本發(fā)明涉及一種耐磨型高鉻鐵輥環(huán)及其制造方法，屬于軋輥制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

h型鋼以其優(yōu)良的力學(xué)性能，廣泛用于要求承載能力大、截面穩(wěn)定型好的大型橋梁，高層建筑，重型設(shè)備以及高速公路等方面，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。h型鋼軋制方法與其他熱軋型鋼有著很大的不同，通常采用萬能法進(jìn)行軋制，水平輥采用輥環(huán)與芯軸鑲配。輥環(huán)通常為復(fù)合材質(zhì)，外層為高碳半鋼材質(zhì)，芯部為強(qiáng)韌性較好的石墨鋼或球墨鑄鐵材質(zhì)。水平輥環(huán)主要用于軋制h型鋼的腹板及翼緣內(nèi)側(cè)，由于h型鋼的翼緣尺寸較大，因此，萬能軋機(jī)水平輥環(huán)外圓及兩個(gè)端面均為工作面參與軋制。軋制過程中輥環(huán)端面不同位置處速度差別大，端面磨損嚴(yán)重，因此輥環(huán)工作層要求通常較厚，工作層內(nèi)硬度落差要求小。

隨著用戶對(duì)h型鋼質(zhì)量要求的不斷提升，高碳半鋼材質(zhì)耐磨型差的問題表現(xiàn)的越來越突出，往往車削后單次過鋼量500～800支就因磨損大而不得不換輥，增加了換輥頻次，也制約了h型鋼軋線產(chǎn)量的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種適合于h型鋼軋制的耐磨型高鉻鐵輥環(huán)及其制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種耐磨型高鉻鐵輥環(huán)，所述輥環(huán)用于h型鋼軋制，所述輥環(huán)外層為耐磨高鉻鐵材質(zhì)，各合金元素成分及重量百分含量為：c2.20～3.00％，si0.40～1.20％，mn0.50～1.20％，p≤0.10％；s≤0.05％，cr15.0～22.0％，ni0.80～1.50％，mo1.00～2.50％，v0.50～1.50％，w0.50～1.50％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；所述輥環(huán)芯部為球磨鑄鐵材質(zhì)。

進(jìn)一步的，耐磨型高鉻合金材質(zhì)的各合金元素成分及重量百分含量?jī)?yōu)選為c2.32～2.83％，si0.55～1.11％，mn0.64～1.15％，p≤0.08％；s≤0.048％，cr16.2～21.2％，ni0.93～1.46％，mo1.21～2.22％，v0.66～1.38％，w0.65～1.33％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種耐磨型高鉻鐵輥環(huán)的制造方法，采用離心復(fù)合鑄造方式，具體工藝步驟如下：

1)采用中頻爐分別冶煉外層鐵水及芯部鐵水，外層鐵水的冶煉溫度為1450～1550℃；

2)將冶煉好的外層鐵水澆入到高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)鑄型上，控制外層鐵水凝固3～5min后澆入芯部鐵水，2～3h后停止離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；

3)輥環(huán)脫模后緩冷至100℃以下出槽，出槽后對(duì)輥環(huán)進(jìn)行加工；

4)將輥環(huán)裝入高溫電阻爐加熱到900～1100℃，保溫30～90min后出爐空冷，待溫度降低至150～350℃后裝低溫電阻爐進(jìn)行回火處理；

5)將完成熱處理的輥環(huán)按圖紙加工至工藝要求。

進(jìn)一步的，步驟2)中使用的離心機(jī)為立式離心機(jī)。

進(jìn)一步的，步驟4)中的回火處理分為三次進(jìn)行。

進(jìn)一步的，步驟4)中的三次回火處理，其中，第一次回火溫度為480-530℃，第一次回火時(shí)間為15-20h；第二次回火溫度為500-550℃，第二次回火時(shí)間為15-20h；第三次回火溫度為500-550℃，第三次回火時(shí)間為25-40h。

進(jìn)一步的，步驟2)中澆注外層鐵水時(shí)的離心機(jī)轉(zhuǎn)速為300-330r.p.m，澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為310-340r.p.m，澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速比澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速小。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：

本發(fā)明中耐磨型高鉻鐵輥環(huán)的工作層厚度大，硬度均勻落差小，輥環(huán)的外圓及兩個(gè)端面均具有良好的強(qiáng)度和硬度。

本發(fā)明中的耐磨型高鉻鐵輥環(huán)較高碳半鋼材質(zhì)的輥環(huán)的使用性能提高100％以上，大幅提高h(yuǎn)型鋼軋線軋制效率，降低輥耗，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

