專(zhuān)利名稱：一種導(dǎo)輥及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種合金材料及其處理方法，尤其涉及一種導(dǎo)輥及其制備工藝。
背景技術(shù)：
導(dǎo)輥是軋鋼用滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)裝置的重要部件，用來(lái)輸送型材和線材使其順利的進(jìn)入軋 機(jī)。工作環(huán)境十分惡劣。900°C以上紅熱鋼材連續(xù)從導(dǎo)衛(wèi)上通過(guò)，同時(shí)又要噴水冷卻，溫差 變化大而急劇，所以導(dǎo)輥磨損快，壽命低，需頻繁更換，消耗量大，產(chǎn)生龜裂和斷裂，影響軋 鋼生產(chǎn)效率。另外，導(dǎo)輥使用中，易產(chǎn)生粘鋼現(xiàn)象，影響軋制鋼材的質(zhì)量。而粘鋼的根本原 因是導(dǎo)衛(wèi)的高溫、急冷、急熱的工作條件下，與快速穿過(guò)的紅鋼發(fā)生焊合作用，這就要求導(dǎo) 輥材料必須具備高的熱強(qiáng)性和抗氧化性，良好的耐磨性，熱穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性，較小熱膨脹系 數(shù)，低摩擦系數(shù)。因此，解決導(dǎo)輥的材質(zhì)問(wèn)題是提高軋鋼作業(yè)效率和鋼材質(zhì)量，降低消耗，減 輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少事故的有效措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種導(dǎo)輥及其制備工藝。采用該 發(fā)明技術(shù)制備導(dǎo)輥成本低，使用壽命長(zhǎng)，具有良好的抗高溫氧化性能，高溫強(qiáng)度，抗沖擊高 溫韌性和抗高溫摩擦磨損。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種導(dǎo)輥，其特征在于其各原料組分的重量百分比為C 3. 1-3. 45% ；Si 0. 1-0. 9% ；Mn 0. 1-0. 4% ；P 0. 01-0. 03% ；S 0. 01-0. 03% ；Cr
24-25% ；Mo 0. 4-0. 6% ；V 0. 9-1% ；W 2-3% ；稀土 0. 05-0. 1% ；余量為 Fe。所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行a.精密鑄造取各原料并按照規(guī)定配比配得混合料，待用；再制備導(dǎo)輥首先，用低溫蠟基模料做出導(dǎo)輥模型，用硅溶膠-水玻璃復(fù)合型殼制殼工藝制得 導(dǎo)輥模型型殼，在硅溶膠-水玻璃復(fù)合模型型殼過(guò)程中，在導(dǎo)輥模型上先涂抹2-5層硅溶 膠，3-4層水玻璃蒸汽脫蠟后，得到導(dǎo)輥模型型殼；其次，焙燒導(dǎo)輥模型型殼，焙燒溫度為950-1020°C，保溫時(shí)間為40分鐘，焙燒結(jié)束 后，將配制的混合料倒入導(dǎo)輥模型型殼內(nèi)進(jìn)行澆注，此時(shí)，混合料呈鋼水，鋼水出爐溫度為 1600-1620°C，澆注溫度為1520-1540°C，導(dǎo)輥模型型殼溫度為450-600°C，澆注后，將制成 的導(dǎo)輥?zhàn)匀焕鋮s至室溫，去除澆注系統(tǒng)后得到導(dǎo)輥；b.退火將步驟a加工成的導(dǎo)輥由室溫升至1000°C，保溫7小時(shí)，再冷卻至室溫；c.粗加工采用常規(guī)刀具對(duì)步驟c得到的導(dǎo)輥進(jìn)行車(chē)削加工；d.淬火將車(chē)削加工后的導(dǎo)輥由室溫呈階梯式上升至1030°C，并分別在220°C、 420°C以及600°C，各保溫2小時(shí)，在1030°C保溫3小時(shí)，出爐后，風(fēng)冷至室溫；e.回火將經(jīng)過(guò)淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升至270°C _290°C，保溫5小時(shí)，然后隨爐 冷卻至室溫；
