CN102430582A - 一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法 - Google Patents

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贾术智
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本发明涉及一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，属于建材行业铸造技术领域。技术方案是：外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，通过熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序制造而成。本发明的积极效果：优选辊套内外层材料配比，采用合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。根据辊套高合金的特点，通过提高回火温度，经多次回火过程，加强了辊套的断裂韧性。本发明辊套外层硬度为60~64HRC，冲击韧性12J/cm2，内层硬度为26~30HRC，抗拉强度800~900MPa，屈服强度730MPa，使用寿命比以前锻造堆焊辊套提高2倍以上。

Description

一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法
技术领域
    本发明涉及一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，特别是离心铸造超强耐磨高合金钢/低合金钢辊压机辊套及其制造方法，属于建材行业铸造技术领域。 
背景技术
目前，生产的辊压机辊套主要采用锻件，并在表面堆焊一层耐磨层，以提高其耐磨性。但是，由于辊套在碾压破碎时受物料反复切削磨损，在工作中承受巨大的压力引起的周期性交变压力以及反复磨损，使辊套表面产生沟壑和凸棱，且表面堆焊层极易出现龟裂、掉肉现象，这样更加快部件的损坏，使用寿命短，需多次堆焊修复，且受生产场地等诸多因素的限制，堆焊很难达到标准要求，严重影响辊压机的使用效率。
发明内容
本发明目的是提供一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，使用寿命长，具有高耐磨性、高强度及韧性，解决背景技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：
一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为：C 1.5-2.8、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 5.0-9.0、Ni 0.5-2.5、Mo 5.0-9.0、V 0.9~2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层材料化学成分重量百分比为：C 0.32-0.62、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 0.2-0.9、Ni 0.4-1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
根据辊压机辊套特性，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢，使用寿命长，具有高耐磨性、高强度及韧性。
一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序，所述复合辊套热处理工序按照以下步骤进行：
a、退火
以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30℃/h升温至750-850℃，并保温4-6小时后，炉冷至550-680℃，保温6-10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，进行粗加工；
b、淬火
自室温开始，以10℃／h缓慢加热到350℃并保温8-10小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温8-10小时，然后以20℃／h缓慢加热到750-850℃并保温8-10小时，然后以30℃／h升温至950-1050℃，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃；
c、回火
待辊套在回火炉中冷却到150℃后，执行第一次回火工艺；自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃；
第二次回火；自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃；
第三次回火；自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
本发明的主要技术要点体现在如下几个方面：
1、优选辊套外层材质配比，提高外层合金元素含量，以确保提高辊套的耐磨性、断裂韧性。合金元素在产品组织中形成各种碳化物，同时还影响金属基体的转变特性。碳化物的硬度、形貌、数量、分布和金属基体的组织、性能对产品的耐磨性、韧性等性能起着决定性作用。通过提高C、Cr、Mo、V、W等合金的含量可以强化基体，增加碳化物总量，有利于辊套摩擦表面的平滑性。辊套的断裂韧性受合金元素含量（特别是碳含量），碳化物形态、数量和分布及热处理制度的影响。本发明通过验证KIC随C量增加呈直线规律下降，随V量增加而提高。这是因为C量增加使组织中碳化物的体积分数增大，对基体的割裂作用增大；而V量增加，MC增多，较之M2C等碳化物对基体的割裂作用大为减缓。
2、通过合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。通过对浇注温度、浇注时间、离心机转速等严格的控制，确保结合层状态良好。
3、采取退火、淬火和回火的热处理工艺。达到改善碳化物形态、促进组织转变和细化组织的目的，以提高辊套的耐磨性和断裂韧性。特别是通过高温回火，增加回火次数，析出细小弥散的碳化物，减少了晶格畸变，并起到沉淀强化的作用，故KIC值增大。
本发明的积极效果：1、优选辊套内外层材料配比，外层采用高合金元素，通过提高C、Cr、Mo、V、W等合金的含量可以强化基体，增加碳化物总量，提高摩擦表面的平滑性；2、采用合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。3、根据辊套高合金的特点，制定合适的热处理工艺，特别是通过提高回火温度，经多次回火过程，加强了辊套的断裂韧性；通过以上发明彻底解决了原来锻造焊接辊套容易起皮、剥落、掉块，修复麻烦，焊条昂贵的弊病。经过验证，本发明辊套外层硬度为60~64HRC，冲击韧性12J/cm2，内层硬度为26~30HRC，抗拉强度800~900Mpa，屈服强度730Mpa，使用寿命比以前锻造堆焊辊套提高2倍以上。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步说明。
一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为：C 1.5--2.8、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 5.0-9.0、Ni 0.5-2.5、Mo 5.0-9.0、V 0.9~2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层材料化学成分重量百分比为：C 0.32-0.62、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 0.2-0.9、Ni 0.4-1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序， 更具体的步骤如下：
1、熔化外层超强耐磨高合金钢
（1）将磷硫含量合格的废钢、生铁、电极块、镍板、铬铁、硅铁、锰铁、钨铁和钼铁混合加热熔化，炉前调整成份合格后，将温度升至1590-1620oC，依次加入钛铁、铝脱氧，然后加入钒铁，而后出炉；超强耐磨高合金钢化学成分重量百分比为：C 1.5--2.8、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 5.0-9.0、Ni 0.5-2.5、Mo 5.0-9.0、V 0.9~2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；
（2）将稀土硅铁破碎到粒度小于10mm的小块，与碱面、铝一起，于180-220℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理，得到外层钢水； 
2、熔化内层低碳中合金钢：将废钢、电极、硅铁、锰铁混合加热熔化，炉前调整成分合格后，将温度升至1620-1650℃，在浇包内加入占内层钢水总重量的0.1-0.15%的稀土镁合金、0.5-0.8%的硅-钙合金和0.05-0.12%的Al、碱面0. 1-0. 15%，并用铁屑覆盖，随后将内层钢水冲入浇包，待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣，包内钢水加保温剂覆盖；低碳中合金钢化学成分重量百分比为：C 0.32-0.62、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 0.2-0.9、Ni 0.4-1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe；