本發(fā)明中的高鉻鐵輥環(huán)，耐磨性較傳統(tǒng)高碳半鋼材質(zhì)提高120％以上。實(shí)際使用效果表明，采用本發(fā)明中的耐磨型高鉻鐵輥環(huán)軋制，單次過鋼量可達(dá)到1600～1900支，實(shí)現(xiàn)了2～3倍于傳統(tǒng)高碳半鋼材質(zhì)軋輥軋制周期的延長(zhǎng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

本發(fā)明公開了一種耐磨型高鉻鐵輥環(huán)及其制造方法，目的是提供一種適用于h型鋼軋制的耐磨型高鉻鐵輥環(huán)，該輥環(huán)的工作層厚度大，工作層內(nèi)硬度落差小，輥環(huán)外圓及兩個(gè)端面均具有良好的耐磨性。在軋制h型鋼時(shí)輥耗低，輥環(huán)壽命長(zhǎng)。

一種耐磨型高鉻鐵輥環(huán)，所述輥環(huán)用于h型鋼軋制，所述輥環(huán)外層為耐磨高鉻鐵材質(zhì)，各合金元素成分及重量百分含量為：c2.20～3.00％，si0.40～1.20％，mn0.50～1.20％，p≤0.10％；s≤0.05％，cr15.0～22.0％，ni0.80～1.50％，mo1.00～2.50％，v0.50～1.50％，w0.50～1.50％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；所述輥環(huán)芯部為球磨鑄鐵材質(zhì)。

上述輥環(huán)外層的耐磨型高鉻鐵材質(zhì)的各合金元素成分及重量百分含量還可以優(yōu)選為：c2.32～2.83％，si0.55～1.11％，mn0.64～1.15％，p≤0.08％；s≤0.048％，cr16.2～21.2％，ni0.93～1.46％，mo1.21～2.22％，v0.66～1.38％，w0.65～1.33％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

所述耐磨型高鉻鐵輥環(huán)的制造方法，采用離心復(fù)合鑄造方式，具體工藝步驟如下：

1)采用中頻爐分別冶煉外層鐵水及芯部鐵水，外層鐵水的冶煉溫度為1450～1550℃。

2)將冶煉好的外層鐵水澆入到高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)鑄型上，控制外層鐵水凝固3～5min后澆入芯部鐵水，2～3h后停止離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；該工藝步驟中使用立式離心機(jī)進(jìn)行離心澆注；澆注外層鐵水時(shí)的離心機(jī)轉(zhuǎn)速為300-330r.p.m，澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為310-340r.p.m，澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速比澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速小。

3)輥環(huán)脫模后緩冷至100℃以下出槽，出槽后對(duì)輥環(huán)進(jìn)行加工。

4)將輥環(huán)裝入高溫電阻爐加熱到900～1100℃，保溫30～90min后出爐空冷，待溫度降低至150～350℃后裝低溫電阻爐進(jìn)行回火處理；該工藝步驟中的回火處理分為三次進(jìn)行。第一次回火溫度為480-530℃，第一次回火時(shí)間為15-20h；第二次回火溫度為500-550℃，第二次回火時(shí)間為15-20h；第三次回火溫度為500-550℃，第三次回火時(shí)間為25-40h。

5)將完成熱處理的輥環(huán)按圖紙加工至工藝要求。

下面是本發(fā)明的具體實(shí)施例：

實(shí)施例1

本實(shí)施例的輥環(huán)的制造方法包括以下步驟:

1)使用中頻爐冶煉作為內(nèi)層的球磨鑄鐵材質(zhì)的鐵水和添加了合金元素的外層鐵水，外層鐵水的各合金成分及重量百分含量為c2.70％，si0.80％，mn0.90％，p0.10％；s0.05％，cr19.0％，ni1.20％，mo1.50％，v1.00％，w0.50％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)，外層鐵水的冶煉溫度控制為1480℃。

2)將冶煉好的外層鐵水澆入到高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)鑄型上，控制外層鐵水凝固3min40s后澆入芯部鐵水，2h20min后停止離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；該工藝步驟中使用立式離心機(jī)進(jìn)行離心復(fù)合澆鑄。澆注外層鐵水時(shí)的離心機(jī)轉(zhuǎn)速為300r.p.m，澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為310r.p.m。

3)輥環(huán)脫模后緩冷至100℃以下出槽，出槽后對(duì)輥環(huán)進(jìn)行加工，并進(jìn)行探傷檢測(cè)，確認(rèn)結(jié)合層質(zhì)量無問題后裝爐熱處理。

