CN106884124B - 一种离心浇注耐磨辊环及制备方法 - Google Patents

一种离心浇注耐磨辊环及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离心浇注耐磨辊环及制备方法，工作层成分及重量百分含量为C 1.50～2.30，Si 0.20～1.00，Mn 0.20～1.00,Ni 0.20～1.20,Cr 2.00～5.00，Mo 0.20～1.00,P≤0.03%，S≤0.03%，V 0.20～0.6%，余量为Fe及不可避免的杂质；芯部成分及重量百分含量为C 1.00～1.80%，Si 1.20～1.80%，Mn 0.60～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：a）冶炼：分别熔炼内、外层铁水，出电炉前向外层铁水中加入复合材料并搅拌，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理；b）离心浇注：将外层铁水浇入至铸型内；外层铁水凝固后，将内层铁水浇注到铸型内，在离心状态下凝固得辊环毛坯；c）热处理；d）最终处理。通过本发明的制备方法得到的辊环耐磨性能提升了1.5倍左右。

Description

一种离心浇注耐磨辊环及制备方法
技术领域
本发明涉及生产辊环产品时加入金属基颗粒复合材料的离心浇注方法，属于金属材料制备领域。
背景技术
随着钢铁产业产能的严重过剩，各大钢厂对节能降耗更加地重视，对辊环产品的耐磨性、抗事故性能提出了越来越高的要求，同时对辊环使用表面质量有了更高的要求。
目前，辊环产品的主要是高碳半钢离心复合辊环，耐磨性能较差，使用下机表面质量粗糙，对轧材的表面质量影响较大，而抗事故性能也存在一定的缺陷，尤其是用到中后期出现的裂纹、剥落甚至断裂情况也时有发生，在长时间轧制后辊面温度提高，轧辊的硬度下降，磨损较大，并且随着使用层厚度的减小，硬度落差会随之降低。同时，现有市面上的辊环产品一般主要依靠基体中析出的碳化物来进行磨损，耐磨性较差，在使用过程中磨损量相对较大，造成辊环产品使用寿命不足。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对现有技术中的不足提供一种离心浇注耐磨辊环及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种离心浇注耐磨辊环，包括石墨钢材质的芯部，其特征在于：包括加入金属基颗粒复合材料的半钢材质的工作外层，
工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50～2.30，Si 0.20～1.00，Mn 0.20～1.00,Ni 0.20～1.20,Cr 2.00～5.00，Mo 0.20～1.00,P≤0.03％，S≤0.03％，V 0.20～0.6％，余量为Fe及不可避免的杂质；
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.00～1.80％，Si 1.20～1.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，包括以下工艺步骤：
a)冶炼：在中频电炉内分别熔炼内、外层铁水，在出电炉前向外层铁水中加入金属基颗粒复合材料并控温搅拌均匀，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内；外层铁水凝固后，将内层铁水浇注到高速旋转的铸型内，在离心状态下凝固得到辊环毛坯；
c)热处理：将合格的辊环毛坯进行去应力退火，退火后随炉冷却，进行预加工，再次正火、回火处理后冷却；
d)最终处理：将热处理完成后的辊环按尺寸进行精加工，制成辊环，并进行UT、硬度和金相检测，达标后入库。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤a)中金属基颗粒复合材料在加入外层铁水之前要进行预热处理，预热处理的温度为450～500℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤a)中金属基颗粒复合材料的加入时间为出炉前的5～10分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤a)中金属基颗粒复合材料是TiC和WC的复合材料。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述金属基颗粒复合材料的密度是7.0～7.5g/cm3，粒度为1～3mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的5％～7％。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤b)中加入金属基颗粒复合材料后控制的温度为1550～1580℃，搅拌的速度为40～60转/分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤b)中加入金属基颗粒复合材料的外层铁水的离心转速为300～400转/分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤c)中热处理时间为120～160h，正火温度为900～1000℃，回火温度为500～600℃，回火后冷却温度为100～110℃。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明采用将金属基颗粒复合材料直接电炉内铁水中，送电搅拌均匀后，控制适当的时机浇入在离心机上高速旋转的模具中，采用离心方式铸造出含有金属基颗粒复合材料的耐磨辊环产品，通过本发明的制备方法得到的辊环耐磨性能提升了1.5倍左右。
本发明在冶炼阶段在出电炉前通过在外层铁水中主动加入耐磨性极高的金属基颗粒复合材料，在辊环使用过程中主要依靠分解后的耐磨颗粒进行磨损，使辊环产品具有更优良的使用性能，添加的耐磨性极高的金属基颗粒复合材料包含有TiC、WC，其相对密度比外层铁水的密度大，使得复合材料能够在外层铁水中均匀分布；同时，在加入到离心机的型腔后在离心机转动下，各个耐磨颗粒能够很好分布在外层的工作层，在辊环使用过程中主要依靠分解后的耐磨颗粒进行磨损，使辊环产品具有更优良的使用性能。
本发明在冶炼过程中向外层铁水加入的金属基颗粒复合材料是事先经过预热处理的，通过对金属基颗粒复合材料进行预热处理，预热温度一般采用450～500℃，提高金属基颗粒复合材料与钢水基体的润湿性。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明：
一种离心浇注耐磨辊环，包括石墨钢材质的芯部，包括加入金属基颗粒复合材料的半钢材质的工作外层，
工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50～2.30，Si 0.20～1.00，Mn 0.20～1.00,Ni 0.20～1.20,Cr 2.00～5.00，Mo 0.20～1.00,P≤0.03％，S≤0.03％，V 0.20～0.6％，余量为Fe及不可避免的杂质；
