專利名稱：一種耐磨定寬機模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定寬機模塊及其制造方法，特別涉及一種大側(cè)壓定寬壓力機耐磨模塊及其制造方法，屬于定寬機模塊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大側(cè)壓定寬(Sizing Press,簡稱SP)是一項在線調(diào)寬技術(shù)，已成為現(xiàn)代熱軋帶鋼生產(chǎn)中的一項重要新技術(shù)，它是用來對板坯進行一次性大尺寸側(cè)壓的重要新設(shè)備。定寬壓力機的主要用途是根據(jù)不同成品板寬要求來定制粗軋前板坯寬度，特別適用于連鑄坯規(guī)格少而又要生產(chǎn)多種不同板寬的成品板的場合，可有效減少原料坯寬度規(guī)格和連鑄坯寬度調(diào)整時間和次數(shù)，提高連鑄機產(chǎn)量和生產(chǎn)率，降低板坯庫存量，簡化板坯庫管理和軋制計劃，便于及時生產(chǎn)滿足用戶需要的各種寬度規(guī)格帶鋼。 由于大側(cè)壓定寬壓力機拍打的對象是剛剛從加熱爐中取出的鋼坯，其均溫達到1100°C以上，在高負荷、高溫作用條件下，還要受到高頻率沖擊的作用。因此，定寬壓力機模塊的工況條件極其惡劣。這就要求定寬壓力機模塊的工作層具有良好的耐高溫疲勞性能、耐高溫沖擊性能、耐高溫磨損性能，這無疑是對材料的綜合性能提出了十分苛刻的要求。然而目前，定寬壓力機模塊的工作面常常會出現(xiàn)大面積的裂紋。裂紋較多時，若不及時更換模塊，就會在工作面上出現(xiàn)“表面剝落”的現(xiàn)象，給軋鋼生產(chǎn)帶來重大隱患。為了提高大側(cè)壓定寬壓力機模塊的使用壽命，日本專利JP2002194478A公開了用于定寬機模塊的鑄鐵材料，其成分按重量百分比包括C :3. 2^4. 2%、Si :1. (Γ2. 5%、Mn O. Γο. 6%、P 0. 10% 以下、S 0. 02% 以下、Cr 0. 15% 以下、Mg 0. 04 O. 10%, Fe 余量，在所述結(jié)構(gòu)中，15%以上的面積比例析出結(jié)晶石墨，在所述析出的結(jié)晶石墨中石墨顆粒粒徑在IOOym以上的占50%以上，然而該專利所提供的鑄鐵材料中，含有過多的夾雜物，嚴重地影響鑄鐵的性能，尤其是降低塑性和韌性，導(dǎo)致模塊使用中易出現(xiàn)裂紋和剝落。中國專利CN102168224A也公開了一種定寬機模塊，所述定寬機模塊由球墨鑄鐵加工澆鑄成型，其特征在于所述球墨鑄鐵包括以下質(zhì)量百分比的成分C 3 3.9%，Si :1. 5 2. 2%，Mn O. 3 O. 5%, P ( O. 04%, S ( O. 012%, Cr < O. 3%, Ni 1. 5 2. 3%, Mo 0. 4 O. 6%，稀土元素0.08 0.25%，？6余量。該發(fā)明所提供模塊材料中含有較多價格昂貴的鎳、鑰元素，還存在強度低和韌性差的不足。中國專利CN202061891U還公開了一種定寬機模塊，其傳動側(cè)模塊的工作面由三個斜面和一個曲面組成；第一斜面與水平交角Q1 <20°，第二斜面與水平交角α2<13°，第二斜面與曲面相切，第三斜面與水平交角α3*12°，第三斜面與曲面相切。第一斜面水平長度第二斜面水平長度曲面水平長度第三斜面水平長度比例為12 22 23 :11。由于改變了傳動側(cè)模塊工作面的形狀，使之有利于金屬流動量的均衡一致，可根據(jù)出爐板坯寬度方向上兩側(cè)溫差，靈活調(diào)整模塊一側(cè)工作面的曲面形式，從而有效控制經(jīng)定寬機側(cè)壓后的板坯側(cè)彎，既可極大簡化生產(chǎn)工藝，又可減少側(cè)彎缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量。中國專利CN201791735U還公開了一種熱軋機組板坯壓力加工模塊，特別涉及大側(cè)壓定寬機用模塊。