CN111057886A - 一种铍铜铸轧辊套的制备方法和铍铜铸轧辊套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铍铜铸轧辊套的制备方法，包括：步骤一、准备原材料；步骤二、将金属铜、金属镍和金属钴熔化后依次铜铍中间合金、硅、金属镁、金属铁和金属铝后依次进行熔炼和浇铸；步骤三、对所述铸锭进行均匀化处理；步骤四、采取与铸锭轴向呈45°方向，对均匀化处理后的铸锭进行锻造后并依次进行冲孔、扩孔、辗环、热处理和机加工。本发明还公开了一种铍铜铸轧辊套。本发明既保证了铍铜铸轧辊套的强度需求，又提高了铍铜铸轧辊套的硬度、导电性和晶粒度，可显著提高铍铜铸轧辊套使用寿命。

Description

一种铍铜铸轧辊套的制备方法和铍铜铸轧辊套

技术领域

本发明属于有色金属材料技术领域，涉及一种铍铜铸轧辊套的制备方法和铍铜铸轧辊套。

背景技术

铸轧过程中，由于钢水的温度可达1400～1550℃，因此，辊套不仅要承受弯曲应力、扭应力、表面摩擦力及周期性热冲击力等恶劣工况条件影响，还要求辊套具备高强度、高硬度、良好的导热性、导电性、低的线膨胀系数和小的弹性模量，良好的耐高温、抗热疲劳以及抗热变形性等性能。

现有的辊套主要是铜辊套，主要成分为低铍合金，生产工艺主要包括合金熔炼、铸造、锻造、热处理及机加工，低铍合金的硬度低，且在加热过程中容易导致晶界氧化和晶粒粗大，造成晶粒度大；当通过增加铍含量来保证铜辊套的强度、硬度和晶粒度时，其导电率则无法满足，铸轧辊在使用中导热性差，从而影响铸轧产品(非晶带)的表面质量。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种铍铜铸轧辊套的制备方法，该制备方法既保证了铍铜铸轧辊套的强度需求，又提高了铍铜铸轧辊套的硬度、导电性和晶粒度，可显著提高铍铜铸轧辊套使用寿命。

本发明的目的之二，在于提供一种铍铜铸轧辊套。

为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

一种铍铜铸轧辊套的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、准备原材料；其中，原材料及其质量百分含量分别为：

铜铍中间合金：0.16～0.27％；金属镍：0.1～0.9％；金属钴：0.1～0.25％；金属镁：0.05～0.1％；硅≤0.1％；金属铁≤0.05％；金属铝≤0.05％；余量为Cu；所述铜铍中间合金中铍的质量百分数为2.5～8％；

步骤二、将金属铜、金属镍和金属钴熔化后依次加入含量为3.8％铍的铜铍中间合金、硅、金属镁、金属铁和金属铝后依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；

步骤三、对所述铸锭进行均匀化处理，以保证铸锭内化学成分的均匀性(主要是消除偏析)和去除铸锭内的残余应力。

步骤四、采取与铸锭轴向呈45°方向，对均匀化处理后的铸锭进行锻造后并依次进行冲孔、扩孔、辗环、热处理和机加工。

进一步的，步骤一中，所述金属镍和硅的质量百分含量比小于等于5:1。

进一步的，步骤二中，所述熔炼的温度为1280～1310℃；所述浇铸的温度为1240～1280℃。

进一步的，步骤三中，所述均匀化处理的温度为780～800℃，均匀化时间为 12～20小时。

进一步的，步骤四中，所述锻造的工艺条件为：

加热升温至760～800℃后保温8～15h，出炉镦粗，压下量控制在200～350mm；终锻温度控制在600℃以上，回炉保温4～5h，出炉并平整表面；

所述热处理包括固溶、淬火液急冷、时效加热和出炉空冷；

其中，所述固溶的温度为760～800℃，保温3～7小时；

所述时效加热的温度为330～340℃，保温5～6小时。

进一步的，步骤三和步骤四之间，所述制备方法还包括对铸锭表面进行车削，并去掉锭头和冒口，以去除表面偏析层和氧化物，防止锻造过程中表面氧化皮压入。

进一步的，所述辗环的温度为760～820℃；所述辗环的终止温度大于600℃。

为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：

一种铍铜铸轧辊套，其特征在于，所述铍铜铸轧辊套的组分及其质量百分含量为：

Be：0.4～2.0％，Ni：0.1～0.9％，Co：0.1～0.25％，Mg：0.05～0.1％，Si≤0.1％，Fe≤0.05％；Al≤0.05％；余量为Cu。

