CN113058694B - 一种半钢复合辊套及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械加工及铸造技术领域,具体公开一种半钢复合辊套及其制备方法。所述半钢复合辊套包括外层和芯部,所述外层和芯部的厚度比例为1:1.2‑1.5。所述半钢复合辊套的制备方法包括:S1、熔炼;S2、离心浇注;S3、退火、淬火和回火。本发明提供的半钢复合辊套既能实现辊环外层和芯部的有机复合,又能防止外层合金融入内层,可很好的保证内外层各自的使用性能,使半钢复合辊套兼具高硬度的外层、高韧性的芯部以及芯部对ZG35法兰的良好焊接性能。实现了通过离心浇注的方法保证半钢复合辊套的原有结构和高性能。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工及铸造技术领域,尤其涉及一种半钢复合辊套及其制备方法。
背景技术
冶金、水泥及发电等行业的发展离不开大型辊压机轴,为保证出料粒度,提升砖瓦烧成质量及煤炭烧结质量,对大型辊压机轴中的破碎辊套的性能及使用寿命等方面要求越来越高。例如,水泥材料中的石灰石、钢渣、矿渣、石膏等非常坚硬,很容易造成辊压机轴的损坏;其次,破碎石灰石、钢渣、矿渣等不同材质时辊压机轴的受力情况也不同,但材料为混合物料时辊压机轴各部分受力不均一,容易导致辊压机轴不同部位不同程度的损坏。
为了提高辊套外层的耐磨性,目前出现了采用双合金离心浇注的方法,通过该方法可浇注得到具有高硬度和耐磨性的外层和高韧性的芯部的辊套。该方法虽极大的提高了辊套的外层的耐磨性,但是离心浇铸方法与传统的砂型铸造的方法相比,其辊套芯部用于连接辊轴的法兰无法与辊套一体成型,需要通过焊接的方法固定在辊套的芯部。但双合金离心浇铸得到的辊套的芯部与常法铸造的ZG35法兰焊接性能较差,易导致法兰与辊套的脱离。同时,普通的双金属离心铸造的内外层合金相差较大,外层与芯部界面结合差、结合强度低。上述情况均限制了双合金离心浇注法在制备辊套领域的推广使用。
发明内容
针对现有复合辊套存在的上述问题,本发明提供一种半钢复合辊套及其制备方法,该半钢复合辊套的芯部与外层的结合性能较好,且与常法铸造的ZG35法兰焊接性良好,实现了离心浇注高性能辊套与法兰的高强度焊接结合。
为达到上述发明目的,本发明实施例采用了如下的技术方案:
一种半钢复合辊套,包括外层和芯部,所述外层和芯部的厚度比例为1:1.2-1.5;
所述外层的合金元素组成及质量百分比为:C:1.7~2.1%,Si:0.4~1%,Mn:0.7~1.0%,P≤0.035%,S≤0.03%,Cr:1.4~2.0%,Mo:0.2~0.8%,Ni+V:1.0~2.0%,余量为Fe和不可避免的杂质;
所述芯部的合金元素组成及质量百分比为:C:0.3~0.35%,Si:0.25~0.5%,Mn:0.3~1.0%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr≤0.2%,余量为Fe和不可避免的杂质。
相对于现有技术,本发明提供的半钢复合辊套的复合浇注层分成具有特定厚度比例的外层和芯部两层,并同时限定了两层复合浇注层中的合金元素组成及含量。上述两层复合浇注层在特定浇注条件下,实现辊环外层和芯部的有机复合,又能防止外层合金融入内层,可很好的保证内外层各自的使用性能,使半钢复合辊套兼具高硬度的外层、高韧性的芯部以及芯部对ZG35法兰的良好焊接性能。实现了通过离心浇注的方法保证半钢复合辊套的原有结构和高性能。
本发明还提供所述半钢复合辊套的制备方法。该制备方法,至少包括以下步骤:
S1、对所述外层和芯部的原料进行熔炼,分别得到外层钢水和芯部钢水;在熔炼所述芯部的原料的过程中,添加相当于所述芯部的原料质量0.18-0.22%的稀土对所述芯部钢水进行变质处理;
S2、先离心浇注所述外层钢水,再离心浇注所述芯部钢水,在所述芯部钢水浇注过程中,所述芯部的厚度每增加28-32mm,则浇注断流2-3min;浇筑完毕后继续离心1-1.5h,得到辊坯;
S3、对所述辊坯依次进行退火、淬火和回火处理,得到所述半钢复合辊套。
相对于现有技术,本发明提供的半钢复合辊套的制备方法,有效解决了复合铸造辊套在使用过程中耐磨性低、外层与芯部界面结合差和结合强度低的技术问题,为半钢复合辊套的生产提供一种经济可行的制造方法。
通过在芯部钢水熔炼过程中加入特定量的稀土元素,并在浇注芯部过程中,采用特定的断流浇注方法,既能防止外层合金融入芯部,又能很好的保证内外层复合,保证外层的高硬度和内层的高韧性及可焊接法兰性能。
优选的,步骤S1中,对所述外层的原料进行熔炼的温度为1580~1620℃。
上述优选的熔炼温度,可进一步提高辊套外层的高耐磨性能,该熔炼温度既能保证合金元素充分融入钢水中,又能表面其中的合金元素出现氧化或者烧损而降低外层的使用性能。
优选的,步骤S1中,对所述芯部的原料进行熔炼的温度为1620~1660℃。
上述优选的熔炼温度,可进一步提高辊套芯部的韧性及可焊接法兰性能。
