一種亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥及制備方法
【專利摘要】一種亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥及制備方法，其特別之處是，它包括輥套和芯軸，所述輥套由亞共晶高鉻白口鑄鐵的輥身和無縫鋼管的襯層構(gòu)成，所述輥身化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比如下：C2.1-2.4%；Si0.5-0.8%；Mn0.3-0.5%；Cr21-23%；Mo1.2-1.5%；Ni1.5-1.8%；B0.3-0.6%；Ti0.1-0.2；W0.2-0.3%；Nb0.1-0.2%?V0.2-0.3%；釔基稀土?0.3-0.5%；S≤0.03%，P≤0.03%；余量為Fe。本發(fā)明軋輥抗熱裂性能好、硬度落差小、韌性好，耐磨性好，軋制量比離心貝氏體復(fù)合軋輥提高3-4倍。
【專利說明】一種亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明型涉及一種軋輥及制備方法，特別是亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軋輥是用于軋鋼生產(chǎn)的重要部件，軋輥的質(zhì)量直接關(guān)系到軋機的生產(chǎn)效率和軋制產(chǎn)品的質(zhì)量。目前在棒材成品、切分機架中，通常使用離心貝氏體軋輥，這種軋輥在長期使用過程中存在以下不足:1、硬度落差大，離心貝氏體軋輥第一次使用與最后一次使用，材料組織發(fā)生變化大，硬度耐磨性下降較快，軋制噸位可下降50-70噸；2、抗熱疲勞性能差，軋輥長期工作在高溫狀態(tài)下，低的抗熱疲勞性能導(dǎo)致軋輥在使用一段時間后，易產(chǎn)生裂紋及表層掉塊等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋件質(zhì)量；3、離心貝氏體軋輥的韌性低、脆性大，斷輥現(xiàn)象時有發(fā)生。上述問題導(dǎo)致離心貝氏體軋輥整體使用壽命較短，不能滿足高效率軋機生產(chǎn)的要求。針對貝氏體軋輥存在的問題，開發(fā)新型的軋輥材料，改進(jìn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，使軋輥滿足軋機生產(chǎn)要求，是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注和研究的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷，提供一種抗熱裂性能好、硬度落差小、韌性好，耐磨性好的亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥及制備方法。
[0004]本發(fā)明所稱問題是以下技術(shù)方案解決的:
一種亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，特別之處是，它包括輥套和芯軸，所述輥套由亞共晶高鉻白口鑄鐵的輥身和無縫鋼管的襯層構(gòu)成，所述輥身化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比如下:C
2.1-2.4% ；Si 0.5-0.8% ；Mn 0.3-0.5% ；Cr 21-23% ；Mo 1.2-1.5% ；Nil.5-1.8% ；B 0.3-0.6% ；Ti 0.1-0.2 ；ff 0.2-0.3% ；Nb 0.1-0.2% V 0.2-0.3% ;釔基稀土 0.3-0.5% ；S≤0.03%,P≤0.03% ;余量為Fe。
