一種含石墨的高速鋼軋輥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含石墨的高速鋼軋輥,屬于機(jī)械鑄造領(lǐng)域。本發(fā)明在傳統(tǒng)高速鋼組分中引入了B、N化學(xué)元素,工作層基體組織中彌散分布著面積總百分比20?35%的MC型和/或M2C型的、點(diǎn)狀和/或塊狀的高硬合金碳化物、氮化物、硼化物;并通過先碳、氮、硼化物變質(zhì)處理,再石墨變質(zhì)孕育處理這兩步,在原組織內(nèi)析出石墨,從而使得高速鋼軋輥除保留了傳統(tǒng)高速鋼特有的高溫抗磨的優(yōu)點(diǎn)外,同時(shí)還解決了原傳統(tǒng)高速鋼軋輥摩擦系數(shù)大的問題,充分發(fā)揮高速鋼的耐磨性能,起到在軋制中軋輥與工件間的潤(rùn)滑作用,阻止粘鋼現(xiàn)象的發(fā)生;而且石墨的導(dǎo)熱性能、潤(rùn)滑特性,能改善了高速鋼軋輥對(duì)熱沖擊、熱裂敏感性、易粘鋼、易表面毛化的弊端,特別在成品架使用時(shí),軋材表面光亮程度顯著改善。
【專利說明】
一種含石墨的高速鋼軋輥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種含石墨的高速鋼乳輥,屬于機(jī)械鑄造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的傳統(tǒng)高速鋼乳輥的外層(工作層)的合金含量通常為(:1.5-2.5、310.2-0·8、Μη 0·4-0·8、Ρ彡0.05、S彡0.02、Cr 4-6、Ni 0·6-1·5、Μ〇 3-5、W 0-3,該外層的金相組 織中不含有石墨,而且這些合金元素在乳輥組織中主要以碳化物形式存在,碳化物的比例 則通常在10-20%之間。顆粒狀的合金碳化物比例相對(duì)較低,基體所占面積比例相對(duì)偏大。 因而,乳輥在使用過程中,特別是用于精乳成品機(jī)架、乳制溫度偏低、乳制速度偏高的情況 下,乳輥基體在低溫、高速經(jīng)過的乳材及夾帶在乳材表面的氧化皮鱗片的摩擦作用下,基體 優(yōu)先被磨損并使高硬碳化物支點(diǎn)暴露在乳輥表面,具體表現(xiàn)在乳輥(孔型)表面摩擦系數(shù)增 大、光亮度下降(出現(xiàn)毛化現(xiàn)象),嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)孔型表面粘鋼,影響乳材表面質(zhì)量。致使高速 鋼特有的抗磨性能、保持輥型能力不能有效發(fā)揮,致使提前換輥。
[0003] 此外,現(xiàn)有的傳統(tǒng)高速鋼乳輥,在用于制備乳材規(guī)格偏大、表面質(zhì)量要求較高的園 棒成品機(jī)架的過程中,由于孔型偏深、乳輥孔型內(nèi)槽底與槽幫不同半徑方向存在的線速度 差,導(dǎo)致同斷面的乳材相對(duì)固態(tài)滑移(流變),巨大的固態(tài)滑移對(duì)乳輥孔型表面產(chǎn)生的銼力, 導(dǎo)致乳輥孔型底部與側(cè)壁間出現(xiàn)滑移褶皺紋理,且槽底磨損加劇,影響乳材精度及表面質(zhì) 量,不能使高速鋼應(yīng)有的耐磨特性得到充分發(fā)揮,致使提前換輥。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明要解決的問題是提供一種含石墨的高速鋼乳輥。
[0005] 所述含石墨的高速鋼乳輥的工作層的組織中含有一定量石墨,以及面積百分比總 量為20-35%的MC型和/或M2C型的高硬合金碳化物、氮化物和硼化物作為支點(diǎn)。
[0006] 具體地,所述含石墨的高速鋼乳輥的工作層的化學(xué)成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括:C 2.0-3.0%、Si 0·8-2·5%、Μη 0.2-1.0%、P<0.05%、S<0.02%、Cr3-10%、Ni0.5-3·5%、Μο 2.5-6.0%、V 3-8%、W 0-10%、Β 0-0·5%,Ν 60-500PPM;且工作層含有當(dāng)量球 徑在20-50μπι,面積百分比在0.5-1.5%的點(diǎn)、球狀石墨;同時(shí),工作層基體組織中彌散分布 著面積總百分比20-35%的MC型和/或M 2C型的、點(diǎn)狀和/或塊狀的高硬合金碳化物、氮化物、 硼化物。
[0007] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,工作層的化學(xué)成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括<2.0_ 3.0%、Si0.8-2.5%、Mn0.2-1.0%、0<P<0.05%、0<S<0.02%、Cr3-10%、Ni0.5-3.5%、Mo2.5-6.0%、V3-8%、0<W<10%、0<B<0.5%,N 60-500PPM。