f.精加工將經(jīng)回火處理后的導(dǎo)輥用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)輥。所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟b中，退火過(guò)程中由室溫升至 1000°C是按每小時(shí)100-120°c的速度進(jìn)行升溫。所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟d中，淬火過(guò)程中由室溫升至 1030°C是按每小時(shí)升溫100-120°C速度進(jìn)行升溫。所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟e中，回火過(guò)程中由室溫升至 2700C _290°C是按每小時(shí)80-100°C速度進(jìn)行升溫。所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟e處理后的導(dǎo)輥硬度HRC為 62-65。所述導(dǎo)輥采用了 DF-2材質(zhì)。DF-2材質(zhì)由碳化物和金屬基體組成，碳化物主要是 (Cr，F(xiàn)e)7C3,。它在抗磨損中起到“牙齒”作用，由于它的硬度高達(dá)HV1300-1800，所以能抗磨 損。但是“牙齒”要發(fā)揮作用，還要有賴于“牙床”強(qiáng)有力的支撐，在金屬基體中以馬氏體為 最強(qiáng)、最硬。通過(guò)合金化和熱處理，使得到金屬基體基本是馬氏體組成。 在DF-2材質(zhì)中，含碳量和含鉻量已達(dá)到共晶平衡，在共晶體中，碳化物M7C3是從一 個(gè)結(jié)構(gòu)中心增長(zhǎng)，在橫截面上顯示出不連續(xù)地分布在奧氏體基體上。DF-2材質(zhì)不僅有棒狀 或桿狀的M7C3型碳化物(而不是板狀)故，DF-2材質(zhì)的導(dǎo)輥具有高的強(qiáng)度、韌性及硬度耐 蝕性好的特點(diǎn)。導(dǎo)輥的基體由化學(xué)成分和冷卻速度、壁厚三個(gè)因素決定的。本發(fā)明的化學(xué)成分是 這樣確定的。1.碳提高碳含量，可以增加顯微組織碳化物的數(shù)量從而提高DF-2材質(zhì)的耐磨性，但超 過(guò)共晶碳含量時(shí)，會(huì)形成粗大的過(guò)共晶碳化物，導(dǎo)致韌性顯著降低，含碳量達(dá)到3%耐磨性 最好。2.鉻鉻是強(qiáng)烈形成碳化物的元素，部分與碳結(jié)合形成高硬度碳化物，尚有部分溶入奧 氏體中。在相等的含碳量，含鉻量低時(shí)，形成連續(xù)網(wǎng)狀分布Cr3C型碳化物。只有鉻含量同 碳含量比例大于6 1才能完全生成Cr7C3碳化物，起到沉淀強(qiáng)化作用。3.硅硅在鋼中只能形成固體溶體，只有少量硅存在，才能起固溶強(qiáng)化作用，過(guò)量硅會(huì)降 低金屬基體的塑性，使導(dǎo)輥在激冷，激熱條件下易產(chǎn)生裂紋，故硅含量控制1.0%以下。4.錳錳是穩(wěn)定奧氏體，可提高基體淬透性，可增加板條殘余奧氏體的數(shù)量，增加鋼的韌 性，減少淬火應(yīng)力，但含量過(guò)多，會(huì)大大增大導(dǎo)輥熱敏感性，增加回火脆性，從而導(dǎo)致導(dǎo)輥耐 磨性降低，因此，錳含量應(yīng)控制0. 6%以下。5.鉬、釩、鎢鉬既可溶于奧氏體，又可形成碳化物，溶于固溶體，能顯著提高鋼的高溫強(qiáng)度。當(dāng) 含量大于時(shí)，形成的碳化物會(huì)彌散析出，而產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。Mo2C硬度HV為1500，所以提 高導(dǎo)輥硬度，單一鉬元素應(yīng)控制在1.59%以下。釩能顯著提高導(dǎo)輥的紅硬性，硬度及耐磨性，釩形成碳化物V4C3在加熱時(shí)部分溶
4于奧氏體中，回火時(shí)以V4C3的細(xì)小晶粒彌散析出造成二次硬化性。鎢是提高導(dǎo)輥紅硬性主要元素，在鋼中形成碳化物，在回火時(shí)，一部分鎢以碳化物 的形式彌散析出，造成二次硬化，加熱時(shí)，未溶碳化物則起阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用。釩的彌散硬化作用比鎢強(qiáng)烈，而鎢提高馬氏本的回火穩(wěn)定性比釩強(qiáng)烈，兩者不能 互相代替，釩含量增加，耐磨性，紅硬性提高，但被磨削性降低，故鉬、釩、鎢復(fù)合加入效果明 顯，因此，Mo含量控制在以下，V含量控制0. 7-1.0%之間，W含量控制在2. 0-3.0%之 間。6. S、P磷、硫都是對(duì)導(dǎo)輥有害雜質(zhì)，應(yīng)嚴(yán)格控制共含量。7.稀土稀土能凈化鋼液，改善鋼中夾雜物形態(tài)分布，從而改善鑄態(tài)組織及改善鋼的性能。