CN111922320A - 球墨铸铁轧辊的制备方法以及轧辊 - Google Patents

球墨铸铁轧辊的制备方法以及轧辊 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁轧辊的制备方法以及轧辊，方法包括以下步骤：S1、采用复合砂箱的方式造型，并在上辊颈造型过程预设一次浇注位置；S2、将预配比的原材料投入中频炉中进行熔炼，设定熔炼温度为1440～1540℃，采用包内冲入法球化及多重孕育、变质处理。S3、设定浇注温度为1300～1360℃，将铁水从座包浇入到型腔，当铁水浇注至预设一次浇注位置时，判断铁水停止旋转和液面停止升降后，将铁水从冒口处进行二次浇注，浇注完毕后，去除冒口中的渣子，并投入保温剂；S4、在常温中冷却，当温度＜100℃开箱，并在轧辊冷却至室温后进行热处理。根据本发明实施例的方法，有效增加了轧辊的整体强度。

Description

球墨铸铁轧辊的制备方法以及轧辊
技术领域
本发明属于铸件制造技术领域，具体涉及一种球墨铸铁轧辊的制备方法以及球墨铸铁轧辊。
背景技术
随着市场的需求不断变化，为满足高精度和高作业率棒材轧制，对棒材生产线的轧辊进行更新换代，以致来提高棒材的生产量和质量，这样对轧辊的要求越来越高。近年来，轧辊制造技术的创新与发展也加快了棒材轧辊新材质的与轧制工艺的合理应用及逐步优化。
棒材粗轧机架的主要任务是在高温状态下缩减坯料断面，轧制力大、轧制速度低。对轧辊的性能要求一般考虑抗拉强度和抗热裂性能两个方面，另外还必须有一定的硬度来保证过钢量。所以在轧制小规格棒材时一般选材球墨铸铁轧辊，具有良好的硬度，然而相较于铸钢材质轧辊强度欠佳，在轧制大规格棒材时选材铸钢材质轧辊，具有良好的强度，然而相较于球墨铸铁轧辊硬度欠佳。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供一种球墨铸铁轧辊的制备方法以及球墨铸铁轧辊，在具有原有硬度的基础上，该方法能够增加轧辊的整体强度。
本发明提供一种球墨铸铁轧辊的制备方法制备的球墨铸铁轧辊，能够在具有原有硬度的基础上，还具有良好的强度，在轧制大规格棒材开坯时工作层深度得到了有效的提升。
根据本发明第一方面实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用复合砂箱的方式进行造型，并在上辊颈造型过程预设一次浇注位置；S2、将预配比的原材料投入中频炉中进行熔炼，设定熔炼温度为1440～1540℃，并对出炉铁水进行球化、孕育和变质处理；S3、设定浇注温度为1300～1360℃，采用底注式浇注，将铁水从座包浇入到型腔，当铁水浇注至预设一次浇注位置时，判断铁水停止旋转和液面停止升降后，将铁水从冒口处进行二次浇注，浇注完毕后，去除冒口中的渣子，并投入保温剂进行保温；S4、在常温中进行冷却，当温度＜100℃进行开箱处理，并在轧辊冷却至室温后进行热处理。
根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法，在具有现有硬度能基础上，通过热处理工序有效增加铸件轧辊的强度，上辊颈、辊身、下辊颈和底箱的材质均是同一种球墨铸铁，保证了轧辊的整体强度，通过采用底注方式浇注一定位置时，采用从上辊颈的砂箱的冒口处二次浇注铁水，可以较好为辊身提供补给金属液，保证了辊身的顺序凝固，避免出现缩松、缩孔等缺陷，形成致密的轧辊，保证了轧辊的硬度，采用热处理工艺，改善轧辊整体的强度。
根据本发明一个实施例，在步骤S4中，所述热处理，包括以下步骤：
S41、通过10～20℃/h的升温速度升温至900-950℃对轧辊保温10～20h；S42、接着通过进行旋转风将轧辊冷至450-500℃；S43、最后进行500-550℃回火保温10～20h后将轧辊冷至室温。
根据本发明一个实施例，所述步骤S1中，辊身采用金属型砂箱，上辊颈、下辊颈及底箱采用石英砂粘土造型。
根据本发明一个实施例，在步骤S2中，所述进行球化、孕育和变质处理包括以下步骤：S21、出炉前在铁水包中加入孕育剂、球化剂和变质剂，并用铁屑完全覆盖；S22、通过包内冲入法将频炉中出来的铁水冲入经过步骤S21处理过的铁水包；S23、对铁水进行孕育处理、球化处理以及变质处理。
根据本发明一个实施例，铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4～1.0％，球化剂为镍镁合金，添加量为铁水总量的0.6～1.0％，变质剂为稀土，添加量为铁水总量的0.2～0.4％。
