大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法
【專利摘要】一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，涉及輕工機機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。軋輥由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內(nèi)層組成，其中外層的化學(xué)成份按質(zhì)量百分比計為：碳：3.2-3.6，硅：＜1.0，錳：0.8-2.0，硫＜0.05，磷：0.1-0.3，鉻：1.2-1.8，鎳：3.6-4.2，鉬：0.3-0.5，鈦＜0.1，釩＜0.2，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，軋輥的外層顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分數(shù)在10-35%之間，經(jīng)熔煉、澆注、冷卻、機械加工制得大尺寸高韌性耐磨合金軋輥。合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。本發(fā)明克服了軋輥由于尺寸大，熱太金屬帶入的熱量多，導(dǎo)致凝固和冷卻的過程中產(chǎn)生的應(yīng)力很大，引起裂紋和應(yīng)力不均勻的缺陷，軋輥面硬度差小于3HSD，軋輥外層硬度和耐磨性高。
【專利說明】大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輕工機機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種糧油機械用大尺寸高韌性耐磨 合金乳棍的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 為提高生產(chǎn)效率，糧油破碎機械用軋輥的尺寸越來越大，直徑達到800mm以上， 傳統(tǒng)的直徑在600mm以下的糧油破碎機械用軋輥外層主要為鉻鑰冷硬鑄鐵，采用離心鑄造 成型，顯微組織由碳化物及珠光體組成，采用鉻鑰冷硬鑄鐵，離心成型800mm以上軋輥時， 由于軋輥尺寸大，液態(tài)金屬帶入的熱量多，凝固和冷卻過程產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力，相變應(yīng)力和熱 應(yīng)力很大，從而引起裂紋和硬度不均勻，乳輥面硬度差超過10HSD，造成成品率低，且耐磨性 和韌性不高，使用過程中出現(xiàn)輥身表面剝落。中國專利公開了 "一種離心復(fù)合改進型無限 冷硬鑄鐵軋輥及制造方法"，其特征是軋輥外層化學(xué)成份是(重量％):C: 3. 2-3.8%，Ni : 3. 8-3. 5%，Cr :1. 2-1. 8%，Mo :0· 2-0. 4%，Cu :0· 2-0. 5%，Si :1. 0-1. 8% Μη < 0. 8%, Nb ： 0· 1-0. 3%，Ti : 0· 05-0. 2%，Mg : 0· 04-0. 07%，Y :0· 02-0. 05%，Sb :0· 01-0. 03%，其余為 Fe 和不可避免的微量雜質(zhì)，為提高軋輥的熱疲勞性能和潤滑性能，加入較多的Si和球化素 Mg，Y形成球狀石墨；后中國專利又公開了改進的"鎳鉻鑰無限冷硬鑄鐵及復(fù)合軋輥"，其 特征是在含 C :2· 9-3. 7%，Si :0· 6-1. 2%，Ni :3· 0-5. 0%，Mo :0· 2-0. 6%，Cr :1· 0-2. 0%，Μη : 0. 4-1. 2%，余量為鐵組成的鎳鉻鑰無限冷硬鑄鐵軋輥中，加入0. 03-0. 1% Β和0. 2-1. 5% Nb，但由于部分硼溶入基體后，增大了基體的脆性。國外專利公開了一種含Nb的無限冷硬 鑄鐵軋輥中，加入〇. 3-6. 0%的Nb，來提高軋輥表面硬度和耐磨性，但對韌性改善不明顯。糧 油機械用大尺寸軋輥與熱軋鋼材軋輥的工作環(huán)境不同，對性能要求也不一樣，按軋鋼軋輥 的現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)無法制造糧油機械用大尺寸軋輥。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為本發(fā)明的目的在于提供一種大尺寸高韌性耐磨合金軋 輥的制造方法，以實現(xiàn)無裂紋且硬度均勻的目的。