[0008] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,在外層材料內(nèi)層與輥軸材料之間還包含一層中間 層。
[0009] 本發(fā)明還提供一種制造所述含石墨的高速鋼乳輥的方法,是通過動(dòng)態(tài)離心鑄造制 備外層筒體、中間層,并且在靜態(tài)與上下輥頸部分的箱體組合,在外層筒體處于高溫固態(tài) 下,澆入高溫液態(tài)的芯部金屬液,從而使內(nèi)外材料實(shí)現(xiàn)離心復(fù)合鑄造成型;或者是通過動(dòng)態(tài) 離心鑄造制備外層筒體、中間層,通過熱處理熱加工及機(jī)械冷加工后,與制備好的輥軸通過 軸套復(fù)合熱裝方法進(jìn)行機(jī)械過盈裝配,得到組合裝配的含石墨的高速鋼乳輥。
[0010] 所述通過動(dòng)態(tài)離心鑄造制備外層筒體,是在外層金屬液體出爐過程中,變質(zhì)析出 合金的碳、氮、硼化物,以降低液態(tài)金屬中的合金含量;再進(jìn)行石墨孕育變質(zhì)處理,在高速鋼 外層筒體的基體組織中形成一定量的石墨。
[0011] 所述通過動(dòng)態(tài)離心鑄造制備外層筒體,是在外層金屬液體出爐過程中,先添加顆 粒變質(zhì)劑促使液態(tài)Cr、Mo、V、W等合金元素以高溫固態(tài)的形態(tài)形成微小、彌散的高熔點(diǎn)碳化 物、氮化物、硼化物懸浮顆粒并析出,再在此基礎(chǔ)上添加顆粒變質(zhì)劑,使金屬液中溶解狀態(tài) 的剩余碳,在隨后的澆注凝固階段部分以微小點(diǎn)球狀析出。
[0012] 所述通過動(dòng)態(tài)離心鑄造制備外層筒體包括爐料準(zhǔn)備,冶煉,出爐碳、氮、硼化物變 質(zhì)處理,石墨變質(zhì)孕育處理,起包澆注,含石墨的高速鋼筒體凝固與石墨析出。
[0013] 所述澆入高溫液態(tài)的芯部金屬液的步驟包括填芯、點(diǎn)冒口、保溫、開箱割冒口、開 箱畢;或者是將帶有中間層的外層筒體及筒體鑄型與預(yù)先制備好的下輥頸箱體、上輥頸箱 體、中注管等進(jìn)行組箱,然后澆入制備好球墨鑄鐵金屬液;控制球墨鑄鐵金屬液的澆入溫 度,應(yīng)滿足多中間層金屬液在液相線溫度上過熱10~50度,即Tl中+(10~50) °C,同時(shí)應(yīng)滿足 彡芯部金屬液在液相線溫度上有50~100過熱度,即Τι^(50~100) °C。
[0014] 所述與制備好的輥軸通過軸套復(fù)合熱裝方法進(jìn)行機(jī)械過盈裝配,是將制備好的筒 體加熱至350~450°C,經(jīng)均溫1-3小時(shí),將加熱的筒體垂直放置在支架上,然后將芯軸小頭 朝下,用吊具緩慢放入筒體內(nèi)裝配在一起;控制軸、套過盈量=Φ X0.7-0.9%。;將裝配好的 乳輥的筒體外圓柱面,用石棉布包裹,緩慢降溫至室溫。
[0015] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,鑄造外層筒體的金屬液按質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成<2.0_ 3.0%、Si0.8-2.5%、Mn0.2-1.0%、0<P<0.05%、0<S<0.02%、Cr3-10%、Ni0.5-3.5%、]?〇2.5-6.0%、¥3-8%、0<¥彡10%、0<8彡0.5%小 60-500??]\1,進(jìn)行爐料準(zhǔn)備。
[0016] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,金屬液采用中頻爐進(jìn)行冶煉,控制爐前含Si量=成 品含Si量-0.35% ;控制爐前含V量=成品含V量-0.25% ;外層金屬液的出爐溫度T出=外層 金屬液的液相線溫度(Tl外)+ (240~300) °C。
[0017] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,出爐碳、氮、硼化物變質(zhì)處理包括以下步驟:隨出爐 金屬流,沖入顆粒度為0.2-lmm的含f凡50~80 %的f凡合金顆粒變質(zhì)劑,進(jìn)行碳、氮、硼化物變 質(zhì)處理;銀合金沖入質(zhì)量=外層金屬液出爐質(zhì)量W外X 0.25 %/(f凡合金實(shí)際含f凡質(zhì)量分?jǐn)?shù)-原始爐內(nèi)含釩質(zhì)量分?jǐn)?shù))/釩合金吸收率% ;變質(zhì)處理過程中,充分?jǐn)嚢瑁光C合金顆粒變質(zhì) 劑充分溶解,并依靠合金液滴的濃度起伏原理進(jìn)行催化,促使液態(tài)Cr、Mo、V、W等合金元素以 高溫固態(tài)的形態(tài)形成微小、彌散的高熔點(diǎn)碳化物、氮化物、硼化物懸浮顆粒從高溫金屬液中 析出。