根据本发明一个实施例，球墨铸铁轧辊的制备方法还包括以下步骤：S3’、采用离心铸造方式，将工作层铁水通过浇注轨道浇入旋转的辊身冷型中，待工作层铁水凝固后停机吊出离心机，装配到辊芯铸模上，继而将芯部铁水通过顶注的方式浇入型腔，浇注完毕后投入保温剂进行保温。
根据本发明一个实施例，设定浇注温度为1300～1360℃。
根据本发明一个实施例，所述轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.10～3.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：0.30～1.00％，P≤0.20％；S≤0.05％，Cr：0.30～1.00％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.30～0.80％，V：0.10～0.60％，Re：0.05～0.1％，Mg≥0.04％。
根据本发明一个实施例，所述轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.30～3.50％，Si：1.50～1.80％，Mn：0.50～0.80％，P≤0.10％；S≤0.03％，Cr：0.40～0.60％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.40～0.60％，V：0.15～0.35％，Re：0.05～0.07％，Mg：0.40～0.60％。
根据本发明第二方面实施例的球墨铸铁轧辊，通过上述任一项所述的制备方法获得。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法的底注式浇注示意图。
附图标记：
座包1；
底箱2；
下辊颈3；
辊身4；
上辊颈5；
一次浇注位置6；
冒口7。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法包括以下步骤：
S1、采用复合砂箱的方式进行造型，并在上辊颈5造型过程预设一次浇注位置6；
S2、将预配比的原材料投入中频炉中进行熔炼，设定熔炼温度为1440～1540℃，并对出炉铁水进行球化、孕育和变质处理；
S3、设定浇注温度为1300～1360℃，采用底注式浇注，将铁水从座包1浇入到型腔，当铁水浇注至预设一次浇注位置6时，判断铁水停止旋转和液面停止升降后，将铁水从冒口7处进行二次浇注，浇注完毕后，去除冒口7中的渣子，并投入保温剂进行保温；
S4、在常温中进行冷却，当温度＜100℃进行开箱处理，并在轧辊冷却至室温后进行热处理。
换言之，根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法，首先对需要铸造的轧辊进行造型，辊身4、上辊颈5、下辊颈3以及底箱2可以采用复合砂箱的方式进行造型，可以是辊身4采用金属型砂箱或者上辊颈5、下辊颈3及底箱2采用石英砂粘土造型；
接着进行熔炼，将预先配比的原材料进行熔炼，在熔炼温度1440～1540℃将会得到铁水，并对出炉铁水进行球化、孕育和变质处理，此步骤可以在铁水包中进行；
然后进行浇注轧辊，通过两次浇注完成铸造，首先，进行一次浇注，采用底注式浇注，可以通过铁水包将处理过的铁水从座包1浇注到型腔，铁水经由座包1下方L型的管道进入型腔内，期间不断浇注铁水，当铁水到达预设的一次浇注位置6时，暂停浇注，判断铁水停止旋转和液面停止升降，可以通过目视方式进行判断，当铁水停止旋转和液面停止升降后，进行二次浇注，将铁水包中剩余的铁水从冒口7处进行浇注，浇注完毕后，去除冒口7中的渣子，并投入保温剂进行保温；
最后，让铸造中的轧辊在常温中进行冷却，即在步骤S3中投入保温剂进行保温后不进行操作，待温度降至小于100℃后对铸造的轧辊开箱处理，再待轧辊冷却至室温后进行热处理。
由此，根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法，在具有现有硬度能基础上，通过热处理工序有效增加铸件轧辊的强度，上辊颈5、辊身4、下辊颈3和底箱2的材质均是同一种球墨铸铁，保证了轧辊的整体强度，通过采用底注方式浇注一定位置时，采用从上辊颈5的砂箱的冒口7处二次浇注铁水，可以较好为辊身4提供补给金属液，保证了辊身4的顺序凝固，避免出现缩松、缩孔等缺陷，形成致密的轧辊，保证了轧辊的硬度，采用热处理工艺，改善轧辊整体强度。
