型鋼萬能軋機(jī)用的高碳石墨鋼輥環(huán)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種乳輥及其制造方法，具體的說是一種用于型鋼萬能乳機(jī)用的高碳 石墨鋼輥環(huán)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國線材生產(chǎn)已經(jīng)取得長足發(fā)展，2014年線材總產(chǎn)量達(dá)到1000 OMt以上。輥環(huán)是 線材乳機(jī)上的關(guān)鍵備件，萬能乳機(jī)是主要的線材乳機(jī)，萬能乳機(jī)主要用來乳制各類型鋼，例 如：H型鋼、鋼軌、工字鋼、槽鋼、鋼板粧、U型鋼、L型鋼、不等邊角鋼等各種類型的型鋼，因其 適用于多品種鋼材乳制，故而得名萬能乳機(jī)。萬能乳機(jī)用的輥環(huán)在工作中除了受線材磨損 外，還受高溫線材的加熱及冷卻水的激冷，輥環(huán)要求具有高強(qiáng)度、高韌性及高熱沖擊抗力， 常用的無限冷硬鑄鐵輥環(huán)和高鉻鑄鐵輥環(huán)高溫強(qiáng)度低、耐磨性差、更換頻繁，硬質(zhì)合金輥環(huán) 成本高，半鋼輥環(huán)因良好的性能應(yīng)用越來越廣。
[0003] 半鋼乳輥定義在20世紀(jì)40年代末，美國冶金學(xué)家研究開發(fā)了碳含量介于鑄鐵和 鑄鋼之間的乳輥新材料，稱之為"ADAMITE"，其碳含量在1. 3% - 2. 2%范圍內(nèi)，力學(xué)性能處 于鋼和鐵之間。它既具有鑄鋼乳輥的高強(qiáng)度和韌性，又兼有鑄鐵乳輥的良好耐磨性，國內(nèi) 通稱為"半鋼"，通過合理的化學(xué)成份與熱處理工藝，半鋼乳輥可以獲得良好的抗折斷、抗磨 損、抗表面粗糙、抗熱裂等性能。當(dāng)半鋼乳輥的碳含量大于1.8%時(shí)，又稱之為高碳半鋼乳 輥。
[0004] 目前萬能型鋼乳機(jī)所用的水平輥環(huán)一般采用高碳半鋼材質(zhì)制作。高碳半鋼材質(zhì)的 乳輥一般用在一些大中型的乳機(jī)立式機(jī)座的粗中乳機(jī)架上，其耐磨性及抗事故沖擊能力較 強(qiáng)，但抗熱裂性略差，使用中易產(chǎn)生龜裂，另外部分型鋼廠家乳制使用半鋼材質(zhì)乳輥存在粘 鋼現(xiàn)象，給型鋼廠正常乳制及生產(chǎn)組織帶來較大影響，因此需要在高碳半鋼材質(zhì)的基礎(chǔ)上， 研制出一種新型的萬能型鋼乳機(jī)用輥環(huán)，以適應(yīng)市場的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在高碳半鋼材質(zhì)的基礎(chǔ)上， 提出一種高碳石墨鋼輥環(huán)及其制造方法，具有較強(qiáng)的耐磨性、抗破斷強(qiáng)度和韌性，以及抗熱 裂性和抗事故沖擊能力，并極大降低了粘鋼傾向，使用中能較好的滿足乳制型材的需求。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種型鋼萬能乳機(jī)用的高碳石墨鋼輥環(huán)，包括高碳石墨鋼的外層和低碳低合金 石墨鋼的芯部，所述外層的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量為：C:1. 70~2. 30%，Si:1. 50~ 2. 20%，Mn:0. 50 ~1. 20%，Cr:1. 00 ~1. 80%，Ni:0. 20 ~1. 20%，Mo:0. 20 ~0. 80%， P彡0. 03%，S彡0. 03%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0008] 所述芯部的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量為：C:1. 00~2.00%，Si:1.00~ 2. 00%，Mn:0? 50 ~I. 50%，P彡 0? 03%;S彡 0? 03%，Cr:彡 0? 5%，其余為Fe和不可避免 的雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述外層的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量為：C:1. 90~ 2. 20%，Si:1. 65 ~2. 00%，Mn:0. 85 ~1. 15%，Cr:1. 10 ~1. 40%，Ni:0. 80 ~1. 20%， Mo:0. 30~0. 60%，P彡0. 03%，S彡0. 03%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0010] 所述芯部的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量為：C:1. 10~1.40%，Si:1.00~ I. 40%，Mn:0? 50 ~0? 80%，P彡 0? 03%;S彡 0? 03%，Cr:彡 0? 4%，其余為Fe和不可避免 的雜質(zhì)。
[0011] -種型鋼萬能乳機(jī)用的高碳石墨鋼輥環(huán)的制造方法，包括如下步驟：
[0012] A、外層材料和芯部材料的熔煉：在中頻爐內(nèi)分別熔煉外層原材料和芯部原材料， 熔煉溫度均為1500°C~1600°C，得到外層材料鋼液和芯部材料鋼液；
[0013] B、孕育及球化處理：將步驟A熔煉好的外層材料鋼液和芯部材料鋼液分別轉(zhuǎn)移 到鋼包中，鋼包中預(yù)先加入Si-Ca粒和FeSiMgRE合金，出鋼過程中隨鋼液沖入1#合金 和Si-Fe粒，其中的Si-Ca粒、FeSiMgRE合金、1#合金和Si-Fe粒的添加量分別為0. 3~ I. 1%、1. 0~L6%、0. 8~L2%、0. 4~L0%，孕育及球化處理溫度為1500~1600°C，然 后進(jìn)行鎮(zhèn)靜處理，鎮(zhèn)靜處理結(jié)束后進(jìn)行澆注；
