復(fù)合乳輥制造工藝。因此，研究開發(fā)新型復(fù)合乳輥制造工藝和設(shè)備，對各種材質(zhì)乳輥和大型乳輥進行低成本、高效率、高性能制造是當(dāng)前急需解決的課題。是復(fù)合乳輥制造技術(shù)發(fā)展的新方向。
[0021 ]鑄鐵系乳輥是指含碳量在2.50?3.5%的乳輥，按主要材料可分為普通鑄鐵乳輥、鎳鉻無限冷硬復(fù)合鑄鐵乳輥、高鉻復(fù)合鑄鐵乳輥和合金球墨鑄鐵乳輥四大類。合金球墨鑄鐵乳輥具有良好的抗熱沖擊和耐磨損性能，被廣泛應(yīng)用做大型初乳機、型鋼乳機、棒材連乳機和大型無縫管乳機用輥。目前國內(nèi)主要采用可采用離心復(fù)合澆注工藝制造，受制造工藝的限制，芯部采用球墨鑄鐵，由于球墨鑄鐵強度低，在乳鋼生產(chǎn)中易發(fā)生斷輥，嚴(yán)重的影響了乳鋼生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0022]目前在棒材成品、切分機架和板帶材乳制中，通常使用離心貝氏體乳輥，這種乳輥在長期使用過程中存在以下不足:1、硬度落差大，離心貝氏體乳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，乳制噸位可下降50?70噸;2、抗熱疲勞性能差，乳輥長期工作在高溫狀態(tài)下，低的抗熱疲勞性能導(dǎo)致乳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)重影響乳件質(zhì)量;3、離心貝氏體乳輥的韌性低、脆性大，斷輥現(xiàn)象時有發(fā)生。而且該材料由于石墨呈扁條狀，碳化物呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以基體強度相對較低，因此在實際使用中其耐磨性仍感不足，使用壽命不長(毫米乳制量一般為2000?3000噸)；其次，由于碳化物呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，及石墨空穴的邊界效應(yīng)，使得該材料的抗熱裂紋性能也欠佳，所制成乳輥在板帶乳制過程中，隨著乳制量的增加會產(chǎn)生熱裂紋，因此需要經(jīng)常停機更換乳輥，將其撤下修復(fù)。不僅影響乳機的班時生產(chǎn)效率，增加更換操作強度，和修復(fù)工作量;而且還會影響乳制板帶的表面質(zhì)量，熱裂紋產(chǎn)生修復(fù)還降低了乳輥的使用壽命，造成生產(chǎn)成本較高。上述問題導(dǎo)致離心貝氏體乳輥整體使用壽命較短，不能滿足高效率乳機生產(chǎn)要求。
[0023]提高高N1-Cr-Mo鑄鐵耐磨性的關(guān)鍵在于改善其組織形態(tài)，即破壞其連續(xù)網(wǎng)狀的碳化物結(jié)構(gòu)，增強其基體的連續(xù)性進而提高鑄鐵的韌塑性。同時，根據(jù)金屬學(xué)原理，晶粒的細(xì)化有助于提高材料的力學(xué)性能。因此，對于高鎳鉻鉬鑄鐵，若能夠細(xì)化其晶粒并改善其碳化物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，無疑將對其耐磨性產(chǎn)生有益影響。
[0024]乳制過程自動動化、連續(xù)化、重型化是現(xiàn)代乳制技術(shù)的發(fā)展方向。由于對乳制鋼材的特殊需求，對乳材的尺寸、表面精度、乳材的性能均提出了更高的要求。另外，隨著乳制技術(shù)的發(fā)展，乳輥的工作環(huán)境也越來越苛刻。因此，針對目前使用的乳輥所存在的問題，開發(fā)新型的乳輥材料，改進傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，使乳輥滿足乳機生產(chǎn)要求，是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注和研究的重要課題。