根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，热处理包括以下步骤：
S41、通过10～20℃/h的升温速度升温至900-950℃对轧辊保温10～20h；S42、接着通过进行旋转风将轧辊冷至450-500℃；S43、最后进行500-550℃回火保温10～20h后将轧辊冷至室温。通过S41-S43三个步骤能够有效提高材料的机械性能、消除残余应力和改善轧辊的切削加工性能。
在本发明的一些实施例中，步骤S1中，辊身4采用金属型砂箱，上辊颈5、下辊颈3及底箱2采用石英砂粘土造型。辊身4采用金属型砂箱，上辊颈5、下辊颈3和底箱2采用石英砂粘土造型，上辊颈5的砂箱相当于明冒口7，可以对上辊颈5进行浇注，同时实现对整体型腔的补缩，避免出现缩孔和缩松的铸造缺陷，防止降低轧辊的强度及硬度。
具体地，在步骤S2中，进行球化、孕育和变质处理包括以下步骤：S21、出炉前在铁水包中加入孕育剂、球化剂和变质剂，并用铁屑完全覆盖。S22、通过包内冲入法将频炉中出来的铁水冲入经过步骤S21处理过的铁水包。S23、对铁水进行孕育处理、球化处理以及变质处理。
优选地，铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4～1.0％，球化剂为镍镁合金，添加量为铁水总量的0.6～1.0％，变质剂为稀土，添加量为铁水总量的0.2～0.4％。通过进行球化、孕育和变质处理能够有效的净化铁水、细化晶粒、强化基体组织，进而便于铸造。
在本发明的一些实施例中，球墨铸铁轧辊的制备方法还包括以下步骤：S3’、采用离心铸造方式，将工作层铁水通过浇注轨道浇入旋转的辊身4冷型中，待工作层铁水凝固后停机吊出离心机，装配到辊芯铸模上，继而将芯部铁水通过顶注的方式浇入型腔，浇注完毕后投入保温剂进行保温。铁水在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，轧辊铸件外层组织致密，杂质少，性能好。
根据本发明的一个实施例，设定浇注温度为1300～1360℃。
在本发明的一些实施例中，轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.10～3.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：0.30～1.00％，P≤0.20％；S≤0.05％，Cr：0.30～1.00％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.30～0.80％，V：0.10～0.60％，Re：0.05～0.1％，Mg≥0.04％。
优选地，轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.30～3.50％，Si：1.50～1.80％，Mn：0.50～0.80％，P≤0.10％；S≤0.03％，Cr：0.40～0.60％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.40～0.60％，V：0.15～0.35％，Re：0.05～0.07％，Mg：0.40～0.60％。
通过合理设计轧辊的化学成分，通过优化设计合金元素Cr、Ni、Mo、V的加入量，确保得到轧辊的整体强度以及工作层高硬度的VC碳化物，提高轧制时的硬度和过钢量。
总而言之，根据本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法，上辊颈5、辊身4、下辊颈3和底箱2的材质均是同一种球墨铸铁，保证了轧辊的整体强度，在轧制大规格棒材开坯时工作层深度得到了有效的提升；优化的合金配比能够使得轧辊在使用过程中达到足够的强度。
根据本发明第二方面实施例的球墨铸铁轧辊，通过上述任一项实施例的制备方法获得。由于本实施例的球墨铸铁轧辊是通过上述任一项实施例的制备方法所制得，所以本实施例的球墨铸铁轧辊也具有上述优点，在具有良好硬度基础上，还具有良好的强度，在轧制大规格棒材开坯时工作层深度得到了有效的提升。
以下通过具体实施对本发明方案进行说明。
实施例1
一种适用于棒材粗轧的球墨铸铁轧辊及其制备方法，包括辊身、上辊颈和下辊颈，
其特征在于：所述上辊颈、辊身、下辊颈和底箱的化学成分一致，其化学组分及重量百分含量为：