一種熱軋機組側(cè)壓定寬機模塊(I)，其工作面(2)包括一個平面(22)和三個斜面(21)、(23)和(24)，沿縱向在模塊的工作面上加工兩個以厚度中心線為對稱的V形槽。沿模塊的縱向上的任一橫斷面(A-A)上的工作面曲線由第一直線(25)、第一個橫向的V形線(26)、中部直線(27)、第二個橫向的V形線(28)和第三直線(29)構(gòu)成。本發(fā)明側(cè)壓定寬機曲面模塊首先加大對板坯的厚度方向上中部金屬側(cè)邊的壓下量，而靠近上下表面的金屬側(cè)壓量要小于中心部分，減小板坯在側(cè)壓過程和水平軋制過程中側(cè)邊向上下表面的翻平量，最終減少帶鋼邊部細線等缺陷的生成，提聞帶鋼廣品的成材率。為了提聞|旲塊的使用壽命，上海交通大學(xué)( 王光寰，定寬側(cè)壓機復(fù)合型模塊的研制與應(yīng)用，上海交通大學(xué)學(xué)位論文，2009)還提出采用Ni-Cr-Mo-W鎳基焊條堆焊于定寬壓力機模塊的工作面，達到延長模塊壽命的目的，但是采用堆焊方法制造定寬壓力機模塊，堆焊層存在硬度均勻性差和耐磨性低的不足，且堆焊層使用中易出現(xiàn)開裂和剝落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有定寬機模塊使用中存在的諸多問題，提出采用強韌性好的低碳球墨鑄鐵制造定寬機模塊，在低碳球墨鑄鐵基礎(chǔ)上，適當(dāng)加入銅、鋁、鎳、鑰等合金元素，提高球鐵的強度和硬度，并采用銅鎂合金球化劑和鎳鎂合金球化劑球化，改善球鐵球化效果，另外，還加入少量鈣、鋇、鋅、鈦、硼、釩、氮等微合金化元素，細化球鐵凝固組織，改善定寬機模塊的韌性和熱疲勞抗力，促進定寬機模塊使用壽命的大幅度提高。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明定寬機模塊的化學(xué)組成成分是(質(zhì)量分數(shù)％) :2. 5^2. SC, I. 8^2. 4Si, 3. 2(C+l/3Si ( 3. 5，2. 2 2. 5A1, O. 6 O. 8Cu, O. 5 O. 8Ni, O. 15 O. 30Mo, O. 3 O. 6Mn, O. 03 O. 05Ca，O. 03 O. 05Ba, O. 04 O. 07Mg, O. 015 O. 035Zn, O. 003 O. 006B, O. 02 O. 04Τ , O. 08 O. 10V,O. 012 O. 030N, P 彡 O. 035，S 彡 O. 010，F(xiàn)e 余量。本發(fā)明定寬機模塊用電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑和鑰鐵混合加熱熔化，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1560 1580°C，加鋁和硅鈣鋇合金后出爐，鐵水出爐過程中加入質(zhì)量是出爐鐵水總質(zhì)量O. 70 O. 85%的硅鐵進行隨流孕育處理，其中所用的硅鐵中硅質(zhì)量含量為75 80% ；②將銅鎂合金球化劑、鎳鎂合金球化劑、硼鐵、金屬鋅、釩氮合金和鈦鐵破碎至粒度為8 12mm的小塊，經(jīng)200 250°C烘干3 5h后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鐵水進行球化處理和復(fù)合變質(zhì)處理；③用冷硬樹脂砂造型定寬機模塊，鑄型涂料用醇基涂料，采用步驟②的鐵水進行澆注，鐵水澆注溫度1410 1430°C ;④澆注15 20h后開箱空冷定寬機模塊，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤定寬機模塊隨爐加熱至920 950°C，保溫6 8h，然后風(fēng)冷至溫度低于300°C后，重新入爐加熱至530 580°C,保溫12 15h,然后空冷至室溫,最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的碳和硅碳和硅是保證球鐵具有良好機械性能和良好鑄造性能的重要元素，碳和硅含量過低，鐵水熔煉困難，且鑄造性能差，碳和硅含量過高，鑄鐵中石墨數(shù)量過多，導(dǎo)致鑄鐵的力學(xué)性能，尤其是強度和韌性明顯下降，根據(jù)定寬機模塊的使用條件，確定合適的碳含量為 2. 