稀土元素能與鋼中低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素如鉛、銻、砷、形成高熔點(diǎn)物質(zhì)，以消除這些元 素沿晶界所造成脆性。稀土元素進(jìn)一步脫硫、固氫、固氮。稀土元素將鋼中夾雜改變?yōu)橄⊥?硫化物，稀土氧化物及稀土硫氧化物，它們的熔點(diǎn)比原來(lái)夾雜高，在鋼液中易聚集成球狀而 浮出。(用鋁脫氧，形成細(xì)小針狀A(yù)l2O3，不能有效浮出。)稀土元素在鋼中還能起到細(xì)化晶粒作用。導(dǎo)輥的耐磨性與冶金的質(zhì)量也有很大關(guān)系。鑄件中的偏析、縮孔、縮松、氣孔、夾渣、夾雜，都能加速導(dǎo)輥磨損進(jìn)程，導(dǎo)輥中夾雜 物嚴(yán)重影響導(dǎo)輥的疲勞強(qiáng)度而鑄造不能完全改變這些存在的缺陷，只能改善。導(dǎo)輥的冶煉依據(jù)是這樣確定的< 一 >用堿性爐襯熔煉因?yàn)镈F-2材質(zhì)含鉻、釩高，用堿性爐襯熔煉，可大大減少鋼水夾雜。〈二〉去氣、變質(zhì)、凈化將稀土硅鈣破碎至粒度3-Smm小塊，預(yù)先放置堿性鋼包中，用包內(nèi)沖水法對(duì)鋼水 進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)，鎮(zhèn)定3-5min，使鋼水充分靜置，當(dāng)溫度降到1490-1510°C左右時(shí)，用耐火石 棉擋渣，用茶壺嘴包進(jìn)行澆注。這樣大大減少了鋼水夾雜，降低偏析，細(xì)化晶粒。導(dǎo)輥耐磨性在很大程度上由金屬 基體決定的。導(dǎo)輥的熱處理依據(jù)是這樣確定的發(fā)揮DF-2材質(zhì)導(dǎo)輥耐磨性，應(yīng)使機(jī)體為馬氏體。取決于淬火溫度和冷卻速度。淬 火溫度對(duì)相變后的顯微組織和硬度都有明顯影響。隨著淬火溫度的提高，奧氏體固溶的碳 含量增加，淬火轉(zhuǎn)變來(lái)的馬氏體硬度有所提高。如果奧氏體化溫度過(guò)高，在淬火后，可能有 大量殘余奧氏體產(chǎn)生而形成馬氏體和奧氏體的混合組織，硬度有所下降，殘余奧氏體越多。 殘余奧氏體在隨后回火過(guò)程中有去穩(wěn)定化作用，并產(chǎn)生馬氏體相變，產(chǎn)生二次硬化，析出二 次碳化物量最合適的就是最佳淬火溫度，故DF-2材質(zhì)的最佳淬火溫度為960-1050°C。在回火冷卻過(guò)程中相變?yōu)轳R氏體，出現(xiàn)二次硬化，二次硬化后硬度高于淬火的硬 度。出現(xiàn)二次硬化的回火溫度取決于殘余奧氏體的穩(wěn)定性，即取決于淬火溫度，回火溫度為 2700C -290"C。加熱速度。鑄件在鑄造過(guò)程中已有很大應(yīng)力，加熱不恰當(dāng)時(shí)，形成很大的溫差應(yīng)力，兩個(gè)應(yīng)力疊加，容易造成開(kāi)裂，DF-2材質(zhì)的升溫速度可達(dá)110°C /h。冷卻速度。奧氏體化以后冷卻往往是產(chǎn)生開(kāi)裂的主要原因，因此，淬透性一定要調(diào) 節(jié)到能在空氣中淬出馬氏體組織來(lái)。本發(fā)明的積極有益效果1.本發(fā)明材料設(shè)計(jì)以主導(dǎo)合金元素與輔助元素相結(jié)合的原則，立足于國(guó)內(nèi)政策， 成功研制了一種鉻基馬氏體耐熱耐磨鋼，即研制出本發(fā)明導(dǎo)輥。本發(fā)明以較低的成本，獲得 具有優(yōu)良性能導(dǎo)輥材料，可以代替進(jìn)口導(dǎo)輥，具有較好的社會(huì)效益。2.本發(fā)明制備的導(dǎo)輥的各項(xiàng)指標(biāo)完全能滿足導(dǎo)輥耐高溫，耐磨，抗熱沖擊，熱疲勞 等各項(xiàng)性能要求(見(jiàn)附表一)其使用壽命比原來(lái)導(dǎo)輥使用壽命提高4倍以上，具有較大經(jīng) 濟(jì)效益。3.本發(fā)明產(chǎn)品導(dǎo)輥在高溫下具有良好的抗氧化性能，即在900-950°C下抗氧化， 輥面不脫皮，具有足夠的高溫強(qiáng)度，有較高的抗蠕變強(qiáng)度和持久疲勞強(qiáng)度，950-200°C溫度 循環(huán)下，不產(chǎn)生熱疲勞裂紋，在高溫狀態(tài)下，有足夠的硬度，從而具有良好的抗高溫摩擦磨 損(見(jiàn)附表二、三)，具有良好的抗沖擊高溫韌性(詳見(jiàn)表一)表一本發(fā)明導(dǎo)輥的機(jī)械性能試驗(yàn)報(bào)告