进一步的，所述金属镍和硅的质量百分含量比小于等于5:1。

进一步的，所述铍铜铸轧辊套的硬度、导电率、晶粒度分别为40～44HRC、 30～34％IACS和20～30μm。

本发明的铍铜铸轧辊套是采用上述制备方法制备的，下面介绍各个化学元素在本发明中铍铜合金中的作用：

铍：铍是铍青铜的主要合金元素，铍元素的添加能够显著提高铍铜合金的力学性能，特别是固溶时效后的抗拉强度、屈服强度、硬度耐磨性以及抗高温氧化能力。

镍：主要是提高材料的抗蚀性和韧性，金属镍在铍铜合金中基本不会形成有害相。

钴：钴能阻碍铍青铜在加热过程中的晶粒长大、延缓固溶体分解、抑制晶界反应、避免晶界附近由于过时效而形成的组织不均匀性，从而提高铍铜合金的沉淀硬化效果，但钴含量超过0.25％时，在铸造过程中会形成钴相富集区，即使通过热加工也很难消除，会对合金性能产生不利影响；钴含量低于0.1％时，不能够阻碍铍青铜在加热过程中的晶粒长大、延缓固溶体分解、抑制晶界反应、避免晶界附近由于过时效而形成的组织不均匀性，从而提高铍铜合金环件的沉淀硬化效果，因此，将钴含量控制在0.1～0.25％之间，既可以降低铍铜合金环件的沉淀硬化效果，同时又能避免在铸造过程中会形成钴相富集区。

镁：少量的镁能够起到脱氧和细化晶粒的作用，能够使合金元素更加弥散分布，对铍铜合金的高温抗氧化性能极为有利；但过量镁的加入，在熔炼过程中，易引起热加工性能的恶化，固溶加热过程中容易出现过烧现象，本发明中的镁含量控制在0.05～0.1％。

Si：在铍铜合金中主要与镍形成Ni₂Si强化相，提高铍铜合金的硬度、强度，且不降低铜的加工性能。但铍铜合金中Si应控制在0.1％以内，避免多余的Si 固溶于铜中，影响铍铜合金的导电性能和导热性能，一般Ni/Si≤5:1为最佳。

Fe：为了既可以保证铍铜合金的细化晶粒效果，又能保证铍铜合金的导电率，本发明中的铁含量小于等于0.05％。

Al：为了保证铍铜合金的硬度，又不会急剧降低合金塑性，本发明中的铝含量小于等于0.05％。

本发明的有益效果：

1、本发明通过铍、镍、钴、镁、锆、铁和铝等不同元素的合理配比，既保证了铍铜铸轧辊套的强度需求又能提高铍铜铸轧辊套的硬度、导电性和晶粒度，能显著提高铍铜铸轧辊套使用寿命；采用均匀化处理，避免了成分偏析铸造内应力无法消除，锻造热加工过程中容易出现裂纹；采取与铸锭轴向呈45°方向进行锻造，极大改善了铍铜合金环件材料内部组织均匀性，避免了铍铜合金环件的内部组织出现的分层情况(细晶区和粗晶区)，对后续使用会造成不良影响，导致残次品增加，甚至铍铜合金环件直接报废的情况。

2、本发明采用专用淬火液进行急冷，可实现快速、均匀冷却的效果，进一步提高了铍铜铸轧辊套的硬度，可提高6％以上。

3、本发明的铍铜铸轧辊套的硬度、导电率、晶粒度分别为40～44HRC、30～34％IACS和20～30μm。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作出详细说明。

实施例1：

1、使用电解铜、铜铍中间合金(含铍2.5％)、电解镍、电解钴、金属镁、金属硅等作为原材料。以2.0％金属铍(616kg铜铍中间合金)、0.1％金属镍(0.7kg 电解镍)、0.25％金属钴(1.75kg电解钴)、0.05％金属镁(0.35kg金属镁)、0.08％硅(金属硅)，0.02％铁(0.14kg金属铁)，0.03％铝(0.21kg金属铝)，余量为电解铜，进行配料，共计700kg。2、熔铸：入炉原料烘干后，装入真空感应炉进行熔炼，控制熔炼温度在1310℃，然后在温度1260℃条件下浇铸成铸锭，铸锭尺寸