5 2. 8%,硅含量為 I. 8 2. 4%,且 3. 2% ( C+l/3Si ( 3. 5%。鋁鋁主要溶于基體，明顯提高基體的抗氧化性能、高溫強度和高溫抗磨性，加入量過少，對球鐵性能的提高影響不大，加入量過多，易產(chǎn)生氧化夾雜，反而損害球鐵的性能，合適的鋁含量為2. 2 2. 5%。銅和鎳球鐵中加入銅和鎳主要是為了提高淬透性，對提高球鐵強度也有積極的作用，加入量過多，特別是鎳加入量過多時，正火組織中殘留奧氏體過多，反而降低球鐵的強度，且鎳價格昂貴，合適的銅含量為O. 6^0. 8%，合適的鎳含量為O. 5^0. 8%。鑰球鐵中加入適量鑰，具有細化晶 粒，改善球鐵強韌性的作用，另外，鑰還可以降低球鐵的回火脆性，但是鑰加入量過多，球鐵中易出現(xiàn)碳化物，而碳化物的出現(xiàn)，會極大地損害球鐵的強度和韌性，合適的鑰含量宜控制在O. 15^0. 30%。錳球鐵中加入適量錳主要起脫氧作用，且錳還有提高球鐵強度的作用，但錳降低球鐵的抗高溫氧化性能，合適的錳含量宜控制在O. 3^0. 6%。鈣和鋇球鐵中加入鈣和鋇的主要作用是脫氧、脫硫，另外，鈣和鋇還有改善夾雜物形態(tài)和分布的作用，促進球鐵力學(xué)性能和熱疲勞性能的大幅度提高，合適的鈣加入量宜控制在O. 03、. 05%，合適的鋇加入量宜控制在O. 03、. 05%。鎂鎂加入鐵水的主要作用是促進石墨球化，但鎂是促進白口化元素，加入量過多，鑄鐵中易出現(xiàn)脆性的碳化物，損害球鐵的強度和韌性，合適的鎂加入量宜控制在O. 04、. 07%。硼硼固溶于基體中，明顯提高基體淬透性，但是，硼加入量過多，球鐵中易出現(xiàn)脆性的Fe3(B，C)碳硼化合物，導(dǎo)致球鐵力學(xué)性能大幅度降低，合適的硼加入量宜控制在O. 003 O. 006%。鋅球鐵中加入適量鋅具有較好的脫氧、脫硫效果，鋅還有降低鐵水過冷度，促進球鐵凝固組織細化的作用，有利于球鐵性能的大幅度提高，加入量過多，球鐵中易出現(xiàn)脆性的碳化物，反而不利于球鐵性能的改善，合適的鋅加入量宜控制在O. 015、. 035%。鈦、f凡、氮球鐵中加入適量鈦、f凡、氮，主要是為了形成高熔點的TiN、VN顆粒,這些高熔點顆粒，可以起外來晶核作用，促進球鐵凝固細化，導(dǎo)致定寬機模塊的強度和韌性以及熱疲勞性能和耐磨性明顯提高，但是鈦、釩、氮加入量過多，高熔點的TiN、VN顆粒易粗化，反而降低定寬機模塊的性能，合適的釩加入量宜控制在O. 08、. 10%，合適的鈦加入量宜控制在O. 02 O. 04%，合適的氮加入量宜控制在O. 012 O. 030%。硫和磷硫和磷是鐵水中不可避免的微量雜質(zhì)，嚴重損害球鐵的性能，對其殘留量應(yīng)嚴格控制，為了獲得高性能的定寬機模塊，將其硫含量限制在O. 010%以下，將其磷含量限制在O. 035%以下。此外，本發(fā)明球鐵在球化過程中，采用銅鎂合金球化劑和鎳鎂合金球化劑進行球化，克服了普通純鎂球化安全性差和普通稀土鎂合金球化效果差的不足，使球鐵性能穩(wěn)定，有利于定寬機模塊的安全使用。本發(fā)明效果(I)用本發(fā)明制造的定寬機模塊，生產(chǎn)工藝簡便，金相組織中，石墨的球化率大于95%。(2)用本發(fā)明制造的定寬機模塊夾雜物少，夾雜物總量降至O. 45%以下。(3)用本發(fā)明制造的定寬機模塊凝固組織細小，具有高強度和高韌性，其中抗拉強度大于750MPa，屈服強度大于450MPa，延伸率大于4. 0%，沖擊功(α κν)大于5J，硬度達到260 280ΗΒ。(4)用本發(fā)明制造的定寬機模塊具有極好的抗高溫氧化和抗熱疲勞性能，還具有優(yōu)良的耐磨性，用于熱軋定寬機上，其每次過鋼量超過10萬噸，且每次修復(fù)切削量小于 1Bmnin