為現(xiàn)代化乳機配備高性能的乳輥成為我國乳輥行業(yè)面臨的新課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的目的在于針對己有技術(shù)的不足，提出一種生產(chǎn)工藝簡單、設(shè)備投資小、生產(chǎn)效率高、成本低、抗熱裂性能好、硬度落差小、韌性好，耐磨性好的一種鍛鋼輥頸無限冷硬高鎳鉻鉬復(fù)合乳輥工藝及設(shè)備，解決離心鑄造法易發(fā)生成分偏析，CPC法、ESR法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、耗電量大、成本高、效率低的不足，采用鍛鋼做輥頸，解決斷輥難題。
[0026]解決其技術(shù)問題的設(shè)備方案是:該設(shè)備有一龍門式區(qū)域定向凝固升降設(shè)備16，在龍門式區(qū)域定向凝固升降設(shè)備6上安裝有升降臺17，在升降臺17的上面安裝有電磁感應(yīng)加熱器8，通過升降電機14轉(zhuǎn)動升降螺桿15或液壓設(shè)備帶動升降臺17以所設(shè)定的速度上下移動，在龍門式區(qū)域定向凝固升降設(shè)備16的側(cè)面安裝電磁感應(yīng)電源控制柜19，電磁感應(yīng)電源控制柜19的兩個輸出端通過水冷電纜20與電磁感加熱器8的兩端相連接，在龍門式區(qū)域定向凝固升降設(shè)備16的下部有一底座支架、在底座支架13上安裝有支承底座12，在支承底座12的上面安裝有水冷底水箱11，底水箱11的中心為圓形通孔，在底水箱11的上面安裝有中心為圓形通孔的澆注底板10，在澆注底板10的上面安裝有組合式水冷結(jié)晶器7，在水冷結(jié)晶器7的上部安裝有保溫圈6，乳輥芯棒5通過支承底座12、底水箱11和澆注底板12的中心圓孔固定在結(jié)晶器7的中心，在澆注底板10的一側(cè)聯(lián)接有澆鑄流道3，澆鑄流道3安裝在底座支架13上并與澆注坐磚4相連接，澆注坐磚4上面安裝有中注管2，在中注管的頂部安裝有澆鑄漏斗I，在澆注漏斗I的上面有澆注包18。
[0027]在水冷底水箱11的側(cè)面分別有進水管23和出水管24;水冷結(jié)晶器7由在結(jié)晶器圓周上均勻分布的2或3整數(shù)倍的組合式結(jié)晶器弧形水冷箱體組件7組成，在每個弧形水冷箱體組件7的下部聯(lián)接有進水管21，在每個弧形水冷箱體組件7的上部聯(lián)接有出水管22，通過聯(lián)接螺栓9將弧形水冷箱體組件7連接成圓桶形整體;保溫圈6由耐火材料或者纖維增強耐火材料制造;電磁感應(yīng)電源為工頻感應(yīng)電源、中頻感應(yīng)電源、高頻感應(yīng)電源，頻率為500Hz?3000Hz ο
[0028]解決其技術(shù)問題采用的工藝技術(shù)方案是:
(1)芯軸制備和預(yù)熱
首先將制造好的所需尺寸的乳輥芯棒表面進行除油、除銹處理后，在其表面均勻涂覆一層防氧化涂料，放入加熱爐內(nèi)進行預(yù)熱到500°C?700°C后，通過支承底座、底水箱和澆注底板的中心圓孔固定在結(jié)晶器的中心，啟動區(qū)域定向凝固升降裝置，將電磁感應(yīng)加熱器下降到結(jié)晶器的底部，打開水冷結(jié)晶器和底水箱的進出水管，啟動電磁感應(yīng)加熱電源，通過安裝在水冷結(jié)晶器外部的感應(yīng)加熱器對芯棒進行表面加熱，待加熱到840°C?1100°C ；
(2)成分設(shè)計
鍛鋼輥頸無限冷硬高鎳鉻鉬復(fù)合乳輥工作層材料成分的質(zhì)量百分比為:
C: 2.9?3.5%，S1:0.60?I.20%,Mn:0.50?I.30%,N1:3.2?4.5%,Cr:1.0?2.0%，Mo:
0.20?1.1%，W:0.1?2%，Cu:0.5?1.0%，Ρ: < 0.05%,S: <0.03%，Sb:1?3%，Ν:0.02?