[0005]上述亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，所述輥身的物理性能如下:硬度55-62HRC ;沖擊韌性 5-10J/cm2。
[0006]上述亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，所述襯層的無縫鋼管材質(zhì)為45鋼，襯層表面去除氧化層并車制出螺旋溝槽。
[0007]上述亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥制備方法，它按照如下步驟進(jìn)行:
a、熔煉輥身鐵水:按配比將優(yōu)質(zhì)廢鋼、生鐵、鉻鐵、鎢鐵、鑰鐵、鎳板混合加熱熔化，待鐵水熔清加入硅鐵和錳鐵；溫度升溫至1500-1520°C，加鋁脫氧；依次加入配比量的釩鐵、鈮鐵、鈦鐵及配比量90%的硼鐵，當(dāng)鐵水達(dá)到1630°C時出爐；
b、爐前處理:將配比量的釔基稀土、及配比量10%的硼鐵、原料總量0.3%的鎳鎂合金烘烤后，置于包底對鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理；
C、澆注輥身:冷型內(nèi)噴涂石英粉涂料，涂料厚度2.5-3_，噴涂溫度200-300攝氏度；底箱放在支架上找平，放入鋼管，合好箱，鑄型內(nèi)沖入氬氣，鋼管下端插入烘烤槍烘烤鋼管，鋼管溫度達(dá)到800/1000°C時澆注，鐵水澆注溫度1530-1580°C ；
d、輥身粗加工:澆注后保溫20-30小時后開箱空冷，冷卻后輥身表面粗加工，預(yù)留5-8mm余量；
e、輥套熱處理:將輥套緩慢升溫至1000-1050°C，保溫4-6小時，空冷或風(fēng)冷至400°C入回火窯進(jìn)行兩次回火；回火溫度480-550°C，保溫時間8-12小時，第二次回火保溫結(jié)束后壓裝芯軸，裝配完畢后的軋輥入爐隨爐冷卻至室溫；
f、精加工:輥身加工至成品尺寸。
[0008]本發(fā)明所述軋輥包括亞共晶高鉻白口鑄鐵的輥身和無縫鋼管的襯層。本發(fā)明的特點之一是提供棍身的化學(xué)成分配比，棍身為聞絡(luò)亞共晶白口鑄鐵。所述聞絡(luò)白口亞共晶鑄鐵輥身通過多種合金元素的優(yōu)化組合，使其耐磨性、韌性等機械性能得到大大提高，從而大幅度提高了軋制量。特點之二是采用鑲鑄的方法實現(xiàn)鑄鐵的輥身和碳鋼鋼管襯層的牢固復(fù)合，避免結(jié)合面開裂；特點之三是本發(fā)明襯層和輥身都具有良好的韌性，使其二次回火后可以直接熱裝芯軸而不會產(chǎn)生開裂，從而簡化了加工工藝，降低了生產(chǎn)成本；特點之四是通過制定合理的熱處理工藝，得到韌性好的板條狀馬氏體組織，有利于改善軋輥的熱疲勞性能，從根本上解決了軋輥的裂紋及掉塊問題。經(jīng)檢測，本發(fā)明軋輥的所述輥身的物理性能如下:硬度55-62HRC ;沖擊韌性5-10J/cm2。。本發(fā)明軋輥適用于棒材切分和成品機架，通過多個廠家使用證明，軋制量比離心貝氏體復(fù)合軋輥提高3-4倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明澆注裝置示意圖。
[0010]圖中各標(biāo)號清單為:1、底箱，2、冷型，3、無縫鋼管，4、鐵水，5、冒口箱，6、上蓋。【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明所述軋輥包括輥套和芯軸，輥套由亞共晶高鉻白口鑄鐵的輥身和無縫鋼管的襯層構(gòu)成。輥身含有碳、硅、錳、鎳、硼、高鉻等多種化學(xué)元素，其主要化學(xué)元素在的作用分析如下:
