CN102899567B - 一种耐磨定宽机模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耐磨定宽机模块及其制造方法，属于定宽机模块技术领域。其成分及质量分数％：2.5~2.8C，1.8~2.4Si，3.2≤C+1/3Si≤3.5，2.2~2.5Al，0.6~0.8Cu，0.5~0.8Ni，0.15~0.30Mo，0.3~0.6Mn，0.03~0.05Ca，0.03~0.05Ba，0.04~0.07Mg，0.015~0.035Zn，0.003~0.006B，0.02~0.04Ti，0.08~0.10V，0.012~0.030N，P≤0.035，S≤0.010，Fe余量。利用电炉生产，采用冷硬树脂砂型铸造，定宽机模块强度高，韧性好，具有良好的高温抗氧化性、抗热疲劳性能和耐磨性。

Description

一种耐磨定宽机模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种定宽机模块及其制造方法，特别涉及一种大侧压定宽压力机耐磨模块及其制造方法，属于定宽机模块技术领域。 

背景技术

大侧压定宽（Sizing Press，简称SP）是一项在线调宽技术，已成为现代热轧带钢生产中的一项重要新技术，它是用来对板坯进行一次性大尺寸侧压的重要新设备。定宽压力机的主要用途是根据不同成品板宽要求来定制粗轧前板坯宽度，特别适用于连铸坯规格少而又要生产多种不同板宽的成品板的场合，可有效减少原料坯宽度规格和连铸坯宽度调整时间和次数，提高连铸机产量和生产率，降低板坯库存量，简化板坯库管理和轧制计划，便于及时生产满足用户需要的各种宽度规格带钢。 

由于大侧压定宽压力机拍打的对象是刚刚从加热炉中取出的钢坯，其均温达到1100℃以上，在高负荷、高温作用条件下，还要受到高频率冲击的作用。因此，定宽压力机模块的工况条件极其恶劣。这就要求定宽压力机模块的工作层具有良好的耐高温疲劳性能、耐高温冲击性能、耐高温磨损性能，这无疑是对材料的综合性能提出了十分苛刻的要求。然而目前，定宽压力机模块的工作面常常会出现大面积的裂纹。裂纹较多时，若不及时更换模块，就会在工作面上出现“表面剥落”的现象，给轧钢生产带来重大隐患。 

为了提高大侧压定宽压力机模块的使用寿命，日本专利JP2002194478A公开了用于定宽机模块的铸铁材料，其成分按重量百分比包括：C：3.2~4.2%、Si：1.0~2.5%、Mn：0.1~0.6%、P：0.10%以下、S：0.02%以下、Cr：0.15%以下、Mg：0.04~0.10%，Fe余量，在所述结构中，15%以上的面积比例析出结晶石墨， 在所述析出的结晶石墨中石墨颗粒粒径在100μm以上的占50%以上，然而该专利所提供的铸铁材料中，含有过多的夹杂物，严重地影响铸铁的性能，尤其是降低塑性和韧性，导致模块使用中易出现裂纹和剥落。中国专利CN102168224A也公开了一种定宽机模块，所述定宽机模块由球墨铸铁加工浇铸成型，其特征在于：所述球墨铸铁包括以下质量百分比的成分：C：3～3.9％，Si：1.5～2.2％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.04％，S≤0.012％，Cr＜0.3％，Ni：1.5~2.3%，Mo：0.4~0.6%，稀土元素：0.08～0.25％，Fe余量。该发明所提供模块材料中含有较多价格昂贵的镍、钼元素，还存在强度低和韧性差的不足。中国专利CN202061891U还公开了一种定宽机模块，其传动侧模块的工作面由三个斜面和一个曲面组成；第一斜面与水平交角α₁＜20°，第二斜面与水平交角α₂＜13°，第二斜面与曲面相切，第三斜面与水平交角α₃为12°，第三斜面与曲面相切。第一斜面水平长度：第二斜面水平长度：曲面水平长度：第三斜面水平长度比例为12：22：23：11。由于改变了传动侧模块工作面的形状，使之有利于金属流动量的均衡一致，可根据出炉板坯宽度方向上两侧温差，灵活调整模块一侧工作面的曲面形式，从而有效控制经定宽机侧压后的板坯侧弯，既可极大简化生产工艺，又可减少侧弯缺陷，提高产品质量。中国专利CN201791735U还公开了一种热轧机组板坯压力加工模块，特别涉及大侧压定宽机用模块。一种热轧机组侧压定宽机模块(1)，其工作面(2)包括一个平面(22)和三个斜面(21)、(23)和(24)，沿纵向在模块的工作面上加工两个以厚度中心线为对称的V形槽。沿模块的纵向上的任一横断面(A-A)上的工作面曲线由第一直线(25)、第一个横向的V形线(26)、中部直线(27)、第二个横向的V形线(28)和第三直线(29)构成。本发明侧压定宽机曲面模块首先加大对板坯的厚度方向上中部金属侧边的压下量，而靠近上下表面的金属侧压量要小于中心部分，减小板坯在侧压过程和水 平轧制过程中侧边向上下表面的翻平量，最终减少带钢边部细线等缺陷的生成，提高带钢产品的成材率。为了提高模块的使用寿命，上海交通大学（王光寰，定宽侧压机复合型模块的研制与应用，上海交通大学学位论文，2009）还提出采用Ni-Cr-Mo-W镍基焊条堆焊于定宽压力机模块的工作面，达到延长模块寿命的目的，但是采用堆焊方法制造定宽压力机模块，堆焊层存在硬度均匀性差和耐磨性低的不足，且堆焊层使用中易出现开裂和剥落。 