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述實施例I :采用5噸工頻感應(yīng)電爐熔煉定寬機模塊材料，定寬機模塊的制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑和鑰鐵混合加熱熔化，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1562°C，加鋁和硅鈣鋇合金后出爐，鐵水出爐過程中加入質(zhì)量是出爐鐵水總質(zhì)量O. 70%的含硅質(zhì)量為79. 3%的硅鐵進行隨流孕育處理。②將銅鎂合金球化劑、鎳鎂合金球化劑、硼鐵、金屬鋅、釩氮合金和鈦鐵破碎至粒度為8 12_的小塊,經(jīng)200°C烘干5h后,置于燒包底部,用包內(nèi)沖入法對鐵水進行球化處理和復(fù)合變質(zhì)處理。③用冷硬樹脂砂造型定寬機模塊，鑄型涂料用醇基涂料，采用步驟②的鐵水進行澆注，鐵水澆注溫度1412°C ;④澆注20h后開箱空冷定寬機模塊，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤定寬機模塊隨爐加熱至920°C，保溫8h，然后風(fēng)冷至溫度280°C時，重新入爐加熱至580°C，保溫15h，然后空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。定寬機模塊的成分見表1，定寬機模塊的性能見表2。實施例2 采用5噸工頻感應(yīng)電爐熔煉定寬機模塊材料，定寬機模塊的制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑和鑰鐵混合加熱熔化，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1579°C，加鋁和硅鈣鋇合金后出爐，鐵水出爐過程中加入質(zhì)量是出爐鐵水總質(zhì)量O. 85%的含硅質(zhì)量為75. 8%的硅鐵進行隨流孕育處理。②將銅鎂合金球化劑、鎳鎂合金球化劑、硼鐵、金屬鋅、釩氮合金和鈦鐵破碎至粒度為8 12mm的小塊,經(jīng)250°C烘干3h后,置于燒包底部,用包內(nèi)沖入法對鐵水進行球化處理和復(fù)合變質(zhì)處理。③用冷硬樹脂砂造型定寬機模塊，鑄型涂料用醇基涂料，采用步驟②的鐵水進行澆注，鐵水澆注溫度1428°C ；④澆注15h后開箱空冷定寬機模塊，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤定寬機模塊隨爐加熱至950°C，保溫6h，然后風(fēng)冷至溫度260°C時，重新入爐加熱至530°C，保溫15h，然后空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。定寬機模塊的成分見表1，定寬機模塊的性能見表2。
實施例3 采用5噸工頻感應(yīng)電爐熔煉定寬機模塊材料，定寬機模塊的制造工藝步驟是①將普通廢鋼、增碳劑和鑰鐵混合加熱熔化，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1571°C，加鋁和硅鈣鋇合金后出爐，鐵水出爐過程中加入質(zhì)量是出爐鐵水總質(zhì)量O. 75%的含硅質(zhì)量為75. 8%的硅鐵進行隨流孕育處理。②將銅鎂合金球化劑、鎳鎂合金球化劑、硼鐵、金屬鋅、f凡氮合金和鈦鐵破碎至粒度為8 12mm的小塊,經(jīng)220°C烘干4h后,置于燒包底部,用包內(nèi)沖入法對鐵水進行球化處理和復(fù)合變質(zhì)處理。