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的軋輥由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內(nèi)層組成， 其中外層的化學(xué)成份按質(zhì)量百分比計為；碳：3. 2-3. 6，硅：< 1. 0,錳：0. 8-2. 0,硫< 0. 05， 磷：0. 1-0. 3,鉻：1. 2-1. 8,鎳：3. 6-4. 2,鑰：0. 3-0. 5,鈦< 0. 1，釩< 0. 2,其余為鐵和不可 避免的雜質(zhì)，乳輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分數(shù)在 10-35 %之間，制造步驟依次是： (1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、純鎳按化學(xué)成分配料放入電爐中熔化，熔清后加入錳 鐵，調(diào)整成份合格后，加入占鋼水質(zhì)量的〇. 1-0. 2%的鋁脫氧后出爐。
[0005] (2)將出爐鋼水采用臥式離心機澆注機軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380度。
[0006] (3)軋輥外層澆注完成后，離心機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表溫度冷卻到1170-1120度， 澆注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1400-1350度。
[0007] (4)冷卻；乳輥在模具內(nèi)冷卻至950-800度，將軋輥從模具中取出空冷至400-300 度，再放入保溫爐內(nèi)保持5-12小時，然后再取出空冷。
[0008] (5)將成型的合金軋輥經(jīng)機械加工制得成品。
[0009] 其工作原理為：本發(fā)明大尺寸軋輥的高韌性和高耐磨性是通過控制軋輥外層合 金顯微組織來實現(xiàn)的。通過選擇化學(xué)成份和優(yōu)化制造工藝參數(shù)獲得本發(fā)明規(guī)定比例的碳化 物、下貝氏體和奧氏體，其中的碳化物和下貝氏體保證合金層具有高的硬度和耐磨性，下貝 氏體與馬氏體、上貝氏體和珠光體相比本身就具有良好的強度和韌性，再與規(guī)定比例的韌 性好的奧氏體配合，進一步保證了合金的高韌性。
[0010] 對本發(fā)明軋輥外層合金化學(xué)成分的選擇理由解釋如下。
[0011] 碳：碳是影響合金軋輥外層硬度和韌性的主要元素，其含量高時，組織中碳化物數(shù) 量，基體硬度高，耐磨性好，但含量過高時，使韌性下降，使用中易產(chǎn)生剝落，降低軋輥使用 壽命，因此碳含量以3. 2-3. 5%為宜。
[0012] 鎳：在軋輥外層合金中加入鎳，穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性，抑制珠光體形成，增加組 織中奧氏體量，提高合金軋輥的韌性和硬度均勻性，防止冷卻過程中出現(xiàn)開裂，但加入量過 多，會降低外層的硬度和耐磨性，且增加軋輥的成本。因此，合適的鎳加入量是3. 6-4. 2%。
[0013] 鉻：在軋輥外層合金中加入的鉻，穩(wěn)定碳化物，阻礙碳化物的石墨化，從而提高軋 輥的硬度，提高耐磨性。但加入量過多，會增加碳化物的數(shù)量，增加軋輥外層合金的脆性，制 造和使用中易出現(xiàn)裂紋和剝落。因此，合適的鉻的加入量是1. 2-1. 8%。
[0014] 鑰：在軋輥外層合金中加入少量鑰，可以改善淬透性，抑制珠光體形成，促進下貝 氏體的形成，但鑰是價格昂貴的元素，加入量過多，將增加軋輥生產(chǎn)成本，合適的鑰加入量 是 0· 3-0. 6%。
[0015] 錳：在軋輥外層合金中加入錳，可以代替鎳穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性，增加組織中 奧氏體的含量，降低成本，但錳改善韌性方面不如鎳，合適的錳加入量是〇. 8-2. 0%。
[0016] 硅：硅是促進石墨化元素，在軋輥外層合金中加入硅，易促進石墨的析出，損害軋 輥的強度和韌性，其含量盡量降低。合適的硅含量是控制在1.0%以下。
[0017] 釩和鈦：釩和鈦是強碳化物形成元素，形成的碳化物熔點高，穩(wěn)定性好，在軋輥外 層合金中含有少量釩和鈦，可使凝固組織細化，有利于碳化物斷網(wǎng)，提高軋輥的強度和韌 性，改善軋輥耐磨性。但含量過多，碳化物量增加，損害軋輥外層合金的強度和韌性。因此， 合適的含量為鈦< 〇. 1%，釩< 〇. 2%。