发明内容

本发明的目的是针对现有定宽机模块使用中存在的诸多问题，提出采用强韧性好的低碳球墨铸铁制造定宽机模块，在低碳球墨铸铁基础上，适当加入铜、铝、镍、钼等合金元素，提高球铁的强度和硬度，并采用铜镁合金球化剂和镍镁合金球化剂球化，改善球铁球化效果，另外，还加入少量钙、钡、锌、钛、硼、钒、氮等微合金化元素，细化球***固组织，改善定宽机模块的韧性和热疲劳抗力，促进定宽机模块使用寿命的大幅度提高。 

本发明的目的可以通过以下措施来实现： 

本发明定宽机模块的化学组成成分是（质量分数%）：2.5~2.8C,1.8~2.4Si,3.2≤C+1/3Si≤3.5,2.2~2.5Al,0.6~0.8Cu,0.5~0.8Ni,0.15~0.30Mo,0.3~0.6Mn,0.03~0.05Ca,0.03~0.05Ba,0.04~0.07Mg,0.015~0.035Zn,0.003~0.006B,0.02~0.04Ti,0.08~0.10V，0.012~0.030N,P≤0.035,S≤0.010,Fe余量。 

本发明定宽机模块用电炉熔炼，其制造工艺步骤是： 

①将普通废钢、增碳剂和钼铁混合加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将温度升至1560～1580℃，加铝和硅钙钡合金后出炉，铁水出炉过程中加入质量是出炉铁水总质量0.70～0.85%的硅铁进行随流孕育处理，其中所用的硅铁中硅质量含量为75～80%； 

②将铜镁合金球化剂、镍镁合金球化剂、硼铁、金属锌、钒氮合金和钛铁破碎至粒度为8～12mm的小块，经200～250℃烘干3～5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对铁水进行球化处理和复合变质处理； 

③用冷硬树脂砂造型定宽机模块，铸型涂料用醇基涂料，采用步骤②的铁水进行浇注，铁水浇注温度1410～1430℃； 

④浇注15～20h后开箱空冷定宽机模块，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺； 

⑤定宽机模块随炉加热至920～950℃，保温6～8h，然后风冷至温度低于300℃后，重新入炉加热至530～580℃，保温12～15h，然后空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。 

合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的： 

碳和硅：碳和硅是保证球铁具有良好机械性能和良好铸造性能的重要元素，碳和硅含量过低，铁水熔炼困难，且铸造性能差，碳和硅含量过高，铸铁中石墨数量过多，导致铸铁的力学性能，尤其是强度和韧性明显下降，根据定宽机模块的使用条件，确定合适的碳含量为2.5~2.8%，硅含量为1.8~2.4%，且3.2%≤C+1/3Si≤3.5%。 

铝：铝主要溶于基体，明显提高基体的抗氧化性能、高温强度和高温抗磨性，加入量过少，对球铁性能的提高影响不大，加入量过多，易产生氧化夹杂，反而损害球铁的性能，合适的铝含量为2.2~2.5%。 

铜和镍：球铁中加入铜和镍主要是为了提高淬透性，对提高球铁强度也有积极的作用，加入量过多，特别是镍加入量过多时，正火组织中残留奥氏体过多，反而降低球铁的强度，且镍价格昂贵，合适的铜含量为0.6~0.8%，合适的 镍含量为0.5~0.8%。 