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)輥，其特征在于其各原料組分的重量百分比為C 3. 1-3. 45% ；Si 0. 1-0. 9% ；Mn 0. 1-0. 4% ；P 0. 01-0. 03% ；S 0. 01-0. 03% ；Cr 24—25% ； Mo 0. 4-0. 6% ；V 0. 9-1% ；W 2-3% ；稀土 0. 05-0. 1% ；余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行a.精密鑄造取各原料并按照規(guī)定配比配得混合料，待用；再制備導(dǎo)輥首先，用低溫蠟基模料做出導(dǎo)輥模型，用硅溶膠-水玻璃復(fù)合型殼制殼工藝制得導(dǎo)輥 模型型殼，在硅溶膠-水玻璃復(fù)合模型型殼過(guò)程中，在導(dǎo)輥模型上先涂抹2-5層硅溶膠，3-4 層水玻璃蒸汽脫蠟后，得到導(dǎo)輥模型型殼；其次，焙燒導(dǎo)輥模型型殼，焙燒溫度為950-1020°C，保溫時(shí)間為40分鐘，焙燒結(jié)束 后，將配制的混合料倒入導(dǎo)輥模型型殼內(nèi)進(jìn)行澆注，此時(shí)，混合料呈鋼水，鋼水出爐溫度為 1600-1620°C，澆注溫度為1520-1540°C，導(dǎo)輥模型型殼溫度為450-600°C，澆注后，將制成 的導(dǎo)輥?zhàn)匀焕鋮s至室溫，去除澆注系統(tǒng)后得到導(dǎo)輥；b.退火將步驟a加工成的導(dǎo)輥由室溫升至1000°C，保溫7小時(shí)，再冷卻至室溫；c.粗加工采用常規(guī)刀具對(duì)步驟c得到的導(dǎo)輥進(jìn)行車(chē)削加工；d.淬火將車(chē)削加工后的導(dǎo)輥由室溫呈階梯式上升至1030°C，并分別在220°C、420°C 以及600°C，各保溫2小時(shí)，在1030°C保溫3小時(shí)，出爐后，風(fēng)冷至室溫；e.回火將經(jīng)過(guò)淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升至270°C-290°C，保溫5小時(shí)，然后隨爐冷卻 至室溫；f.精加工將經(jīng)回火處理后的導(dǎo)輥用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)輥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟b中，退火過(guò)程中由 室溫升至1000°c是按每小時(shí)100-120°c的速度進(jìn)行升溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟d中，淬火過(guò)程中由 室溫升至1030°C是按每小時(shí)升溫100-120°C速度進(jìn)行升溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟e中，回火過(guò)程中由 室溫升至270°C _290°C是按每小時(shí)80-100°C速度進(jìn)行升溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)輥的制備工藝，其特征在于步驟e處理后的導(dǎo)輥硬 度 HRC 為 62-65。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種導(dǎo)輥及其制備工藝這種導(dǎo)輥的各原料組分的重量百分比為C3.1-3.45%；Si0.1-0.9%；Mn0.1-0.4%；P0.01-0.03%；S0.01-0.03%；Cr24-25%；Mo0.4-0.6%；V0.9-1%；W2-3%；稀土0.05-0.1%；余量為Fe。這種導(dǎo)輥的制備工藝先精密鑄造的導(dǎo)輥，再將導(dǎo)輥以及經(jīng)過(guò)退火、粗加工、淬火、回火和精加工的處理得到成品。本發(fā)明制備出的導(dǎo)輥成本低，使用壽命長(zhǎng)，有良好的抗高溫氧化性能，具有高溫強(qiáng)度，抗沖擊、高溫韌性和抗高溫摩擦磨損的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/36GK102134683SQ20111003936
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者華國(guó)生, 吳迪, 吳鵬, 張大倉(cāng), 張洋, 徐慶云, 曹文明, 趙仕章 申請(qǐng)人:合肥東方冶金設(shè)備有限公司