[0018] 磷：可防止軋輥離心鑄造成型過程中的產(chǎn)生開裂，但降低軋輥外層合金的韌性。合 適的磷的加入量為：〇. l-o. 3%。
[0019] 硫：促進軋輥離心鑄造成型過程中的產(chǎn)生開裂，屬有害元素，其含量盡量降低。合 適的S含量是控制在0. 05%以下。
[0020] 本發(fā)明大尺寸高韌性耐磨軋輥的制造過程中，步驟（4)所述的冷卻方法是獲得合 格廣品的關(guān)鍵。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點。
[0022] 1、克服了軋輥由于尺寸大，熱太金屬帶入的熱量多，導(dǎo)致凝固和冷卻的過程中 產(chǎn)生的應(yīng)力很大，引起裂紋和應(yīng)力不均勻的缺陷。
[0023] 2、軋輥面硬度差小于3HSD，乳輥外層硬度和耐磨性高。

【具體實施方式】
[0024] 實施例1 : 采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，乳輥外層合金的化學(xué)成分見表1，利用沖天爐熔煉軋輥內(nèi) 層高強度灰鑄鐵。合金軋輥的外徑800 IM，合金軋輥毛坯的總重量約3. 5噸，其制造工藝步 驟如下； ⑴將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鑰鐵、純鎳或鎳鐵按化學(xué)成分配料放入電爐中熔化，溶 清后加入錳鐵，調(diào)整成分合格后，加入占鋼水質(zhì)量的〇. 20%的鋁脫氧后出爐； ⑵將出爐鋼水采用臥式離心機澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1380°C ; ⑶軋輥外層澆注完成后，離心機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表面溫度冷卻到1170°C時，澆 注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1350°C ; ⑷軋輥內(nèi)層澆注完成后，冷卻到900°C時，將軋輥從模具中取出空冷至400°C時放 入保溫爐內(nèi)保持5小時，然后取出空冷； (5)將成型的合金軋輥機械加工制得成品。
[0025] 表1軋輥外層合金是化學(xué)成分(質(zhì)量百分數(shù)）

【權(quán)利要求】
1. 一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，乳輥由高韌性耐磨合金外層和高強 度鑄鐵內(nèi)層組成，其中外層的化學(xué)成份按質(zhì)量百分比計為：碳：3. 2-3. 6，硅：< 1.0，錳： 0· 8-2. 0,硫 < 0· 05,磷：0· 1-0. 3,鉻：1. 2-1. 8,鎳：3· 6-4. 2,鑰：0· 3-0. 5,鈦 < 0· 1，釩 < 0. 2,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，乳輥的外層顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組 成，其中奧氏體的體積分數(shù)在10-35%之間，制造步驟依次是： (1) 將廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、純鎳或鎳鐵按化學(xué)成分配料放入電爐中熔化，熔清后加入錳 鐵，調(diào)整成份合格后，加入占鋼水質(zhì)量的〇. 1-0. 2%的鋁脫氧后出爐； (2) 將出爐鋼水采用臥式離心機澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380度； (3) 軋輥外層澆注完成后，離心機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表面溫度冷卻到1170-1120度時， 澆注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1400-1350度； (4) 冷卻：乳輥在模具內(nèi)冷卻至950-800度，將軋輥從模具中取出空冷至400-300度， 再放入保溫爐內(nèi)保持5-12小時，然后再取出空冷； (5) 將成型的合金軋輥經(jīng)機械加工制得成品。
【文檔編號】B21B27/02GK104250712SQ201310262052
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】方勤波, 蘇海根, 鄧輝 申請人:湖北金標通用軋輥有限公司