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.00～1.80％，Si 1.20～1.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，包括以下工艺步骤：
a)冶炼：在中频电炉内分别熔炼内、外层铁水，在出电炉前5～10分钟向外层铁水中加入预热处理后的金属基颗粒复合材料，该金属基颗粒复合材料为TiC和WC的合金复合材料，其密度是7.0～7.5g/cm3，粒度为1～3mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的5％～7％，预热处理的温度为450～500℃；然后控制温度为1550～1580℃，电磁搅拌速度为40～60转/分钟，搅拌均匀，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，离心机的转速为300～400转/分钟；当外层铁水到达一定的厚度凝固后，将内层铁水浇注到高速旋转的铸型内，在离心状态下凝固得到辊环毛坯；
c)热处理：将合格的辊环毛坯进行去应力退火，热处理时间为120～160h，保温结束后随炉冷却，进行预加工，再次正火、回火处理后冷却至100～110℃，正火温度为900～1000℃，回火温度为500～600℃；
d)最终处理：将热处理完成后的辊环按尺寸进行精加工，制成辊环，并进行UT、硬度和金相检测，达标后入库。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1、
一种离心浇注耐磨辊环，工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50，Si 0.20，Mn 0.60,Ni 0.80,Cr 2.00，Mo 0.65,P 0.01％，S 0.02％，V 0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.00％，Si 1.90％，Mn 0.65％，P 0.02％，S0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，包括以下工艺步骤：
a)冶炼：在中频电炉内分别熔炼内、外层铁水，在出电炉前5分钟向外层铁水中加入预热处理后的金属基颗粒复合材料，该金属基颗粒复合材料为TiC和WC的复合材料，其密度是7.0g/cm3，粒度为1mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的5％，预热处理的温度为450℃；然后控制温度为1550℃，电磁搅拌速度为40转/分钟，搅拌均匀，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，离心机的转速为300转/分钟；当外层铁水凝固到达一定的厚度时，将内层铁水浇注到高速旋转的铸型内，在离心状态下凝固得到辊环毛坯；
c)热处理：将合格的辊环毛坯进行去应力退火，热处理时间为120h，保温结束后随炉冷却，进行预加工，再次正火、回火处理后冷却至100℃，正火温度为900℃，回火温度为500℃；
d)最终处理：将热处理完成后的辊环按尺寸进行精加工，制成辊环，并进行UT、硬度和金相检测，达标后入库。
实施例2、
本实施例与实施例1的不同在于：
工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.90，Si 0.80，Mn 0.20,Ni 1.20,Cr2.90，Mo 0.95,P 0.03％，S 0.03％，V 0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质。
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.80％，Si 1.80％，Mn 1.00％，P 0.01％，S0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：
a)冶炼：在出电炉前8分钟向外层铁水中加入预热处理后的金属基颗粒复合材料，该金属基颗粒复合材料的密度是7.2g/cm3，粒度为2.5mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的8％，预热处理的温度为500℃；然后控制温度为1580℃，电磁搅拌速度为50转/分钟；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，离心机的转速为350转/分钟；
c)热处理：热处理时间为145h，正火温度为980℃，回火温度为580℃，回火后冷却温度至110℃。
实施例3、
本实施例与实施例1的不同在于：
工作层各合金成分及重量百分含量为C 2.30，Si 1.00，Mn 1.00,Ni 0.20,Cr5.00，Mo 1.00,P 0.03％，S 0.03％，V 0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质。
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.50％，Si 1.20％，Mn 0.78％，P 0.02％，S0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：
a)冶炼：在出电炉前10分钟向外层铁水中加入预热处理后的金属基颗粒复合材料，该金属基颗粒复合材料的密度是7.5g/cm3，粒度为3.0mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的7％，预热处理的温度为480℃；然后控制温度为1565℃，电磁搅拌速度为60转/分钟；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，离心机的转速为400转/分钟；
c)热处理：热处理时间为145h，正火温度为1000℃，回火温度为600℃，回火后冷却温度至105℃。
实施例4、
本实施例与实施例1的不同在于：
工作层各合金成分及重量百分含量为C 2.00，Si 0.80，Mn 0.80,Ni 0.50,Cr4.00，Mo 0.90,P 0.01％，S 0.01％，V 0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质。
芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.75％，Si 1.75％，Mn 1.00％，P 0.03％，S0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：
a)冶炼：在出电炉前9分钟向外层铁水中加入预热处理后的金属基颗粒复合材料，该金属基颗粒复合材料的密度是7.3g/cm3，粒度为2.5mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的5％，预热处理的温度为500℃；然后控制温度为1570℃，电磁搅拌速度为55转/分钟；
b)离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，离心机的转速为380转/分钟；
c)热处理：热处理时间为140h，正火温度为950℃，回火温度为560℃，回火后冷却温度至100℃。