3、均匀化处理：铸锭在800℃下保温12小时进行均匀化处理。

4、表面车削，车削后尺寸

5、锻造：加热温度为800℃，随炉升温，温到计时，保温8h，出炉进行镦粗，压下量控制在200mm，然后进行拔长至700±10mm。二次镦粗，镦粗后高度为350mm，终锻温度控制在650℃以上，回炉保温4h，出炉锻造后平整表面，平整后高度约230mm。

6、冲孔、扩孔：冲孔尺寸为

冲孔后回炉保温3h。然后出炉扩孔至内径420mm，入水冷却。

7、辗环：加热温度为820℃，保温4h，辗环至内径600mm、外径800mm、高度220mm的环形毛坯件，并确保终辗温度大于600℃。将环件静置在水平地面，空冷至室温。

8、热处理：固溶过程加热温度为800℃，保温3h，出炉后转入专用淬火液进行快速冷却；时效加热温度为340℃，保温5h，出炉后空冷。

9、机加工：在加工过程中进刀量控制在1mm以内，车削至内径580mm、外径750mm、高度200mm的环件产品。

探伤检测：产品内外表面和上下端面进行车削，采用渗透剂以及显像剂检测表面是否存在裂纹以及夹皮等表面缺陷，采用超声波探伤检测是否存在内部缺陷以及缺陷的大小和深浅。

组织性能检测：硬度和导电率的检测是上下端面以“十字形”各检测4点，高度方向每间隔50mm检测一个点(外壁共12个检测结果)。因此，硬度和导电率共20个检测数据。晶粒度以贴影像膜的方法进行检测。

用上述方法制得的铍铜铸轧辊套的导电率、硬度和晶粒度分别为30％IACS、40HRC和30μm。

实施例2：

1、使用铜铍中间合金(含铍8％)、电解镍、电解钴、金属镁、金属硅以及电解铜等作为原材料。以0.4％铍(300kg铜铍中间合金)、0.9％金属镍(54kg 电解镍)、0.1％金属钴(6kg电解钴)、0.1％金属镁(6kg金属镁)、0.02％硅(1.2kg 金属硅)，0.03％铁(1.8kg金属铁)，0.02％铝(1.2kg金属铝)，余量为电解铜，进行配料，共计6000kg。

2、熔铸：入炉原料烘干后，装入真空感应炉进行熔炼，控制熔炼温度在 1280℃，然后在温度1240℃条件下浇铸成铸锭，铸锭尺寸

3、均匀化处理：铸锭在780℃下保温20小时进行均匀化处理。

4、表面车削，车削后尺寸

5、锻造：加热温度为760℃，随炉升温，温到计时，保温15h，出炉进行镦粗，压下量控制在350mm，终锻温度控制在600℃以上，回炉保温5h，出炉锻造后平整表面。

6、冲孔、扩孔：冲头尺寸

用

冲头进行反冲。冲孔后，回炉保温5h，然后进行扩孔至内径1400mm。

7、辗环：加热温度为760℃，保温7h，辗环至辗环至内径1800mm，外径 2200mm，高度520mm的环形毛坯件，并确保终辗温度大于600℃。将环件静置在水平地面，空冷至室温。

8、热处理：固溶过程加热温度为760℃，保温7h，出炉后转入专用淬火液进行快速冷却；时效加热温度为330℃，保温6h，出炉后空冷。

9、机加工：进行内外壁和高度的机加工后，最终车削成内径1850mm，外径2150mm，高度500mm的环件产品。

探伤检测：产品内外表面和上下端面进行车削，表面车削至光滑后进行检测，采用渗透剂以及显像剂检测表面是否存在裂纹以及夹皮等表面缺陷，采用超声波检测是否存在内部缺陷以及缺陷的大小和深浅。

组织性能检测：为了确保大型环件的尺寸和性能均匀性，硬度和导电率的检测点采用上下端面以“米字形”各检测8点，高度方向每间隔50mm检测一个点(外壁共32个检测结果)，硬度和导电率共48个检测数据。晶粒度以贴影像膜的方法进行检测。

用上述方法制得的铍铜铸轧辊套的导电率、硬度和晶粒度分别为34％IACS、44HRC和28μm。

实施例3：

1、使用铜铍中间合金(含铍3.8％)、电解镍、电解钴、金属镁、金属硅以及电解铜等作为原材料。以1.0％铍(1580kg铜铍中间合金)、0.6％金属镍(36kg 电解镍)、0.2％金属钴(12kg电解钴)、0.08％金属镁(4.8kg金属镁)、0.1％硅(6kg金属硅)，0.04％铁(2.4kg金属铁)，0.04％铝(2.4kg金属铝)，余量为电解铜，进行配料，共计6000kg。