[0018] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,石墨變質(zhì)孕育處理包括以下步驟:當(dāng)外層金屬液溫 度=外層金屬液液相線溫度(Tl外) + (120~150) °C,扒除金屬液表面殘?jiān)诮饘僖罕砻婕?入顆粒度為〇. 5-1.5mm的含硅75-80%的硅鋯鋁孕育合金顆粒,進(jìn)行石墨的變質(zhì)孕育處理; 硅鋯鋁孕育合金顆粒加入質(zhì)量=外層金屬液出爐質(zhì)量W外X0.35%/硅鋯鋁孕育合金顆粒實(shí) 際含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)/硅鋯鋁孕育合金顆粒的吸收率% ;進(jìn)行充分?jǐn)嚢?,使硅鋯鋁孕育合金顆粒 充分溶解以微小液滴形式懸浮于金屬液之中,并依靠合金微小液滴的濃度起伏原理進(jìn)行催 化,使金屬液中以溶解狀態(tài)的剩余碳,在隨后的澆注凝固階段以微小點(diǎn)球狀析出。
[0019] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,起包澆注主要包括以下步驟:控制澆注溫度=外層 金屬液液相線溫度(?Υ外) + (90~120) °C;扒除金屬液表面殘?jiān)?,在金屬液表面撒入Imm左右 厚度的脫水硼砂或螢石輔助化渣使高熔點(diǎn)氧化物雜質(zhì)稀釋,并與金屬液分離凈化;將金屬 液通過澆注漏斗、經(jīng)橫向流槽澆入高速旋轉(zhuǎn)中的離心鑄型中,然后在旋轉(zhuǎn)著的筒狀金屬液 內(nèi)表面散入3-4_厚玻璃保護(hù)渣,起到內(nèi)表面保溫、防氧化作用。
[0020] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,含石墨的高速鋼筒體凝固與石墨析出,是監(jiān)控離心 鑄型中筒狀金屬液內(nèi)表面溫度,金屬液溫度在液相線Τι#與固相線Ts^之間,在懸浮于金屬液 之中極微小的液態(tài)變質(zhì)合金的濃度起伏催化作用下,金屬液中以溶解狀態(tài)的剩余碳,部分 以微小點(diǎn)球狀石墨形式從液態(tài)金屬中析出;凝固結(jié)束溫度=外層金屬液的固相線溫度Ts^-(80~200) °C。
[0021] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,中間層的澆注:當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的外層金屬筒體內(nèi)腔溫 度,達(dá)到其固相線溫度Ts外-(80~200) °C時(shí),饒入制備好的中間層材質(zhì)金屬液,控制中間層 金屬液的澆入溫度多外層金屬液液相線溫度Tl外+(120~150) °C,同時(shí)應(yīng)滿足多中間層材料 液相線溫度Tl中+(50~200) °C。澆入內(nèi)腔的中間層金屬液,通過對(duì)已凝固的外層動(dòng)態(tài)沖刷和 溶蝕作用下,將已凝固外層溶蝕10_20mm,并與外層形成良好的冶金結(jié)合,少量的外層合金 進(jìn)入中間層,使該層材料起到緩沖外層合金,同時(shí)具有良好強(qiáng)韌性的過渡層。
[0022]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù),有以下幾點(diǎn)顯著優(yōu)點(diǎn):
[0023] (1)本發(fā)明在傳統(tǒng)高速鋼組分中引入了B、N化學(xué)元素,在原高速鋼耐磨合金支點(diǎn)類 型由以往單一的碳化物支點(diǎn),形成了以碳化物、氮化物及硼化物組成的復(fù)合類型。得到的乳 輥組織,具備了碳化物、硼化物的高耐磨特性,同時(shí)具備了氮化物抗事故特性,提高了乳輥 組織的綜合使用性能。此外,工作層基體組織中彌散分布著面積總百分比20-35%的MC型 和/或M 2C型的、點(diǎn)狀和/或塊狀的高硬合金碳化物、氮化物、硼化物,含量高、種類多,可減緩 基體提前過渡磨損造成的單一碳化物凸起造成摩擦系數(shù)提高問題,且降低了輥面毛化的粗 糙度級(jí)別,從而充分發(fā)揮高速鋼固有的耐磨特性,起到延長(zhǎng)高速鋼乳輥在線時(shí)間,提高乳材 表面質(zhì)量的有益效果。
[0024] (2)石墨的密度遠(yuǎn)小于金屬液的密度,無法通過直接添加的方式使之與金屬液體 均勻混合。本發(fā)明通過先碳、氮、硼化物變質(zhì)處理,再石墨變質(zhì)孕育處理這兩步,在原組織內(nèi) 析出石墨,從而使得高速鋼乳輥除保留了傳統(tǒng)高速鋼特有的高溫抗磨的優(yōu)點(diǎn)外,同時(shí)還解 決了原傳統(tǒng)高速鋼乳輥摩擦系數(shù)大的問題,充分發(fā)揮高速鋼的耐磨性能,起到在乳制中乳 輥與工件間的潤(rùn)滑作用,阻止粘鋼現(xiàn)象的發(fā)生;而且石墨的導(dǎo)熱性能、潤(rùn)滑特性,能改善高 速鋼乳輥對(duì)熱沖擊、熱裂敏感性、易粘鋼、易表面毛化的弊端,特別在成品架使用時(shí),乳材表 面光亮程度顯著改善。