C：3.2～3.3％、Si：1.6～1.7％、Mn：0.5～0.6％、Cr：0.6～0.7％、Ni：1.5～1.8％、Mo：0.3～0.45％、V：0.15～0.35％、Re：0.05～0.08％、Mg：0.04～0.06％、P≤0.04％、S≤0.04％；
步骤：
1）铁水的冶炼温度为1430℃，孕育剂的加入量为0.35％，球化剂添加量为铁水总量的0.5％，变质剂添加量为铁水总量的0.2％；
2）经炉前检测得知，辊身的化学组分及重量百分含量为：C：3.26％、Si：1.65％、Mn：0.55％、Cr：0.65％、Ni：1.6％、Mo：0.35％、V：0.15％、Re：0.06％、Mg：0.046％、P≤0.04％、S≤0.04％；
3)铁水的浇注温度为1300℃；
4)热处理工艺为：在920℃正火保温12h,淬火460℃回火520℃保温10h后炉冷至＜100℃出炉。
实施例2
本实施例与实施例1中的工艺步骤相同，工艺参数不同，与实施例1的区别在于：本实施例中的化学组分及重量百分含量为：
C：3.3～3.4％、Si：1.7～1.8％、Mn：0.5～0.6％、Cr：0.5～0.6％、Ni：1.8～2.3％、Mo：0.4～0.5％、V：0.15～0.35％、Re：0.05～0.07％、Mg：0.04～0.06％、P≤0.04％、S≤0.04％；
步骤：
1）铁水的冶炼温度为1450℃，孕育剂的加入量为0.45％，球化剂添加量为铁水总量的0.6％，变质剂添加量为铁水总量的0.15％；
2）经炉前检测得知，辊身的化学组分及重量百分含量为：C：3.34％、Si：1.76％、Mn：
0.55％、Cr：0.56％、Ni：2.0％、Mo：0.48％、V：0.25％、Re：0.05％、Mg：0.043％、P≤0.04％、S≤0.04％；
3)铁水的浇注温度为1320℃；
4)热处理工艺为：在920℃正火保温15h,淬火480℃回火550℃保温12h后炉冷至＜100℃出炉。
实施例3
本实施例与实施例1中的工艺步骤相同，工艺参数不同，与实施例1的区别在于：本实施例中的化学组分及重量百分含量为：
C：3.4～3.5％、Si：1.8～1.9％、Mn：0.5～0.6％、Cr：0.4～0.5％、Ni：2.2～2.5％、Mo：0.5～0.6％、V：0.15～0.35％、Re：0.05～0.06％、Mg：0.04～0.06％、P≤0.04％、S≤0.04％；
步骤：
1）铁水的冶炼温度为1480℃，孕育剂的加入量为0.55％，球化剂添加量为铁水总量的0.7％，变质剂添加量为铁水总量的0.15％；
2）经炉前检测得知，辊身的化学组分及重量百分含量为：C：3.47％、Si：1.88％、Mn：
0.55％、Cr：0.45％、Ni：2.4％、Mo：0.55％、V：0.35％、Re：0.05％、Mg：0.048％、P≤0.04％、S≤0.04％；
3)铁水的浇注温度为1330℃；
4)热处理工艺为：在920℃正火保温20h,淬火500℃回火550℃保温15h后炉冷至＜100℃出炉。
实施例4
现有棒材粗轧的球墨铸铁轧辊及其制备方法，其化学组分及重量百分含量为：
C：3.2～3.4％、Si：1.5～2.0％、Mn：0.3～0.8％、Cr：0.2～0.7％、Ni：1.5～2.5％、Mo：0.2～0.5％、Re：0.05～0.08％、Mg：0.04～0.06％、P≤0.04％、S≤0.04％；
步骤：
1）铁水的冶炼温度为1450℃，孕育剂的加入量为0.45％，球化剂添加量为铁水总量的0.5％，变质剂添加量为铁水总量的0.2％；
2）经炉前检测得知，辊身的化学组分及重量百分含量为：C：3.35％、Si：1.65％、Mn：0.55％、Cr：0.55％、Ni：1.5％、Mo：0.25％、Re：0.06％、Mg：0.046％、P≤0.04％、S≤0.04％；
3)铁水的浇注温度为1320℃；
将实施例1～实施例4制备的用于棒材粗轧的球墨铸铁轧辊进行了性能测试，包括辊身硬度、辊颈硬度、下辊颈抗拉强度、超声波探伤，其中超声波探伤执行GB/T1504-2008标准，其检测结果见下表(数值为平均值)。
表一
实施案例编号 辊身硬度HSD 辊颈硬度HSD 下辊颈抗拉强度MPa 探伤结果
1 48 38 500 合格
2 52 38 510 合格
3 55 40 530 合格
4 52 38 450 合格
从表一可以看出，本发明实施例1、实施例2与实施例3的辊身硬度和辊颈硬度与现有技术实施例4的数据基本一致，能够体现本发明与现有技术相比具有相同的硬度。