优选的,步骤S2中,所述外层钢水的浇注温度为1380~1480℃,浇注时离心机转速为320~550r/min,待所述外层钢水浇注完成后,在所述离心机转速不变的情况下持续恒速离心5~10min,再浇注所述芯部钢水。
优选的,步骤S2中,所述芯部钢水的浇注温度比所述外层钢水的浇注温度高80~100℃,浇注时离心机转速为400-600r/min。
优选的,步骤S3中,所述退火的温度为800~850℃、时间为20-30h。
优选的,步骤S3中,所述淬火的温度为900~1100℃、时间为20-30h。
优选的,步骤S3中,所述回火的温度为520~650℃、时间为20-25h。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的半钢复合辊套焊接法兰后的纵切面示意图,其中,1、外层,2、芯部,3、法兰。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明实施例提供的,下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种半钢复合辊套,包括外层和芯部,外层和芯部的厚度比例为1:1.2;
外层的合金元素组成及质量百分比为:C:1.7%,Si:0.4%,Mn:0.7%,P:0.029%,S:0.01%,Cr:1.4%,Mo:0.2%,Ni+V:1%,余量为Fe和不可避免的杂质;
芯部的合金元素组成及质量百分比为:C:0.3%,Si:0.25%,Mn:0.3%,P:0.021%,S:0.013%,Cr:0.13%,余量为Fe和不可避免的杂质。
上述半钢复合辊套的制备方法,包括以下步骤:
S1、对所述外层和芯部的原料进行熔炼,分别得到外层钢水和芯部钢水;其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1580℃,熔炼出炉前在炉内加入粒径为25-35目的珍珠岩砂进行造渣处理;芯部以优质废钢配以合金为原料,熔炼温度为1620℃,熔炼过程中,添加相当于芯部钢水质量0.18%的稀土对芯部钢水进行变质处理;
S2、先浇注辊套外层,外层钢水的浇注温度为1380℃,浇注时离心机转速为320r/min,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心5min;浇注芯部钢水,芯部钢水浇注的温度为1460℃,浇注时离心机转速为400r/min,芯部的厚度每增加28mm,则浇注断流2min,浇筑完毕后在保持离心转速不变的情况下继续离心1h,停止离心机,打开冷型,取出辊坯;
S3、对所述辊坯依次进行退火、淬火和回火处理,得到所述半钢复合辊套;其中,退火温度为800℃,保温时间20h,保温结束后随炉冷却;淬火的温度为900℃、时间为20h;回火的温度为520℃、时间为20h。
对制备得到的半钢复合辊套成品的性能进行检测,检测结果如下:
1)成品外观无缺陷,外层与内层有机结合,内层能与法兰焊接,可保证原有结构。
2)外层硬度HSD59-64,使用层50mm硬度落差3HSD;芯部硬度HSD30-35。
3)内层抗拉强度700MPa,具有焊接性能,与常法铸造的ZG35法兰焊接性能良好,上述半钢复合辊套与法兰焊接后的纵切面如图1所示,由外到内依次为外层1、芯部2和法兰3。
4)探伤复合GB/T1503-2008探伤标准。
实施例2
一种半钢复合辊套,包括外层和芯部,外层和芯部的厚度比例为1:1.4;
外层的合金元素组成及质量百分比为:C:1.9%,Si:0.72%,Mn:0.88,P:0.023%,S:0.017%,Cr:1.8%,Mo:0.5%,Ni+V:1.5%,余量为Fe和不可避免的杂质;
芯部的合金元素组成及质量百分比为:C:0.33%,Si:0.41%,Mn:0.65%,P:0.027%,S:0.022%,Cr:0.18%,余量为Fe和不可避免的杂质。
上述半钢复合辊套的制备方法,包括以下步骤:
S1、对所述外层和芯部的原料进行熔炼,分别得到外层钢水和芯部钢水;其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1600℃,熔炼出炉前在炉内加入粒径为25-35目的珍珠岩砂进行造渣处理;芯部以优质废钢配以合金为原料,熔炼温度为1640℃,熔炼过程中,添加相当于芯部钢水质量0.2%的稀土对芯部钢水进行变质处理;
S2、先浇注辊套外层,外层钢水的浇注温度为1420℃,浇注时离心机转速为400r/min,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心8min;浇注芯部钢水,芯部钢水浇注的温度为1510℃,浇注时离心机转速为500r/min,芯部的厚度每增加30mm,则浇注断流2.5min,浇筑完毕后在保持离心转速不变的情况下继续离心1.2h,停止离心机,打开冷型,取出辊坯;
S3、对所述辊坯依次进行退火、淬火和回火处理,得到所述半钢复合辊套;其中,退火温度为820℃,保温时间25h,保温结束后随炉冷却;淬火的温度为1000℃、时间为25h;回火的温度为600℃、时间为22h。