[0025] (3)本發(fā)明所述含石墨的高速鋼乳輥采用外筒體離心鑄造、外筒體與芯軸分兩次 澆注或者過盈裝配的復(fù)合制造方法,因此使得其芯軸材料具備了可選擇性。
[0026] (4)本發(fā)明還可以在外層材料與輥軸材料之間設(shè)置一層中間過渡層,使得外層筒 體高耐磨基礎(chǔ)上,整體強(qiáng)韌性得到提高。由于中間層是在液態(tài)離心動(dòng)態(tài)下填入到外層半凝 固的筒體內(nèi),從而使結(jié)合界面質(zhì)量更容易控制;由于該過渡層的緩沖作用,使芯軸材料在用 液態(tài)填芯方法時(shí),外層合金避免了過渡向心部擴(kuò)散,從而避免了芯軸的合金過高導(dǎo)致的脆 性增大,避免了離心復(fù)合乳輥的制造和使用過程中斷輥事故發(fā)生。
[0027] 綜上所述,本發(fā)明的含石墨的高速鋼乳輥,具有乳材質(zhì)量高、壽命長(zhǎng)、耐磨、抗事 故、相對(duì)成本低、可應(yīng)用范圍廣的綜合特性,可廣泛用于鋼鐵冶金乳鋼領(lǐng)域,要求耐磨性好、 乳材質(zhì)量要求高的型鋼、板帶、棒線材乳制領(lǐng)域,適用于粗乳、中乳、精乳機(jī)架,特別是涉及 鋼鐵冶金領(lǐng)域要求乳材表面質(zhì)量高的成品機(jī)架用含石墨的高速鋼乳輥領(lǐng)域,具有產(chǎn)業(yè)的廣 泛利用價(jià)值。
【附圖說明】
[0028] 圖1、含石墨的高速鋼乳輥拋光狀態(tài)下石墨組織示意圖。
[0029] 圖2、含石墨的高速鋼乳輥拋光腐蝕狀態(tài)下組織示意圖。
[0030] 圖3、含石墨的高速鋼離心復(fù)合乳輥結(jié)構(gòu)示意圖,1:外層,2:中間層,3:輥身,4:輥 頸。
[0031] 圖4、含石墨的高速鋼組合鑲套復(fù)合乳輥結(jié)構(gòu)示意圖,5:外層,6:中間層,7:輥身, 8:車?yán)ヮi。
[0032] 圖5、含石墨的高速鋼外層復(fù)合筒體澆注示意圖。
[0033] 圖6、含石墨的高速鋼離心復(fù)合填芯澆注示意圖;A球墨鑄鐵芯填芯、Bl填芯、B2點(diǎn) 冒口、B3保溫、B4開箱割冒口、B5開箱畢。
[0034]圖7、含石墨的高速鋼乳輥組合熱裝示意圖;A輯軸、B筒體、C裝配。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 實(shí)施例1 一種含石墨的離心高速鋼乳輥的外層筒體(工作層)制造方法
[0036] 1)外層化學(xué)成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成(%):〇2.0-3.0%、310.8-2.5%、1110.2-1.0%、0<P<0.05%、0<S<0.02%、Cr 3-10%、Ni 0·5-3·5%、Μ〇 2.5-6.0%、V 3-8%、0 <¥彡10%、0<8彡0.5%小60-500?卩]\1,進(jìn)行爐料準(zhǔn)備;
[0037] 2)采用中頻爐進(jìn)行冶煉;
[0038] 3)控制爐前含Si量=成品含Si量-0.35%;控制爐前含V量=成品含V量-0.25%;
[0039] 4)用金屬熱分析儀測(cè)定外層金屬液的液、固相線溫度(TL、Ts);
[0040] 5)控制出爐溫度T出=外層金屬液的液相線溫度(Tl外) + (240~300) °C ;
[00411 6)出爐碳、氮、硼化物變質(zhì)處理:
[0042]出爐過程隨金屬流,沖入顆粒度為0.2-lmm的釩合金(含V50~80%)顆粒變質(zhì)劑, 進(jìn)行碳、氮、硼化物變質(zhì)處理;銀合金沖入量=外層金屬液出爐質(zhì)量W外X 0.25 %/(銀合金實(shí) 際含V%量-原始爐內(nèi)含V%量)/V合金吸收率% ;
[0043]變質(zhì)處理過程中,充分?jǐn)嚢?,使釩合金顆粒變質(zhì)劑充分溶解,并依靠合金液滴的濃 度起伏原理進(jìn)行催化,促使液態(tài)〇、1〇、¥、1等合金元素以高溫固態(tài)的形態(tài)形成微小、彌散的 高熔點(diǎn)碳化物、氮化物、硼化物懸浮顆粒從高溫金屬液中析出,同時(shí)使得處于溶解狀態(tài)的 &、1〇,、1合金元素濃度得到降低,從而為高速鋼下一步石墨化打下基礎(chǔ)。
[0044] 7)石墨變質(zhì)孕育處理:
[0045]控制外層金屬液溫度=外層金屬液液相線溫度(Tl外)+ (120~150) °C,扒除金屬液 表面殘?jiān)?,在金屬液表面加入顆粒度為0.5-1.5mm的硅鋯鋁(SiZrAl其中Si 75-80% )孕育 合金顆粒,進(jìn)行石墨的變質(zhì)孕育處理;硅鋯鋁孕育合金顆粒加入量=外層金屬液出爐質(zhì)量 W外X0.35%/SiZrAl合金實(shí)際含Si%量/合金Si的吸收率%;
[0046]進(jìn)行充分?jǐn)嚢?,使硅鋯鋁孕育合金顆粒充分溶解以微小液滴形式懸浮于金屬液之 中,并依靠合金微小液滴的濃度起伏原理進(jìn)行催化,使金屬液中以溶解狀態(tài)的剩余碳,在隨 后的澆注凝固階段部分以微小點(diǎn)球狀析出。
[0047] 8)起包澆注:
[0048] 控制澆注溫度=外層金屬液液相線溫度(Tl外)+ (90~120) °C。
[0049] 扒除金屬液表面殘?jiān)?,在金屬液表面撒入Imm左右厚度的脫水硼砂(Na2B4O7)或螢 石(CaF2)輔助化渣使高熔點(diǎn)氧化物雜質(zhì)稀釋,并與金屬液分離凈化;
[0050] 將金屬液通過澆注漏斗、經(jīng)橫向流槽澆入高速旋轉(zhuǎn)中的離心鑄型中,然后在旋轉(zhuǎn) 著的金屬液筒狀內(nèi)表面散入3-4_厚玻璃保護(hù)渣,起到內(nèi)表面保溫、防氧化作用;
[0051] 9)含石墨的高速鋼筒體凝固與石墨析出
[0052]監(jiān)控離心鑄型中筒狀金屬液內(nèi)表面溫度,金屬液溫度在液相線Tl外與固相線Ts外之 間,在懸浮于金屬液之中極微小的液態(tài)變質(zhì)合金的濃度起伏催化作用下,金屬液中以溶解 狀態(tài)的剩余碳,部分以微小點(diǎn)球狀石墨形式從液態(tài)金屬中析出;
[0053] 凝固結(jié)束溫度=外層金屬液的固相線溫度T講-(80~200) °C,即過冷度80~200°C 時(shí),外層筒體離心鑄造結(jié)束;
[0054]含石墨的高速鋼筒體,經(jīng)后續(xù)鑄態(tài)保溫、脫模、退火、機(jī)械加工、淬火+回火后,即可 得到含有當(dāng)量球徑在20_50μπι,面積百分比在0.5-1.5%的點(diǎn)、球狀石墨,同時(shí)基體組織中還 含有彌散分布著面積百分比總量為20-35%的MC、M 2C型點(diǎn)、塊狀(Cr、Mo、V、W)高硬合金碳化 物、氮化物、硼化物的高速鋼乳輥的外層;
[0055] 10)中間層金屬的復(fù)合澆注:
[0056]接步驟9),當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的外層金屬筒體內(nèi)腔溫度,達(dá)到其固相線溫度負(fù)80~200過 冷度(即Ts^_(80~200)) °C時(shí),饒入制備好的中間層材質(zhì)金屬液,控制中間層金屬液的饒入 溫度彡外層金屬液液相線溫度120~150度過熱度(即Tl外+120~150)) °C,同時(shí)應(yīng)滿足彡中 間層材料液相線溫度50~200度過熱度(即Tl中+50~200) °C。澆入內(nèi)腔的中間層金屬液,通 過對(duì)已凝固的外層動(dòng)態(tài)沖刷和溶蝕作用下,將已凝固外層溶蝕10-20mm,并與外層形成良好 的冶金結(jié)合,少量的外層合金進(jìn)入中間層,使該層材料起到緩沖外層合金,同時(shí)具有良好強(qiáng) 韌性的過渡層。
[0057]中間層材質(zhì):可使用含碳Cl. 2-2.5 %的半鋼。
[0058]中間層金屬凝固結(jié)束溫度=中間層金屬固相線溫度以下過冷80-120°C,即Ts中_ (80~200) °C時(shí),具有中間層的含石墨的高速鋼筒體離心制備完成;有中間層的含石墨的高 速鋼筒體,經(jīng)后續(xù)鑄態(tài)保溫、脫模、退火、機(jī)械加工、淬火+回火后,即可得到外層含有當(dāng)量球 徑在20-50μπι,面積百分比在0.5-1.5%的點(diǎn)、球狀石墨;同時(shí)基體組織中還含有彌散分布著 面積百分比總量為20-35 %的MC、M2C型點(diǎn)、塊狀(Cr、Mo、V、W)高硬合金碳化物、氮化物、硼化 物的高速鋼筒體。
[0059] 實(shí)施例2-種含石墨的高速鋼離心球墨鑄鐵芯軸復(fù)合乳輥制造方法
[0060] 接上述實(shí)施例1的10)步驟,當(dāng)中間層金屬凝固結(jié)束溫度=中間層金屬液在固相線 溫度下過冷80~200 °C,即Ts中-(80~200) °C時(shí),離心機(jī)停轉(zhuǎn);將帶有中間層的外層筒體及筒 體鑄型與預(yù)先制備好的下輥頸箱體、上輥頸箱體、中注管等進(jìn)行組箱;然后澆入制備好的含 碳C2.5-3.5%的高強(qiáng)度球墨鑄鐵金屬液;控制球墨鑄鐵金屬液的澆入溫度,應(yīng)滿足多中間 層金屬液在液相線溫度上過熱10~50度,即Tl中+(10~50) °C,同時(shí)應(yīng)滿足多心部材料在液 相線溫度上有50~100過熱度,即Τι^(50~100)°C。