1、鉻Cr:為得到高硬度且不連續(xù)分布的碳化物，又使鑄件具有一定淬透性，鉻元素含量取21-23%是本發(fā)明中的一個重要的改進(jìn)。鉻是高鉻鑄鐵中主要的合金元素。鉻除與碳形成碳化物外，尚有部分溶解在奧氏體中，提高淬透性。Cr含量增加，可改善碳化物的分布形式，提高材料硬度、耐磨性。
[0012]2、碳C:當(dāng)碳含量高于共晶點時，會出現(xiàn)粗大的六方體初生碳化物，此時不僅力學(xué)性能下降，而且由于粗大碳化物易脆剝落，導(dǎo)致其抗磨性下降。因此，本發(fā)明輥身的碳含量應(yīng)該低于共晶含碳量。C是形成亞共晶白口鑄鐵的主要元素，C含量可以使鑄件顯微組織中碳化物量增多，硬度提高，抗磨性好，但是隨含碳量增加材料的韌性降低，這對于提高軋輥韌性是不利的，基于上述原因，本發(fā)明輥身中含碳量確定為2.1-2.4%。
[0013]3、硼B(yǎng):是強碳化物形成元素，B元素主要進(jìn)入碳化物中，形成Fe3 (C，B)或Fe23(C，B) 6，從而提高鑄件碳化物的硬度，而且產(chǎn)生硬度較高的化合物，提高白口鑄鐵件的硬度和耐磨性。將硼加入高鉻鑄鐵中能夠在有沖擊磨粒磨損的情況下仍有效提高其抗磨性，用廉價的硼部分替代昂貴的釩，從而達(dá)到降低成本、提高性能、節(jié)約合金的目的。但B元素可使白口鑄鐵的韌性下降，使鑄件裂紋趨勢增強，因此本發(fā)明輥身中B的添加量控制在0.3_0.6%ο
[0014]4、鎳Ni: Ni不溶入碳化物，全部進(jìn)入基體細(xì)化晶粒。在輥身材料中添加1.5-1.8%的Ni元素，目的在于消除硼元素對髙鉻白口鑄鐵韌性的消減作用，細(xì)化鑄鐵組織，抵消硼元素對高鉻鑄鐵的韌性的影響，降低鑄鐵裂紋趨勢。
[0015]5、鑰Mo:鑰一部分進(jìn)入碳化物中，另一部分融入奧氏體。在亞共晶高鉻鑄鐵中，基體中含鑰量大約為合金總含鑰量的10%-25%?；w中的鑰能使基體和碳化物的顯微硬度提高，使其碳化物細(xì)化，有利于鑄鐵的韌性和總體硬度的提高。經(jīng)耐磨性研究表明，加入1.0%以上的鑰便可使高鉻鑄鐵的耐磨性得到顯著提高，但是過量的鑰會增加材料裂紋敏感性。基于上述原因，本發(fā)明輥身中含鑰量確定為1.2-1.5%。
[0016]6、釩V:是強碳化物形成元素，由于釩會降低奧氏體中碳的濃度，使Ms點上升，使奧氏體不穩(wěn)定，將有利于馬氏體的形成。極小的VC顆粒均勻的分布在組織中，能夠提高力學(xué)性能，在結(jié)晶時會作為外來核心，明顯控制了結(jié)晶過程中其晶粒長大和碳化物晶界的移動，從而使組織細(xì)化，改善了碳化物的分布，減少粗壯的柱狀晶組織。釩可使碳化物球化。鑄態(tài)時，釩與碳結(jié)合既會生成初生碳化物，又會生成二次碳化物，使基體中的碳含量有所降低，提高M(jìn)s點，可獲得鑄態(tài)馬氏體組織。本發(fā)明輥身中含釩量為0.2-0.3%。
[0017]7、鎢W:鎢的化學(xué)性質(zhì)與鑰相近，唯一的差別是鑰引起組織轉(zhuǎn)變時的溫度較低。鎢的碳化物硬度較高，作為硬質(zhì)相提高高鉻鑄鐵的硬度。本發(fā)明輥身中含鎢量確定為0.2_0.3%ο
[0018]8、鈦T1:鈦對于減少在晶界處沉淀的含硼相的數(shù)量和減輕脆性相沿奧氏體晶界的連續(xù)分布具有明顯 的效果。但如果鈦過量，含鈦化合物數(shù)量增多且粗化，會導(dǎo)致高鉻鑄鐵的強度.韌性下降。基于上述原因，本發(fā)明輥身中含鈦量確定為0.1-0.2%
9、鈮Nb:鈮加入高鉻鑄鐵中可形成復(fù)合的MC型(V.Nb)，提高鑄鐵的耐磨性。鈮還可以增加碳化物的數(shù)量，細(xì)化凝固組織，減少網(wǎng)狀碳化物，提高高鉻鑄鐵的熱疲勞抗力。本發(fā)明輥身中含鈮量確定為0.1-0.2%。