现有的常法球墨铸铁轧辊的合金配比不同，无热处理工序，下辊颈抗拉强度在450Mpa，强度明显小于本发明实施例1、实施例2、实施例3的下辊颈抗拉强度。
总而言之，根据上表反馈的结果，通过本发明实施例的球墨铸铁轧辊的制备方法制得的轧辊，在具有良好硬度的基础上，有效的改善了铸件轧辊的强度，改善了球墨铸铁轧辊，强度欠佳的问题，使得在轧制大规格棒材开坯时工作层深度得到了有效的提升。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用复合砂箱的方式进行造型，并在上辊颈造型过程预设一次浇注位置；
S2、将预配比的原材料投入中频炉中进行熔炼，设定熔炼温度为1440～1540℃，并对出炉铁水进行球化、孕育和变质处理；
S3、设定浇注温度为1300～1360℃，采用底注式浇注，将铁水从座包浇入到型腔，当铁水浇注至预设一次浇注位置时，判断铁水停止旋转和液面停止升降后，将铁水从冒口处进行二次浇注，浇注完毕后，去除冒口中的渣子，并投入保温剂进行保温；
S4、在常温中进行冷却，当温度＜100℃进行开箱处理，并在轧辊冷却至室温后进行热处理。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述热处理，包括以下步骤：
S41、通过10～20℃/h的升温速度升温至900-950℃对轧辊保温10～20h；
S42、接着通过进行旋转风将轧辊冷至450-500℃；
S43、最后进行500-550℃回火保温10～20h后将轧辊冷至室温。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，辊身采用金属型砂箱，上辊颈、下辊颈及底箱采用石英砂粘土造型。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述进行球化、孕育和变质处理包括以下步骤：
S21、出炉前在铁水包中加入孕育剂、球化剂和变质剂，并用铁屑完全覆盖；
S22、通过包内冲入法将频炉中出来的铁水冲入经过步骤S21处理过的铁水包；
S23、对铁水进行孕育处理、球化处理以及变质处理。
5.根据权利要求4所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4～1.0％，球化剂为镍镁合金，添加量为铁水总量的0.6～1.0％，变质剂为稀土，添加量为铁水总量的0.2～0.4％。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S3’、采用离心铸造方式，将工作层铁水通过浇注轨道浇入旋转的辊身冷型中，待工作层铁水凝固后停机吊出离心机，装配到辊芯铸模上，继而将芯部铁水通过顶注的方式浇入型腔，浇注完毕后投入保温剂进行保温。
7.根据权利要求6所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，设定浇注温度为1300～1360℃。
8.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，所述轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.10～3.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：0.30～1.00％，P≤0.20％；S≤0.05％，Cr：0.30～1.00％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.30～0.80％，V：0.10～0.60％，Re：0.05～0.1％，Mg≥0.04％。
9.根据权利要求1所述的球墨铸铁轧辊的制备方法，其特征在于，所述轧辊材质的各合金元素成分及重量百分含量为：C：3.30～3.50％，Si：1.50～1.80％，Mn：0.50～0.80％，P≤0.10％；S≤0.03％，Cr：0.40～0.60％，Ni：1.50～2.50％，Mo：0.40～0.60％，V：0.15～0.35％，Re：0.05～0.07％，Mg：0.40～0.60％。
10.一种球墨铸铁轧辊，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的制备方法获得。
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