[0061]澆入的球墨鑄鐵芯軸金屬液,在強(qiáng)大的對(duì)流沖擊作用下,首先要將已凝固的中間 層溶蝕5-20mm,保證了心部球墨鑄鐵材料與中間層的充分冶金結(jié)合,同時(shí)足夠的過熱溫度, 借助于冒口的保溫作用,實(shí)現(xiàn)順序凝固,得到中心致密無結(jié)合層缺陷的含石墨的高速鋼離 心球墨鑄鐵芯復(fù)合乳輥。
[0062]填芯金屬液由下箱砂型、經(jīng)中部金屬型筒體內(nèi)腔、上輥頸冒口砂型上表面下50~ 100mm,停止?jié)沧ⅲ缓竺翱诒砻婕尤氡貏?,填芯結(jié)束。含石墨的高速鋼離心復(fù)合球墨鑄鐵 芯乳輥澆注結(jié)束。
[0063] 含石墨的高速鋼離心球墨鑄鐵芯復(fù)合乳輥,經(jīng)后續(xù)鑄態(tài)保溫、脫模、退火、機(jī)械加 工、淬火+回火后,即可得到外層含有當(dāng)量球徑在20-50μπι,面積百分比在0.5-1.5 %的點(diǎn)、球 狀石墨;同時(shí)基體組織中還含有彌散分布著面積百分比總量為20-35%的MC、M2C型點(diǎn)、塊狀 (Cr、Mo、V、W)高硬合金碳化物、氮化物、硼化物的高速鋼乳輥。
[0064] 實(shí)施例3-種含石墨的高速鋼離心鋼芯復(fù)合乳輥制造方法
[0065] 接上實(shí)施例1的10)步驟,中間層材質(zhì)使用含碳Cl. 2-2.5%的半鋼。
[0066] 11)輥軸填芯金屬液材質(zhì)使用含碳Cl. 2-2.5 %石墨鋼類材料,填芯金屬液由下箱 半金屬型(金屬型內(nèi)腔掛砂,掛砂厚度15_20mm)、經(jīng)中部金屬型(含已澆注外層筒體)內(nèi)腔、 上輥頸砂型、保溫冒口上表面下300~600mm,停止填芯澆注,然后向冒口內(nèi)金屬液表面加入 50-1 OOmm厚的保溫劑,停止填芯。
[0067] 更換同爐的高溫填芯金屬液做點(diǎn)冒口準(zhǔn)備,要求確保金屬液過熱度在填芯金屬液 液相線上80~100°C,即Τυκ+(80~100)°C;停止填芯后,靜置,隨著時(shí)間的推延,填入型腔的 金屬液溫度下降、由下方向上的不斷凝固,保溫冒口內(nèi)的金屬液表面向下收縮,間隔10-30 分鐘填入一次過熱金屬液一一即點(diǎn)冒口,視乳輥重量大小點(diǎn)2-5次至保溫冒口上沿30-50mm,停點(diǎn)冒口,控制總點(diǎn)冒口時(shí)間在30-60分鐘。
[0068] 在絕熱冒口金屬液上表面,從新加入高溫發(fā)熱劑,保溫劑,填芯結(jié)束。含石墨的高 速鋼離心鋼芯復(fù)合乳輥澆注結(jié)束。
[0069] 含石墨的高速鋼離心鋼芯復(fù)合乳輥,經(jīng)后續(xù)鑄態(tài)保溫、脫模、退火、機(jī)械加工、淬火 +回火后,即可得到外層含有當(dāng)量球徑在20-50μπι,面積百分比在0.5-1.5 %的點(diǎn)、球狀石墨; 同時(shí)基體組織中還含有彌散分布著面積百分比總量為20-35 %的MC、M2C型點(diǎn)、塊狀(Cr、Μο、 V、W)高硬合金碳化物、氮化物、硼化物的高速鋼乳輥。
[0070] 實(shí)施例4 一種含石墨的高速鋼套、軸組合裝配乳輥制造方法
[0071] 按照實(shí)施例1步驟1)~9)通過動(dòng)態(tài)離心鑄造制備外層筒體,按實(shí)施例1步驟10)進(jìn) 行中間層金屬的復(fù)合澆注,并通過相應(yīng)的熱處理熱加工及機(jī)械冷加工,與事前制備的芯軸 材料,采用軸套復(fù)合熱裝方法進(jìn)行機(jī)械過盈裝配,得到組合裝配乳輥;
[0072] 11)軸套組合熱裝用芯軸制備:
[0073] 軸套組合熱裝用芯軸材質(zhì):可采用C2.5-3.5的高強(qiáng)度球墨鑄鐵材料按芯軸圖紙加 工而成;也可以采用經(jīng)乳鋼使用工作層正常報(bào)廢的球墨鑄鐵乳輥(輥軸完好的)加工而成, 按裝配圖紙要求進(jìn)行半精加工。
[0074] 12)軸、套裝配
[0075] 按精加圖對(duì)芯軸外圓柱裝配面進(jìn)行精加工(光潔度V、圓度〇0.005、圓柱度 0.005、同心度Θ 0.005);
[0076] 按精加圖對(duì)筒體內(nèi)圓柱裝配面進(jìn)行精加工(光潔度\77、圓度〇0.005、圓柱度 0.005、同心度G 0.005);
[0077] 控制軸、套過盈量=Φ X 0.7-0.9%。,即為裝配面直徑的千分之0.7-0.9,對(duì)硬度控 制偏低(應(yīng)力較?。в休^好彈塑性中間層的及彈塑性較好的芯軸(如低碳鋼芯軸),過盈 量取值中上限;對(duì)硬度控制較高(應(yīng)力較大)、無彈塑性中間層的及彈塑性較差的球墨鑄鐵 芯軸,過盈量取值中下限。
[0078]按上述要求,將制備好的筒體加熱至350~450°C,經(jīng)均溫1-3小時(shí)(壁厚偏厚者取 上限),將加熱的筒體垂直放置在專用支架上(帶配合止口的筒體大口徑端朝上),然后將芯 軸小頭朝下,用專用吊具緩慢放入筒體內(nèi)(裝配在一起);
