
Based on the results obtained with Samples 2-7 and 9-16 and the samples for which the compositions are shown in Figures 8 and 18, the preferred ranges of component proportions of the adamite cylinder material and the reasons for these preferred ranges are as follows:
C: 1.4-3.0%.
Precipitation of carbon in cementite or in the form of other carbides is an important factor contributing to wear resistance, with proeutectoid cementite (cementite network) being particularly important in this regard. When using a centrifugal casting process and adding vanadium or similar carbide-forming elements, at least 1.4% carbon is required to achieve precipitation of an effective amount of lattice. cementite. On the other hand, the addition of more than 3.0%
of carbon gives rise to an excessive production of ce-mentite and, consequently, one obtains a reduced hardness or toughness and a lower resistance to the effects which may cause the appearance of surface roughness.
Si: 0.4 -1.5%
At least 0.4% silicon is required for deoxidation, but toughness is lowered
<EMI ID = 16.1>
Mn: 0.4-2.0%
Similar to silicon, manganese should be incorporated in an amount not greater than
0.4% in order to obtain a necessary deoxidation. On the other hand, the addition of 2.0% constitutes the upper limit since a greater addition of manganese results in decreased toughness or hardness of the material.
<EMI ID = 17.1>
Nickel is a necessary element for the improvement of wear resistance and hardness or toughness but is maintained at a value of 4.0% or less, since a greater addition of nickel results in the occurrence of an excessive amount of bainite.
Cr: 0.8% or less for a cylinder material made by performing a centrifugal process; 0.5 or less for cylinder material made in stationary molds.
Chromium greatly contributes to increasing wear resistance when it is contained in cementite, which then has the formula (Fe-Cr) 3C.
However, as noted above, it is desirable to avoid the formation of an excessive amount of
network cementite or network cementite (these
two terms being used in an equivalent manner in the present specification and the claims which terminate it) which are difficult to disperse by carrying out a heat treatment. If the proportion of chromium is kept below the above-mentioned values, there is practically no precipitation of the (Fe, Cr) 3C network and the cementite network is almost entirely
<EMI ID = 18.1>
implementation of a heat treatment, an additional improvement in wear resistance being
obtained by the carbides formed as a result of the addition of the aforementioned carbide-forming elements.
Likewise, by maintaining the relative amount of chromium-
weak, the necessary addition of training elements
additional carbide is lower, as well as
shown in Figures 8 and 18.
Mo: 2.0% or less.
<EMI ID = 19.1>
hot strength and hardenability and prevent temper brittleness, but additions
<EMI ID = 20.1>
effective in improving the qualities of the material to
<EMI ID = 21.1>
teuse.
V, Nb, Ti, Zr, W, alone or in combination:
0.3-3.5% in cylinder materials produced
<EMI ID = 22.1>
in cylinder materials produced using stationary molds.
The addition of these elements results in the preferential formation of the following carbides:
VC, NbC, TiC, ZrC, or WC, thus resulting in a
low carbon content in the main part
of the alloy constituting the cylinder material and resulting in improved toughness or hardness, such as
it has been described previously.
The present invention therefore offers the advantage that the concentrated precipitation of the network
cementite likely to cause surface roughness of the rolls is avoided, but that, on the contrary, the resistance necessary for high power work is obtained by the effect of finely dispersed carbides of vanadium or an element similar.
The rest of the cylinder material consists of iron and traces of sulfur impurities and
phosphorus which it is obviously desirable to keep to a minimum.
Figures 19 and 20 which are photomicrographs at 65X magnification further illustrate the advantages that can be achieved by
implementation of the method according to the invention. Figure 19 shows the structure of a conventional adamite material prepared as the outer layer of an actual cylinder and having the composition of sample A shown in Table 3 below where the proportions are given in percentages by weight and FIG. 20 shows the structure of sample B in Table 3 which is a material obtained according to the invention and which was also used for the manufacture of a real cylinder.
TABLE 3
Chemical composition of a real cylinder material
<EMI ID = 23.1>
Samples A and B were cast in a centrifugal mold rotating at 550 rpm and having
an internal diameter of 750 mm and a depth of
2500 mm, so as to form the outer layers of the cylinder, with a thickness of 80 mm, which were then treated at 980 [deg.] C for 6 hours after casting. It can be seen that the dispersion of cementite is much more marked in the material in accordance with the invention than in the conventional material, by comparing Figures 19 and 20.
Although the invention has been described with the aid of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, it is obvious that a person skilled in the art can make various modifications and variants to the process according to the invention. do not depart from the invention.
CLAIMS
1.- Material for rolling mill roll comprising carbon in an amount of 1.4 to 3.0 � by weight, silicon at 0.4 to 1.5% by weight, manganese at 0.4 to 2.0% by weight, nickel at 4.0% by weight or less, chromium in an amount of 0.8% by weight or less, molybdenum in an amount of 2.0% by weight or less and one or more of the following: vanadium, niobium, titanium, zirconium
<EMI ID = 24.1>
to 3.5% by weight, the remainder of the material being substantially iron.