钼：球铁中加入适量钼，具有细化晶粒，改善球铁强韧性的作用，另外，钼还可以降低球铁的回火脆性，但是钼加入量过多，球铁中易出现碳化物，而碳化物的出现，会极大地损害球铁的强度和韧性，合适的钼含量宜控制在0.15~0.30%。 

锰：球铁中加入适量锰主要起脱氧作用，且锰还有提高球铁强度的作用，但锰降低球铁的抗高温氧化性能，合适的锰含量宜控制在0.3~0.6%。 

钙和钡：球铁中加入钙和钡的主要作用是脱氧、脱硫，另外，钙和钡还有改善夹杂物形态和分布的作用，促进球铁力学性能和热疲劳性能的大幅度提高，合适的钙加入量宜控制在0.03~0.05%，合适的钡加入量宜控制在0.03~0.05%。 

镁：镁加入铁水的主要作用是促进石墨球化，但镁是促进白口化元素，加入量过多，铸铁中易出现脆性的碳化物，损害球铁的强度和韧性，合适的镁加入量宜控制在0.04~0.07%。 

硼：硼固溶于基体中，明显提高基体淬透性，但是，硼加入量过多，球铁中易出现脆性的Fe₃(B,C)碳硼化合物，导致球铁力学性能大幅度降低，合适的硼加入量宜控制在0.003~0.006%。 

锌：球铁中加入适量锌具有较好的脱氧、脱硫效果，锌还有降低铁水过冷度，促进球***固组织细化的作用，有利于球铁性能的大幅度提高，加入量过多，球铁中易出现脆性的碳化物，反而不利于球铁性能的改善，合适的锌加入量宜控制在0.015~0.035%。 

钛、钒、氮：球铁中加入适量钛、钒、氮，主要是为了形成高熔点的TiN、VN颗粒，这些高熔点颗粒，可以起外来晶核作用，促进球***固细化，导致定宽机模块的强度和韧性以及热疲劳性能和耐磨性明显提高，但是钛、钒、氮加 入量过多，高熔点的TiN、VN颗粒易粗化，反而降低定宽机模块的性能，合适的钒加入量宜控制在0.08~0.10%，合适的钛加入量宜控制在0.02~0.04%，合适的氮加入量宜控制在0.012~0.030%。 

硫和磷：硫和磷是铁水中不可避免的微量杂质，严重损害球铁的性能，对其残留量应严格控制，为了获得高性能的定宽机模块，将其硫含量限制在0.010%以下，将其磷含量限制在0.035%以下。 

此外，本发明球铁在球化过程中，采用铜镁合金球化剂和镍镁合金球化剂进行球化，克服了普通纯镁球化安全性差和普通稀土镁合金球化效果差的不足，使球铁性能稳定，有利于定宽机模块的安全使用。 

本发明效果： 

(1)用本发明制造的定宽机模块，生产工艺简便，金相组织中，石墨的球化率大于95%。 

(2)用本发明制造的定宽机模块夹杂物少，夹杂物总量降至0.45%以下。 

(3)用本发明制造的定宽机模块凝固组织细小，具有高强度和高韧性，其中抗拉强度大于750MPa，屈服强度大于450MPa，延伸率大于4.0%，冲击功（α_KV）大于5J，硬度达到260～280HB。 

(4)用本发明制造的定宽机模块具有极好的抗高温氧化和抗热疲劳性能，还具有优良的耐磨性，用于热轧定宽机上，其每次过钢量超过10万吨，且每次修复切削量小于16mm。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述： 

实施例1： 

采用5吨工频感应电炉熔炼定宽机模块材料，定宽机模块的制造工艺步骤 是： 

①将普通废钢、增碳剂和钼铁混合加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将温度升至1562℃，加铝和硅钙钡合金后出炉，铁水出炉过程中加入质量是出炉铁水总质量0.70%的含硅质量为79.3%的硅铁进行随流孕育处理。 

②将铜镁合金球化剂、镍镁合金球化剂、硼铁、金属锌、钒氮合金和钛铁破碎至粒度为8～12mm的小块，经200℃烘干5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对铁水进行球化处理和复合变质处理。 

③用冷硬树脂砂造型定宽机模块，铸型涂料用醇基涂料，采用步骤②的铁水进行浇注，铁水浇注温度1412℃； 

④浇注20h后开箱空冷定宽机模块，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺； 

⑤定宽机模块随炉加热至920℃，保温8h，然后风冷至温度280℃时，重新入炉加热至580℃，保温15h，然后空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。定宽机模块的成分见表1，定宽机模块的性能见表2。 