[0079] 將裝配好的乳輥筒體外圓柱面,用石棉布(或保溫棉)包裹,緩慢降溫至室溫;
[0080] 將裝配好的乳輥組合體,按成品精加圖,完成最后精細(xì)加工。
[0081] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上,但其并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉此技 術(shù)的人,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),都可做各種的改動(dòng)與修飾,因此本發(fā)明的保護(hù)范 圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,所述含石墨的高速鋼社漉的工作層的化學(xué) 成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括:C 2.0-3.0%、Si 0.8-2.5%、Mn 0.2-1.0%、P《0.05%、S《 0.02%、Cr 3-10%、Ni 0.5-3.5%、M〇 2.5-6.0%、V 3-8%、W 0-10%、B 0-0.5%,N 60- 500PPM;且工作層含有當(dāng)量球徑在20-50皿,面積百分比在0.5-1.5%的點(diǎn)、球狀石墨;同時(shí), 工作層基體組織中彌散分布著面積總百分比20-35%的MC型和/或M2C型的、點(diǎn)狀和/或塊狀 的高硬合金碳化物、氮化物、棚化物;在外層與漉軸之間還包含一層中間層; 所述含石墨的高速鋼社漉是通過動(dòng)態(tài)離屯、鑄造制備外層筒體、中間層,并且在靜態(tài)與 上下漉頸部分的箱體組合,在外層筒體、中間層處于高溫固態(tài)下,誘入高溫液態(tài)的忍部金屬 液,從而實(shí)現(xiàn)離屯、復(fù)合鑄造成型;或者是通過動(dòng)態(tài)離屯、鑄造制備外層筒體、中間層,通過熱 處理熱加工及機(jī)械冷加工后,與制備好的漉軸通過軸套復(fù)合熱裝方法進(jìn)行機(jī)械過盈裝配, 得到組合裝配的含石墨的高速鋼社漉; 所述通過動(dòng)態(tài)離屯、鑄造制備外層筒體的步驟包括爐料準(zhǔn)備,冶煉,出爐碳、氮、棚化物 變質(zhì)處理,石墨變質(zhì)孕育處理,起包誘注,筒體凝固與石墨析出; 所述出爐碳、氮、棚化物變質(zhì)處理,是在外層金屬液體出爐過程中,添加顆粒變質(zhì)劑促 使液態(tài)Cr、Mo、V、W等合金元素 W高溫固態(tài)的形態(tài)形成微小、彌散的高烙點(diǎn)碳化物、氮化物、 棚化物懸浮顆粒并析出; 所述石墨變質(zhì)孕育處理是在碳、氮、棚化物變質(zhì)處理的基礎(chǔ)上添加顆粒變質(zhì)劑,使金屬 液中溶解狀態(tài)的剩余碳,在隨后的誘注凝固階段W微小點(diǎn)球狀析出形成石墨。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,鑄造外層筒體的金屬液按 質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成:C 2.0-3.0%、Si 0.8-2.5%、Mn 0.2-1.0%、0<P《0.05%、0<S《 0.02%、Cr 3-10%、Ni 0.5-3.5%、M〇 2.5-6.0%、V 3-8%、0<W《10%、0<B《 0.5 %,N 6 0 - 5 0 0 P P M,進(jìn)行爐料準(zhǔn)備;金屬液采用中頻爐進(jìn)行冶煉,控制爐前含S i量 =成品含S i量-0 . 3 5 % ;控制爐前含V量=成品含V量-0 . 2 5 % ; 夕鳩金屬總的出爐媼度τ&=:外層金屬液的液相綠溢度(1U) + 口斗0~300> C。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,出爐碳、氮、棚化物變質(zhì)處 理包括W下步驟:隨出爐金屬流,沖入顆粒度為0.2-lmm的含饑50~80 %的饑合金顆粒變質(zhì) 劑,進(jìn)行碳、氮、棚化物變質(zhì)處理;饑合金沖入質(zhì)量=外層金屬液出爐質(zhì)量W外X0.25%/(饑 合金實(shí)際含饑質(zhì)量分?jǐn)?shù)-原始爐內(nèi)含饑質(zhì)量分?jǐn)?shù))/饑合金吸收率% ;變質(zhì)處理過程中,充分 攬拌,使饑合金顆粒變質(zhì)劑充分溶解,并依靠合金液滴的濃度起伏原理進(jìn)行催化,促使液態(tài) 吐、1〇、¥、¥等合金元素^高溫固態(tài)的形態(tài)形成微小、彌散的高烙點(diǎn)碳化物、氮化物、棚化物 