对制备得到的半钢复合辊套成品的性能进行检测,检测结果如下:
1)成品外观无缺陷,外层与内层有机结合,内层能与法兰焊接,可保证原有结构。
2)外层硬度HSD56/59,使用层50mm硬度落差3HSD;芯部硬度HSD28/32。
3)内层抗拉强度800MPa,具有焊接性能,与常法铸造的ZG35法兰焊接性能良好。
4)探伤复合GB/T1503-2008探伤标准。
实施例3
一种半钢复合辊套,包括外层和芯部,外层和芯部的厚度比例为1:1.5;
外层的合金元素组成及质量百分比为:C:2.1%,Si:1%,Mn:1,P:0.035%,S:0.03%,Cr:2%,Mo:0.8%,Ni+V:2%,余量为Fe和不可避免的杂质;
芯部的合金元素组成及质量百分比为:C:0.35%,Si:0.5%,Mn:1%,P:0.03%,S:0.03%,Cr:0.2%,余量为Fe和不可避免的杂质。
上述半钢复合辊套的制备方法,包括以下步骤:
S1、对所述外层和芯部的原料进行熔炼,分别得到外层钢水和芯部钢水;其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1620℃,熔炼出炉前在炉内加入粒径为25-35目的珍珠岩砂进行造渣处理;芯部以优质废钢配以合金为原料,熔炼温度为1660℃,熔炼过程中,添加相当于芯部钢水质量0.22%的稀土对芯部钢水进行变质处理;
S2、先浇注辊套外层,外层钢水的浇注温度为1480℃,浇注时离心机转速为550r/min,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心10min;浇注芯部钢水,芯部钢水浇注的温度为1580℃,浇注时离心机转速为600r/min,芯部的厚度每增加32mm,则浇注断流3min,浇筑完毕后在保持离心转速不变的情况下继续离心1.5h,停止离心机,打开冷型,取出辊坯;
S3、对所述辊坯依次进行退火、淬火和回火处理,得到所述半钢复合辊套;其中,退火温度为850℃,保温时间30h,保温结束后随炉冷却;淬火的温度为1100℃、时间为30h;回火的温度为650℃、时间为25h。
对制备得到的半钢复合辊套成品的性能进行检测,检测结果如下:
1)成品外观无缺陷,外层与内层有机结合,内层能与法兰焊接,可保证原有结构。
2)外层硬度HSD57-61,使用层50mm硬度落差3HSD;芯部硬度HSD28-32。
3)内层抗拉强度780MPa,具有焊接性能,与常法铸造的ZG35法兰焊接性能良好。
4)探伤复合GB/T1503-2008探伤标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种半钢复合辊套,其特征在于:包括外层和芯部,所述外层和芯部的厚度比例为1:1.2-1.5;
所述外层的合金元素组成及质量百分比为:C:1.7~2.1%,Si:0.4~1%,Mn:0.7~1%,P≤0.035%,S≤0.03%,Cr:1.4~2.0%,Mo:0.2~0.8%,Ni+V:1.0~2.0%,余量为Fe和不可避免的杂质;
所述芯部的合金元素组成及质量百分比为:C:0.3~0.35%,Si:0.25~0.5%,Mn:0.3~1.0%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr≤0.2%,余量为Fe和不可避免的杂质;
所述半钢复合辊套的制备方法,包括以下工艺步骤:
S1、对所述外层和芯部的原料进行熔炼,分别得到外层钢水和芯部钢水;在熔炼所述芯部的原料的过程中,添加相当于所述芯部的原料质量0.18-0.22%的稀土对所述芯部钢水进行变质处理;
S2、先离心浇注所述外层钢水,再离心浇注所述芯部钢水,在所述芯部钢水浇注过程中,所述芯部的厚度每增加28-32mm,则浇注断流2-3min;浇筑完毕后继续离心1-1.5h,得到辊坯;
所述外层钢水的浇注温度为1380~1480℃,浇注时离心机转速为320~550r/min,待所述外层钢水浇注完成后,在所述离心机转速不变的情况下持续恒速离心5~10min,再浇注所述芯部钢水;
所述芯部钢水的浇注温度比所述外层钢水的浇注温度高80~100℃,浇注时离心机转速为400-600r/min;
S3、对所述辊坯依次进行退火、淬火和回火处理,得到所述半钢复合辊套。
2.如权利要求1所述的半钢复合辊套,其特征在于:步骤S1中,对所述外层的原料进行熔炼的温度为1580~1620℃。
3.如权利要求1所述的半钢复合辊套,其特征在于:步骤S1中,对所述芯部的原料进行熔炼的温度为1620~1660℃。
4.如权利要求1所述的半钢复合辊套,其特征在于:步骤S3中,所述退火的温度为800~850℃、时间为20-30h。
5.如权利要求1所述的半钢复合辊套,其特征在于:步骤S3中,所述淬火的温度为900~1100℃、时间为20-30h。
6.如权利要求1所述的半钢复合辊套,其特征在于:步骤S3中,所述回火的温度为520~650℃、时间为20-25h。
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