③用冷硬樹脂砂造型定寬機模塊，鑄型涂料用醇基涂料，采用步驟②的鐵水進行澆注，鐵水澆注溫度1419°C ;④澆注18h后開箱空冷定寬機模塊，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤定寬機模塊隨爐加熱至940°C，保溫7h，然后風(fēng)冷至溫度268°C時，重新入爐加熱至560°C，保溫14h，然后空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。定寬機模塊的成分見表1，定寬機模塊的性能見表2。表I定寬機模塊的成分(質(zhì)量分數(shù)，%)
權(quán)利要求
1.一種耐磨定寬機模塊的制造方法，其特征在于，定寬機模塊的化學(xué)組成成分是2.5 2. 8C, I. 8 2. 4Si, 3. 2 ≤ C+l/3Si ( 3. 5，2. 2 2· 5A1, O. 6 O. 8Cu, O. 5 O. 8Ni, O. 15 O.30Mo, O. 3 O. 6Mn, O. 03 O. 05Ca, O. 03 O. 05Ba, O. 04 O. 07Mg, O. 015 O. 035Zn, O. 003 O.006B, O. 02 O. 04Τ , O. 08 O. 10V, O. 012 O. 030N, P ≤ O. 035，S ≤ O. 010，F(xiàn)e 余量，上述為質(zhì)量分數(shù)％ ; 其制備方法包括以下步驟 ①將普通廢鋼、增碳劑和鑰鐵混合加熱熔化，鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1560 1580°C，加鋁和硅鈣鋇合金后出爐，鐵水出爐過程中加入質(zhì)量是出爐鐵水總質(zhì)量O. 70 O. 85%的硅鐵進行隨流孕育處理，其中所用的硅鐵中硅質(zhì)量含量為75 80% ； ②將銅鎂合金球化劑、鎳鎂合金球化劑、硼鐵、金屬鋅、釩氮合金和鈦鐵破碎至粒度為8 12mm的小塊，經(jīng)200 250°C烘干3 5h后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鐵水進行球化處理和復(fù)合變質(zhì)處理； ③用冷硬樹脂砂造型定寬機模塊，鑄型涂料用醇基涂料，采用步驟②的鐵水進行澆注，鐵水澆注溫度1410 1430°C ; ④澆注15 20h后開箱空冷定寬機模塊，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺； ⑤定寬機模塊隨爐加熱至920 950°C，保溫6 8h，然后風(fēng)冷至溫度低于300°C后，重新入爐加熱至530 580°C，保溫12 15h，然后空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法制備的一種耐磨定寬機模塊。
全文摘要
一種耐磨定寬機模塊及其制造方法，屬于定寬機模塊技術(shù)領(lǐng)域。其成分及質(zhì)量分數(shù)％2.5~2.8C，1.8~2.4Si，3.2≤C+1/3Si≤3.5，2.2~2.5Al，0.6~0.8Cu，0.5~0.8Ni，0.15~0.30Mo，0.3~0.6Mn，0.03~0.05Ca，0.03~0.05Ba，0.04~0.07Mg，0.015~0.035Zn，0.003~0.006B，0.02~0.04Ti，0.08~0.10V，0.012~0.030N，P≤0.035，S≤0.010，F(xiàn)e余量。利用電爐生產(chǎn)，采用冷硬樹脂砂型鑄造，定寬機模塊強度高，韌性好，具有良好的高溫抗氧化性、抗熱疲勞性能和耐磨性。
文檔編號B22D1/00GK102899567SQ20121033961
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者佟寶輝, 王勇, 陶樹立, 符寒光 申請人:上海東新冶金技術(shù)工程有限公司