懸浮顆粒從高溫金屬液中析出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,石墨變質(zhì)孕育處理包括W 下步驟:當(dāng)外層金屬液溫度=外層金屬液液相線溫度+ (]20~150) °C,化除金屬液 表面殘?jiān)?,在金屬液表面加入顆粒度為0.5-1.5mm的含娃75-80 %的娃錯(cuò)侶孕育合金顆粒, 進(jìn)行石墨的變質(zhì)孕育處理;娃錯(cuò)侶孕育合金顆粒加入質(zhì)量=外層金屬液出爐質(zhì)量W外X 0.35%/娃錯(cuò)侶孕育合金顆粒實(shí)際含娃質(zhì)量分?jǐn)?shù)/娃錯(cuò)侶孕育合金顆粒的吸收率%;進(jìn)行充 分?jǐn)埌?,使娃錯(cuò)侶孕育合金顆粒充分溶解W微小液滴形式懸浮于金屬液之中,并依靠合金 微小液滴的濃度起伏原理進(jìn)行催化,使金屬液中W溶解狀態(tài)的剩余碳,在隨后的誘注凝固 階段w微小點(diǎn)球狀析出。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,起包誘注主要包括W下步 驟:控制焼注溫度=外層金屬液液相線溫度+ (90~120) 9巴;:化除金屬液表面殘 渣,在金屬液表面撒入1mm左右厚度的脫水棚砂或蛋石輔助化渣使高烙點(diǎn)氧化物雜質(zhì)稀釋, 并與金屬液分離凈化;將金屬液通過誘注漏斗、經(jīng)橫向流槽誘入高速旋轉(zhuǎn)中的離屯、鑄型中, 然后在旋轉(zhuǎn)著的筒狀金屬液內(nèi)表面散入3-4mm厚玻璃保護(hù)渣,起到內(nèi)表面保溫、防氧化作 用。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,所述中間層:當(dāng)高速旋轉(zhuǎn) 的外層金屬筒體內(nèi)脫溫度達(dá)到其固相線溫度Ts,,- (80~200) t時(shí),淺入制備好的中間層材 質(zhì)金屬液,控制中間層金屬液的提入溫度三巧層金屬液液相線溫度Tl_4|_+ (.]20~.1州°C,同 時(shí)應(yīng)滿足含中間層材料液相線溫度Tl^+ (50~200) Γ;焼入內(nèi)腔的中間層金屬液,通過對(duì) 已凝固的外層動(dòng)態(tài)沖刷和溶蝕作用下,將已凝固外層溶蝕10-20mm,并與外層形成冶金結(jié) 厶 1=1 〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,所述誘入高溫液態(tài)的忍部 金屬液,是將帶有中間層的外層筒體及筒體鑄型與預(yù)先制備好的下漉頸箱體、上漉頸箱體、 中注管等進(jìn)行組箱;然后誘入制備好球墨鑄鐵金屬液;控制球墨鑄鐵金屬液的誘入溫度,應(yīng) 滿足>中間層金屬液在液相線溫度上過熱10~50度,即Tl^+ (10~50)肛,同時(shí)應(yīng)滿足> 忍部金屬液在液相線溫度上有50~100過熱度,即Tle+ (50~100) C8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,在通過動(dòng)態(tài)離屯、鑄造 制備外層筒體的過程中,含石墨的高速鋼筒體凝固與石墨析出,是監(jiān)控離屯、鑄型中筒狀金 屬液內(nèi)表面溫度,金屬液溫度在液相線TLft·與固相線Ts之間,在懸浮于金屬液之中極微小的 液態(tài)變質(zhì)合金的濃度起伏催化作用下,金屬液中W溶解狀態(tài)的剩余碳,部分W微小點(diǎn)球狀石 墨形式從液態(tài)金屬中析出;凝固結(jié)束溫度=外層金屬液的固相線溫度Ts, - (80~200) °C。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含石墨的高速鋼社漉,其特征在于,所述與制備好的漉軸通過 軸套復(fù)合熱裝方法進(jìn)行機(jī)械過盈裝配,是將制備好的筒體加熱至350~45(TC,經(jīng)均溫1-3小 時(shí),將加熱的筒體垂直放置在支架上,然后將忍軸小頭朝下,用吊具緩慢放入筒體內(nèi)裝配在 一起;控制軸、套過盈量=ΦΧ〇. 7-0.9%。;將裝配好的社漉的筒體外圓柱面,用石棉布包 裹,緩慢降溫至室溫。
【文檔編號(hào)】C22C38/54GK106086705SQ201610683825
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月17日 公開號(hào)201610683825.7, CN 106086705 A, CN 106086705A, CN 201610683825, CN-A-106086705, CN106086705 A, CN106086705A, CN201610683825, CN201610683825.7
【發(fā)明人】周守行, 陸怡
【申請(qǐng)人】三鑫重工機(jī)械有限公司