实施例2： 

采用5吨工频感应电炉熔炼定宽机模块材料，定宽机模块的制造工艺步骤是： 

①将普通废钢、增碳剂和钼铁混合加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将温度升至1579℃，加铝和硅钙钡合金后出炉，铁水出炉过程中加入质量是出炉铁水总质量0.85%的含硅质量为75.8%的硅铁进行随流孕育处理。 

②将铜镁合金球化剂、镍镁合金球化剂、硼铁、金属锌、钒氮合金和钛铁破碎至粒度为8～12mm的小块，经250℃烘干3h后，置于浇包底部，用包内冲 入法对铁水进行球化处理和复合变质处理。 

③用冷硬树脂砂造型定宽机模块，铸型涂料用醇基涂料，采用步骤②的铁水进行浇注，铁水浇注温度1428℃； 

④浇注15h后开箱空冷定宽机模块，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺； 

⑤定宽机模块随炉加热至950℃，保温6h，然后风冷至温度260℃时，重新入炉加热至530℃，保温15h，然后空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。定宽机模块的成分见表1，定宽机模块的性能见表2。 

实施例3： 

采用5吨工频感应电炉熔炼定宽机模块材料，定宽机模块的制造工艺步骤是： 

①将普通废钢、增碳剂和钼铁混合加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将温度升至1571℃，加铝和硅钙钡合金后出炉，铁水出炉过程中加入质量是出炉铁水总质量0.75%的含硅质量为75.8%的硅铁进行随流孕育处理。 

②将铜镁合金球化剂、镍镁合金球化剂、硼铁、金属锌、钒氮合金和钛铁破碎至粒度为8～12mm的小块，经220℃烘干4h后，置于浇包底部，用包内冲入法对铁水进行球化处理和复合变质处理。 

③用冷硬树脂砂造型定宽机模块，铸型涂料用醇基涂料，采用步骤②的铁水进行浇注，铁水浇注温度1419℃； 

④浇注18h后开箱空冷定宽机模块，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺； 

⑤定宽机模块随炉加热至940℃，保温7h，然后风冷至温度268℃时，重新入炉加热至560℃，保温14h，然后空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。定宽机模块的成分见表1，定宽机模块的性能见表2。 

表1定宽机模块的成分（质量分数,%） 

表2定宽机模块的力学性能 

本发明定宽机模块已成功应用于热轧板坯侧压定宽机上，由于本发明定宽机模块球化率高，夹杂物少，组织细小，不仅硬度高，而且强韧性、抗高温氧化性、抗热疲劳性能和耐磨性好，使用中不会由于异常裂纹情况造成失效，用于热轧板坯侧压定宽机上，其每次过钢量超过10万吨，且每次修复切削量小于 16mm。推广应用本发明产品，可以提高热轧板坯侧压定宽机工作效率，减轻工人劳动强度，还可避免生产过程中的不稳定性，并且能够节约资源，降低生产成本，具有很好的经济和社会效益。 

Claims (2)

1.一种耐磨定宽机模块的制造方法，其特征在于，定宽机模块的化学组成成分是：2.5~2.8C,1.8~2.4Si,3.2≤C+1/3Si≤3.5,2.2~2.5Al,0.6~0.8Cu,0.5~0.8Ni,0.15~0.30Mo,0.3~0.6Mn,0.03~0.05Ca,0.03~0.05Ba,0.04~0.07Mg,0.015~0.035Zn,0.003~0.006B,0.02~0.04Ti,0.08~0.10V，0.012~0.030N,P≤0.035,S≤0.010,Fe余量，上述为质量分数%；

其制备方法包括以下步骤：

①将普通废钢、增碳剂和钼铁混合加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将温度升至1560～1580℃，加铝和硅钙钡合金后出炉，铁水出炉过程中加入质量是出炉铁水总质量0.70～0.85%的硅铁进行随流孕育处理，其中所用的硅铁中硅质量含量为75～80%；

②将铜镁合金球化剂、镍镁合金球化剂、硼铁、金属锌、钒氮合金和钛铁破碎至粒度为8～12mm的小块，经200～250℃烘干3～5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对铁水进行球化处理和复合变质处理；

③用冷硬树脂砂造型定宽机模块，铸型涂料用醇基涂料，采用步骤②的铁水进行浇注，铁水浇注温度1410～1430℃；

④浇注15～20h后开箱空冷定宽机模块，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；

⑤定宽机模块随炉加热至920～950℃，保温6～8h，然后风冷至温度低于300℃后，重新入炉加热至530～580℃，保温12～15h，然后空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。

2.按照权利要求1所述的方法制备的一种耐磨定宽机模块。