[0019]此外，為保證輥身的質(zhì)量，硫和磷的含量都要控制< 0.03%。
[0020]以下給出幾個本發(fā)明輥身化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比的實施例:
實施例1:C 2.1% ；Si 0.6% ；Mn 0.4% ；Cr 21.4% ；Mo 1.41% ；Nil.57% ；B 0.3% ；Ti 0.15 ；ff0.2% ；Nb 0.13% V 0.26% ;釔基稀土 0.3% ；S 0.021%, P 0.022% ;余量為 Fe。
[0021]實施例2:C 2.2% ；Si 0.5 ；Mn 0.34% ；Cr 23% ；Mo 1.3% ；Nil.66% ；B 0.5% ；Ti 0.18 ；ff
0.25% ；Nb 0.2% V 0.23% ;釔基稀土 0.4% ；S 0.013%, P 0.018% ;余量為 Fe。
[0022]實施例3:C 2.29% ；Si 0.71% ；Mn 0.3% ；Cr 22.3% ；Mo 1.2% ；Nil.78% ；B 0.55% ；Ti
0.2 ；ff 0.23% ；Nb 0.16% V 0.2% ;釔基稀土 0.35% ；S 0.14%, P 0.015% ;余量為 Fe。
[0023]實施例4:C 2.3% ；Si 0.7% ；Mn 0.38% ；Cr 21% ；Mo 1.34% ；Nil.8% ；B 0.6% ；Ti 0.14 ；W 0.3% ；Nb 0.14% V 0.3% ;釔基稀土 0.5% ；S0.024%, P0.017% ;余量為 Fe。
[0024]實施例5:C 2.4% ；Si 0.8% ；Mn 0.5% ；Cr 22.8% ；Mo 1.5% ；Nil.5% ；B 0.35% ；Ti
0.1 ；ff 0.25% ；Nb 0.1% V 0.27% ;釔基稀土 0.37% ；S 0.026%, P 0.028% ;余量為 Fe。
[0025]本發(fā)明所述軋輥的制備方法如下:
a、熔煉輥身鐵水:該步驟按配比將輥身原料優(yōu)質(zhì)廢鋼、生鐵、鉻鐵、鎢鐵、鑰鐵、鎳板混合加熱熔化，待鐵水熔清加入硅鐵和錳鐵；當(dāng)溫度升溫至1500-1520°C時加鋁脫氧，然后依次加入配比量的釩鐵、鈮鐵、鈦鐵及配比量90%的硼鐵，當(dāng)鐵水達(dá)到1630°C時出爐。
[0026]b、鐵水爐前處理:將配比量的乾基稀土、及配比量10%的硼鐵、原料總量0.3%鎳鎂合金(鎳鎂合金中含鎳80%含鎂20%)破碎至粒度3-8mm的小塊，烘烤后置于包底，用包內(nèi)沖入法對鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理。
[0027]C、澆注輥身:該步驟采用鑲鑄，鑲鑄前先對襯層的45號無縫鋼管的表面去除氧化層，并車制出螺旋溝槽，螺旋溝槽的槽深和槽寬均為I毫米。參看圖1，鑲鑄裝置由下至上依次為底箱1、冷型2、冒口箱5和上蓋6。澆注前在冷型2內(nèi)噴涂石英粉涂料，涂料厚度
2.5-3_，噴涂溫度200-300攝氏度；底箱I放在支架上找平，放入鋼管3，合好箱；鑄型內(nèi)沖入氬氣，鋼管下端插入烘烤槍烘烤鋼管，當(dāng)鋼管溫度達(dá)到800-100(TC時澆注鐵水，鐵水4澆注在冷型與鋼管之間，鐵水澆注溫度為1530-1580°C。本發(fā)明采用鑲鑄的方法將襯層與輥身復(fù)合為一體，可以明顯提高輥身與襯層的結(jié)合強度，有效避免使用中結(jié)合面開裂。
[0028]d、粗加工:澆注后保溫20-30小時后開箱將輥套空冷，冷卻后對輥身表面進(jìn)行粗加工，預(yù)留5-8mm余量；