2、熔铸：入炉原料烘干后，装入真空感应炉进行熔炼，控制熔炼温度在 1290℃，然后在温度1280℃条件下浇铸成铸锭，铸锭尺寸

3、均匀化处理：铸锭在790℃下保温16小时进行均匀化处理。为保证铸锭内化学成分的均匀性(主要是消除偏析)和去除铸锭内的残余应力。

4、表面车削，车削后尺寸

为了去除表面偏析层和氧化物，防止锻造过程中表面氧化皮压入。

5、锻造：加热温度为780℃，随炉升温，温到计时，保温12h，出炉进行镦粗，压下量控制在300mm，终锻温度控制在620℃以上，回炉保温5h，出炉锻造后平整表面。

6、冲孔、扩孔：冲头尺寸

用

冲头进行反冲。冲孔后，回炉保温5h，然后进行扩孔至内径1380mm。

7、辗环：加热温度为800℃，保温6h，辗环至辗环至内径1750mm，外径 2000mm，高度500mm的环形毛坯件，并确保终辗温度大于630℃。将环件静置在水平地面，空冷至室温。

8、热处理：固溶过程加热温度为780℃，保温5h，出炉后转入专用淬火液进行快速冷却；时效加热温度为335℃，保温5h，出炉后空冷。

9、机加工：进行内外壁和高度的机加工后，最终车削成内径1830mm，外径2120mm，高度480mm的环件产品。

探伤检测：产品内外表面和上下端面进行车削，表面车削至光滑后进行检测，采用渗透剂以及显像剂检测表面是否存在裂纹以及夹皮等表面缺陷，采用超声波检测是否存在内部缺陷以及缺陷的大小和深浅。

组织性能检测：为了确保大型环件的尺寸和性能均匀性，硬度和导电率的检测点采用上下端面以“米字形”各检测8点，高度方向每间隔48mm检测一个点(外壁共32个检测结果)，硬度和导电率共48个检测数据。晶粒度以贴影像膜的方法进行检测。

用上述方法制得的铍铜铸轧辊套的导电率、硬度和晶粒度分别为32％IACS、43HRC和20μm。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。***、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铍铜铸轧辊套的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、准备原材料；其中，原材料及其质量百分含量分别为：

铜铍中间合金：0.1～0.58％；金属镍：0.1～0.9％；金属钴：0.1～0.25％；金属镁：0.05～0.1％；硅≤0.1％；金属铁≤0.05％；金属铝≤0.05％；余量为Cu；所述铜铍中间合金中铍的质量百分数为2.5～8％。

步骤二、将金属铜、金属镍和金属钴熔化后依次加入含量为3.8％铍的铜铍中间合金、硅、金属镁、金属铁和金属铝后依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；

步骤三、对所述铸锭进行均匀化处理；

步骤四、采取与铸锭轴向呈45°方向，对均匀化处理后的铸锭进行锻造后并依次进行冲孔、扩孔、辗环、热处理和机加工。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述金属镍和硅的质量百分含量比小于等于5:1。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述熔炼的温度为1280～1310℃；所述浇铸的温度为1240～1280℃。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述均匀化处理的温度为780～800℃，均匀化时间为12～20小时。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述锻造的工艺条件为：

加热升温至760～800℃后保温8～15h，出炉镦粗，压下量控制在200～350mm。终锻温度控制在600℃以上，回炉保温4～5h，出炉并平整表面；

所述热处理包括固溶、淬火液急冷、时效加热和出炉空冷。

其中，所述固溶的温度为760～800℃，保温3～7小时；

所述时效加热的温度为330～340℃，保温5～6小时。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤三和步骤四之间，所述制备方法还包括对铸锭表面进行车削，并去掉锭头和冒口。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述辗环的温度为760～820℃；所述辗环的终止温度大于600℃。

8.一种铍铜铸轧辊套，其特征在于，所述铍铜铸轧辊套的组分及其质量百分含量为：

Be：0.4～2.0％，Ni：0.1～0.9％，Co：0.1～0.25％，Mg：0.05～0.1％，Si≤0.1％，Fe≤0.05％；Al≤0.05％；余量为Cu。

9.根据权利要求8所述的铍铜铸轧辊套，其特征在于，所述Ni/Si≤5:1。

10.根据权利要求8或9所述的铍铜铸轧辊套，其特征在于，所述铍铜铸轧辊套的硬度、导电率、晶粒度分别为40～44HRC、30～34％IACS和20～30μm。