4)將輥環(huán)裝入高溫電阻爐加熱到1050℃，保溫40min后出爐空冷，待溫度降低至180℃后裝低溫電阻爐進(jìn)行回火處理；該工藝步驟中的回火處理分為三次進(jìn)行。其中，第一次回火溫度為510℃，第一次回火時(shí)間為15h；第二次回火溫度為510℃，第二次回火時(shí)間為15h；第三次回火溫度為520℃，第三次回火時(shí)間為35h。

5)將完成熱處理的輥環(huán)按圖紙精加工至工藝要求。

實(shí)施例2～實(shí)施例8

各實(shí)施例的制造方法工藝步驟與實(shí)施例1基本相同，不同之處見下表：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了合理的合金組成成分及重量百分含量，同時(shí)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的最佳澆注工藝以及熱處理方式，使合金中的各組分能夠最大限度的發(fā)揮作用。

本發(fā)明中的外層即工作層的材質(zhì)為為高鉻鐵，其中鉻的重量百分含量高達(dá)15.0～22.0％，鉻主要作用是提高淬透性，使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學(xué)性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。當(dāng)鉻含量超過15％時(shí)，強(qiáng)度和硬度將有所下降，但伸長(zhǎng)率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提高，綜合使用性能提高。

釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑，鋼中加少量的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

本發(fā)明中的耐磨型高鉻鐵輥環(huán)通過在外層的合金成分中加入較高含量的cr以提高輥環(huán)外層的綜合使用性能尤其是耐磨性。本發(fā)明中還添加了v、mo、ni等元素，可以輔助cr元素使輥環(huán)的外層具有較好的綜合使用性能。

鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力。鉬還可以抑制合金鋼由于淬火火而引起的脆性。

本發(fā)明中的輥環(huán)采用復(fù)合方式生產(chǎn)，主要表現(xiàn)在外層作為工作層使用耐磨型高鉻鐵材質(zhì)，芯部使用球磨鑄鐵。在鑄造時(shí)采用離心復(fù)合鑄造方式，先澆注外層鐵水，再澆注芯部鐵水。上述離心復(fù)合鑄造方式，能夠使結(jié)合層內(nèi)部組織均勻沒有缺陷，質(zhì)量良好。本發(fā)明中在澆注外層鐵水和芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠保證工作層內(nèi)質(zhì)地均勻，硬度落差要求??；本發(fā)明中在澆注心部鐵水前控制外層鐵水凝固3～5min，此時(shí)外層鐵水大部分已經(jīng)凝固，但是還未全部凝固，這樣可以使輥環(huán)的內(nèi)層與外層之間形成一個(gè)結(jié)合層；澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠保證外層和內(nèi)層之間的結(jié)合層具有較好的結(jié)合強(qiáng)度。

本發(fā)明中澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在300-330r.p.m之間，澆注內(nèi)層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在310-340r.p.m之間，在同一次生產(chǎn)工藝過程中保證澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速比澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速小10r.p.m左右。澆注外層鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速比澆注芯部鐵水時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速稍小，該設(shè)計(jì)既可以保證外層鐵水工作層內(nèi)質(zhì)地均勻，硬度落差要求小，輥環(huán)的外圓及兩個(gè)端面均具有良好的硬度和耐磨性，還可以保證輥環(huán)的外層和內(nèi)層之間形成一個(gè)具有良好結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)合層。

本發(fā)明中還根據(jù)所需要的輥環(huán)性能以及相應(yīng)的合金成分設(shè)計(jì)了合理的工藝步驟，尤其是熱處理過程中的回火階段采用三次回火的方式。本發(fā)明中的的熱處理工藝能夠使輥環(huán)工作層的硬度落差小，從而延長(zhǎng)輥環(huán)的使用壽命。

本發(fā)明中設(shè)計(jì)了特定的熱處理方式，尤其表現(xiàn)在回火處理上。本發(fā)明中回火處理分為三次進(jìn)行，三次回火為高溫回火，可以充分消除輥環(huán)內(nèi)部的參與應(yīng)力，輥環(huán)內(nèi)部硬度落差小，尤其是輥環(huán)的工作層硬度落差小。

本發(fā)明中耐磨型高鉻鐵的芯部韌性好，過渡層結(jié)合強(qiáng)度高，輥環(huán)的外圓和端面具有良好的耐磨性，使用性能大幅提高，軋制h型鋼的效率大幅提高，輥環(huán)的使用壽命大幅延長(zhǎng)。