[0014] C、離心澆注：首先將鑄型裝入離心機(jī)內(nèi)，開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為300rpm~ 500rpm，同時(shí)將外層材料鋼液澆注于澆包內(nèi)，然后通過澆包將外層材料鋼液澆注到高速旋 轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，外層材料鋼液的澆注溫度為1350~1450°C，控制外層材料鋼液凝固3~8min 將芯部材料鋼液澆入澆包內(nèi)，最后通過澆包將芯部材料鋼液澆注到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，芯 部材料鋼液的澆注溫度為1400~1500°C，芯部鋼水澆注完成后3~6h關(guān)閉離心機(jī)；
[0015] D、熱處理：將檢測合格的輥坯先進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為700°C~800°C，保 溫時(shí)間120~200h，保溫結(jié)束后隨爐冷卻，然后機(jī)械加工需要的尺寸及精度；機(jī)械加工后進(jìn) 行正火+回火處理，正火溫度為900°C~980°C，正火完成后以風(fēng)冷+空冷的冷卻方式冷卻 到400°C，然后進(jìn)行回火處理，回火溫度為560°C~610°C，回火完成后空冷至室溫；
[0016] 回火完成后，按所需尺寸對(duì)輥坯進(jìn)行精加工，制成輥環(huán)，進(jìn)行超聲波檢測、硬度測 試和金相組織檢驗(yàn)。
[0017] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟B中的Si-Ca粒和Si-Fe粒的粒度均為5~ 15mm，娃含量均為75%。
[0018] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟B中的孕育處理至少為兩次。
[0019] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟B中的1#合金的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量 為：稀土 ：20%，硅：35~40%，鈣：2%，錳：2%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0020] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟B中的鎮(zhèn)靜處理時(shí)間< 8分鐘。
[0021] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟D中熱處理后的輥環(huán)的工作層硬度為58~ 62HSD，硬度均勻性彡4HSD。
[0022] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟D中熱處理后的輥環(huán)的金相組織包括珠光 體基體、面積率為10. 36%碳化物和石墨，石墨的形態(tài)為團(tuán)狀或團(tuán)蟲狀，石墨的面積率為 1. 7%。
[0023] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：本發(fā)明結(jié)合型鋼萬能乳機(jī) 的自身特點(diǎn)及工作條件，確定乳輥中合金元素的成分及含量，設(shè)計(jì)合理的制作工藝，采用離 心鑄造，完成了以半鋼乳輥為基礎(chǔ)的一種乳輥新材質(zhì)一一型鋼萬能乳機(jī)用的高碳石墨鋼輥 環(huán)及其制造方法研發(fā)。
[0024] 石墨鋼是超高碳過共析鋼，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，一部分碳以石墨形態(tài)析出。這種鋼 主要依靠石墨起潤滑作用，是一種耐摩擦磨損的材料。石墨鋼可用于制造初乳機(jī)的熱乳輥， 也可用于板坯、型鋼熱乳帶鋼等乳機(jī)的粗乳機(jī)架上。這種材質(zhì)由于組織中含有石墨，可以提 高熱導(dǎo)性而降低熱應(yīng)力。使熱裂紋的形成與擴(kuò)展大為減少，提高乳輥耐磨性和咬入能力，延 長乳輥使用壽命。另外，這種材質(zhì)的乳輥由表面至心部的硬度變化小，可以加工較深的孔 型，使槽底和側(cè)壁有相同的耐磨性。石墨鋼還可用于自潤滑軸承材料。
[0025] 高碳石墨鋼乳輥的碳含量大于1. 8 %時(shí)，又稱之為高碳石墨鋼乳輥。由于高碳石墨 鋼其基體組織與半鋼相似，硬度值設(shè)計(jì)合理，同時(shí)還含有一些細(xì)小、彌散分布的球型石墨， 因此不僅具有半鋼乳輥硬度落差小、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于球型石墨起潤滑作用降 低了粘鋼傾向，提高了水平輥環(huán)的使用性能及穩(wěn)定性，是型鋼萬能機(jī)架理想的工作部件。
[0026] 本發(fā)明的耐磨型高碳石墨鋼材質(zhì)的輥環(huán)的工作層中含有較高含量的Cr、Ni、Mo等 多種合金元素，保證工作層的高耐磨性，及良好的抗熱裂性、抗事故沖擊能力，芯部采用低 碳低合金石墨鋼，保證芯部韌性及強(qiáng)度。在生產(chǎn)過程中采用離心復(fù)合澆注方式，采用此種澆 注方式可兼顧外層的耐磨性及芯部的韌性及強(qiáng)度，使得輥環(huán)的工作層組織更加致密、均勻， 進(jìn)一步增強(qiáng)了輥環(huán)的強(qiáng)度，延長了輥環(huán)的使用壽命，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，另 外夾雜物將在離心力的作用下向毛坯內(nèi)孔運(yùn)動(dòng)，加工時(shí)可將這些缺陷去除。
[0027] 本發(fā)明采用Si-Ca粒、1#合金和Si-Fe粒組成的復(fù)合孕育劑及至少兩次的孕育處 理次數(shù)，可保證在鑄造余量較小（直徑方向< 20mm)的情況下有石墨析出，提高加工精度； 且在FeSiM