e、熱處理:淬火和二次回火。先將輥套緩慢升溫至1000-1050°C，保溫4_6小時，空冷或風(fēng)冷至400°C ;然后入回火窯進(jìn)行兩次回火，回火溫度480-550°C，保溫時間8_12小時，第二次回火保溫結(jié)束后即可直接壓裝芯軸，裝配完畢后的軋輥入爐隨爐冷卻至室溫。
[0029]f、精加工:將輥身加工至成品尺寸。 [0030]本發(fā)明輥身經(jīng)熱處理后的組織為板條狀馬氏體，其硬度:60.9HRC、沖擊韌性:
8.2J/cm2，上述指標(biāo)均高于離心貝氏體軋輥，軋制量比離心貝氏體復(fù)合軋輥的軋制量提高3-4 倍。
【權(quán)利要求】
1.一種亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，其特征在于，它包括輥套和芯軸，所述輥套由亞共晶高鉻白口鑄鐵的輥身和無縫鋼管的襯層構(gòu)成，所述輥身化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比如下:c2.1-2.4% ；Si 0.5-0.8% ；Mn 0.3-0.5% ；Cr 21-23% ；Mo 1.2-1.5% ；Nil.5-1.8% ；B 0.3-0.6% ；Ti 0.1-0.2 ；ff 0.2-0.3% ；Nb 0.1-0.2% V 0.2-0.3% ;釔基稀土 0.3-0.5% ；S ≤ 0.03%,P≤0.03% ;余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，其特征在于，所述輥身的物理性能如下:硬度55-62HRC ;沖擊韌性5-10J/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥，其特征在于:所述襯層的無縫鋼管材質(zhì)為45鋼，襯層表面去除氧化層并車制出螺旋溝槽。
4.一種制備如權(quán)利要求1、2或3所述的亞共晶高鉻白口鑄鐵軋輥方法，其特征在于，它按照如下步驟進(jìn)行: a、熔煉輥身鐵水:按配比將優(yōu)質(zhì)廢鋼、生鐵、鉻鐵、鎢鐵、鑰鐵、鎳板混合加熱熔化，待鐵水熔清加入硅鐵和錳鐵；溫度升溫至1500-1520°C，加鋁脫氧；依次加入配比量的釩鐵、鈮鐵、鈦鐵及配比量90%的硼鐵，當(dāng)鐵水達(dá)到1630°C時出爐； b、爐前處理:將配比量的釔基稀土、及配比量10%的硼鐵、原料總量0.3%的鎳鎂合金烘烤后，置于包底對鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理； C、澆注輥身:冷型內(nèi)噴涂石英粉涂料，涂料厚度2.5-3_，噴涂溫度200-300攝氏度；底箱放在支架上找平，放入鋼管，合好箱，鑄型內(nèi)沖入氬氣，鋼管下端插入烘烤槍烘烤鋼管，鋼管溫度達(dá)到800/1000°C時澆注，鐵水澆注溫度1530-1580°C ； d、輥身粗加工:澆注后保溫20-30小時后開箱空冷，冷卻后輥身表面粗加工，預(yù)留5-8mm余量； e、輥套熱處理:將輥套緩慢升溫至1000-1050°C，保溫4-6小時，空冷或風(fēng)冷至400°C；入回火窯進(jìn)行兩次回火，回火溫度480-550°C，保溫時間8-12小時，第二次回火保溫結(jié)束后壓裝芯軸，裝配完畢后的軋輥入爐隨爐冷卻至室溫； f、精加工:輥身加工至成品尺寸。
【文檔編號】C22C33/04GK103993220SQ201410201205
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】陳國良, 李安順, 呂金英, 李晗蘊, 張海亮, 張秀照 申請人:邢臺正錕機械軋輥有限公司