0.18%，Ce0.1?0.3%，余量為Fe以及不可避免的微量元素；
(3)金屬液熔煉
按無限冷硬高鎳鉻鉬乳輥預(yù)定材料成分稱取原料生鐵、回爐料、廢鋼、鉻鐵合金、鎢鐵、鉬鐵合金、鎳錠、紫銅，放置到中頻爐中熔煉，熔煉過程中進行多次造渣扒渣，保證鐵水純凈度；當(dāng)鐵水溫度為1450?1500°C時，取樣進行化驗，并調(diào)整各元素含量直至符合成分要求；
將鐵水包烘烤后，將預(yù)熱好的所需重量的稀土 Ce和Sb、CrN、Si3N4合金晶粒細(xì)化劑與I/3需要加入硅鐵孕育劑一起埋入烘烤過的鐵水包中的凹坑里，其上覆蓋0.5?1%的乳輥鐵肩并壓實，先沖入總量2/3的熔化好的合格成分的鐵水，待反應(yīng)結(jié)束后，補加剩余的1/3鐵水，并在出鐵槽中隨流倒入預(yù)熱的硅鐵粒(孕育總量中剩余的2/3的75SiFe)，充分?jǐn)嚢韬蟀窃⒓痈采w劑準(zhǔn)備澆注；
(4)澆注
將孕育、細(xì)化處理好的乳輥外層金屬液倒入澆注包內(nèi)，將澆注包內(nèi)的金屬液按照所預(yù)定的澆注程序通過澆注漏斗、中注管、澆鑄流道澆入結(jié)晶器內(nèi)與芯棒之間的空隙中，在澆注過程中，澆注溫度應(yīng)控制在1300?1350°C范圍，開始澆注需大流，40?60s后，開始減流慢澆，全部澆注過程不得大于5min，電磁感應(yīng)加熱器不停止加熱，金屬液澆注完畢后，感應(yīng)加熱器繼續(xù)進行加熱10?50分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內(nèi)保持液態(tài)，以增加液固時間，使界面形成冶金結(jié)合，啟動區(qū)域定向凝固升降裝置將電磁感應(yīng)加熱器以一定的速度向上提升，逐步脫離電磁感應(yīng)加熱的輥軸復(fù)合層由下向上逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求在不同的區(qū)域內(nèi)控制不同的上升速度，形成區(qū)域定向凝固，經(jīng)5?15分鐘升到保溫圈處停止，繼續(xù)對保溫圈進行加熱10?50分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復(fù)合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復(fù)合層金屬鑄造缺陷，達到預(yù)定時間后停止加熱，繼續(xù)通水冷卻30分鐘?24小時，將鑄造好的復(fù)合輥軸從結(jié)晶器內(nèi)取出。
[0029](5)熱處理工藝
緩緩升溫10?12h，在520°C下按乳輥直徑每30mm保溫Ih進行保溫，然后，隨爐緩慢冷卻，到150°C出爐。
[0030]所述的乳輥芯棒材料為鍛造或者鑄造低合金鋼、中碳鋼或球墨鑄鐵。
[0031 ] 所述的75SiFe孕育劑加入量為0.2?0.4%。
[0032]所述的對原材料為CrN和Si3N4。
[0033]所述的組合式結(jié)晶器通過添加或減少不同尺寸的弧形水冷箱體組件既可以實現(xiàn)組合式結(jié)晶器內(nèi)直徑尺寸在一定范圍內(nèi)的調(diào)整，滿足不同不同直徑尺寸復(fù)合乳輥的制造，從而降低了成型模具費用。
[0034]所述芯棒表面防氧化涂料的成分為Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一種或多種成分組成。
[0035]有益效果
本發(fā)明方法和離心鑄造法、CPC法、ESLLM法等方法生產(chǎn)的乳輥有很大的不同，其主要特點是:
1、使用該發(fā)明工藝制造復(fù)合乳輥，由于特殊的鑄造方法使熔融的金屬自下而上凝固，有利于液體金屬的補縮，克服了離心鑄造法易產(chǎn)生組織偏析的缺陷，所制造的復(fù)合乳輥材料沒有密度偏析，結(jié)晶組織優(yōu)良，組織均勻，晶粒細(xì)小致密度高。芯棒和復(fù)合層材料的選擇范圍寬，可以根據(jù)不同的使用要求自由的選擇不同強度要求的鍛造或鑄造芯棒材料和不同性能的復(fù)合層材料，乳輥外層可以采用高合金材質(zhì)，使其具有良好的紅硬性和高溫耐磨性。
[0036]2、采用電磁感應(yīng)加熱器在澆注前對乳輥芯軸在結(jié)晶器內(nèi)直接進行預(yù)熱，澆注后對乳輥芯軸和所澆注的金屬液進行保溫，減少了輥芯與外層金屬液之間的溫度差，有利于雙金屬材料的良好復(fù)合，具有良好的機械