Claims (1)

1.一种离心浇注耐磨辊环的制备方法，其特征在于：离心浇注耐磨辊环，包括石墨钢材质的芯部，还包括加入金属基颗粒复合材料的半钢材质的工作外层，工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50～2.30% ，Si 0.20～1.00% ，Mn 0.20～1.00% , Ni 0.20～1.20%, Cr 2.00～5.00% ，Mo 0.20～1.00% , P≤0.03%， S≤0.03%，V 0.20～0.6%，余量为Fe及不可避免的杂质；芯部各合金成分及重量百分含量为C 1.00～1.80%，Si 1.20～1.80%，Mn0.60～1.00%，P≤0.03%，S≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质；
包括以下工艺步骤：
a）冶炼：在中频电炉内分别熔炼内、外层铁水，在出电炉前向外层铁水中加入金属基颗粒复合材料并控温搅拌均匀，在内层铁水出电炉前进行球化变质处理，金属基颗粒复合材料的加入时间为出炉前的5～10分钟，金属基颗粒复合材料在加入外层铁水之前要进行预热处理，预热处理的温度为450～500℃，加入金属基颗粒复合材料后控制的温度为1550～1580℃，搅拌的速度为40～60转/分钟，金属基颗粒复合材料是TiC和WC的复合材料，金属基颗粒复合材料的密度是7.0～7.5g/cm3，粒度为1～3mm，加入金属基颗粒复合材料的质量是外层铁水质量的5%～7%；
b）离心浇注：将加入金属基颗粒复合材料的外层铁水浇入至高速旋转的铸型内，加入金属基颗粒复合材料的外层铁水的离心转速为300～400转/分钟；外层铁水凝固后，将内层铁水浇注到高速旋转的铸型内，在离心状态下凝固得到辊环毛坯；
c）热处理：将合格的辊环毛坯进行去应力退火，退火后随炉冷却，进行预加工，再次正火、回火处理后冷却，热处理时间为120～160h，正火温度为900～1000℃，回火温度为500～600℃，回火后冷却温度为100～110℃；
d）最终处理：将热处理完成后的辊环按尺寸进行精加工，制成辊环，并进行UT、硬度和金相检测，达标后入库。
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