3、离心浇注复合辊套：选择离心机转速400rpm~500rpm；铸型材质是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢，壁厚200mm~300mm，预热温度为150~220℃，喷上一层耐火涂料，涂料厚度1.5mm~5.0mm；铸型烘干后安装在离心机上待浇注；当铸型温度为150-220℃时浇注外层钢水，外层钢水浇注温度1480-1500℃，外层钢水总重的70%-80%浇入铸型后，将已预热的保护渣在浇道内随流均匀撒入，待铸型内层钢水内表面温度降到1280-1320℃时，开始浇注内层钢水，内层钢水浇注温度为1580-1600℃，当复合辊套凝固成型后脱模；
4、复合辊套热处理：（1）退火，退火的目的，一是使基体内的溶质原子均匀分布，二是消除铸造应力；具体工艺是：以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30℃/h升温至750-850℃，并保温4-6小时后，炉冷至550-680℃，保温6-10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，并进行粗加工；（2）淬火，淬火使奥氏体组织转变成马氏体和少量贝氏体，以使基体获得足够的硬度；具体工艺是：自室温以10℃／h缓慢加热到350℃并保温8-10小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温8-10小时，然后以20℃／h缓慢加热到750-850℃并保温8-10小时，然后以30℃／h升温至950-1050℃，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃；（3）回火，析出细小弥散的碳化物，减少了晶格畸变，并起到沉淀强化的作用，提高断裂韧性，消除淬火中产生的应力；具体工艺是：第一次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃。第二次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃；第三次回火，自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
5、上述辊套经粗加工、精加工，超强耐磨高合金钢辊压机辊。
  以下提供几个实施例：
  实施例1：辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为：C 2.4、Si 0.6、Mn 0.7、Cr 7.0、Ni 1.5、Mo 7.0、V 1.25、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为：C 0.45、Si 0.5、Mn 0.6、Cr 0.7、Ni 0.8、Mo≤2.0、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行：a、退火:以辊套脱模温度为依据，进行2小时的保温均温过程。然后以30℃/h升温至800℃，并保温4小时后，炉冷至660℃，保温7小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火：自室温以10℃／h缓慢加热到350℃并保温8小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温8小时，然后以20℃／h缓慢加热到780℃并保温8小时，然后以30℃／h升温至980℃，并保温12小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃。C、回火：第一次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第二次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第三次回火，自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
  实施例2：辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为：C 1.5、Si 0.9、Mn 0.9、Cr9.0、Ni 2.5、Mo 5.0、V2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为：C 0.62、Si 0.2、Mn 0.9、Cr 0.8、Ni 1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行：a、退火:以辊套脱模温度为依据，进行2.5小时的保温均温过程。然后以30℃/h升温至780℃，并保温5小时后，炉冷至620℃，保温8小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火：自室温以10℃／h缓慢加热到350℃并保温9小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温9小时，然后以20℃／h缓慢加热到800℃并保温9小时，然后以30℃／h升温至1000℃，并保温14小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃。C、回火：第一次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第二次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第三次回火，自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
实施例3：辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为：C 2.8、Si 0.2、Mn 0.2、Cr 5.0、Ni 0.5、Mo 9.0、V 0.9、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为：C 0.32、Si 0.9、Mn 0.2、Cr 0.6、Ni 0.4、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行：a、退火:以辊套脱模温度为依据，进行3小时的保温均温过程。然后以30℃/h升温至760℃，并保温6小时后，炉冷至580℃，保温10小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火：自室温以10℃／h缓慢加热到350℃并保温10小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温10小时，然后以20℃／h缓慢加热到820℃并保温9小时，然后以30℃／h升温至1050℃，并保温15小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃。C、回火：第一次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第二次回火，自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温13小时，随炉冷却至150℃。第三次回火，自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。

Claims (5)

1.一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，其特征在于：外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为：C 1.5--2.8、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 5.0-9.0、Ni 0.5-2.5、Mo 5.0-9.0、V 0.9~2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；内层材料化学成分重量百分比为：C 0.32-0.62、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 0.2-0.9、Ni 0.4-1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
2.一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序，所述复合辊套热处理工序按照以下步骤进行：
a、退火
以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30℃/h升温至750-850℃，并保温4-6小时后，炉冷至550-680℃，保温6-10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，进行粗加工；
b、淬火
自室温开始，以10℃／h缓慢加热到350℃并保温8-10小时，然后以15℃／h缓慢加热到650℃并保温8-10小时，然后以20℃／h缓慢加热到750-850℃并保温8-10小时，然后以30℃／h升温至950-1050℃，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均匀风冷至300℃，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150℃；
c、回火
待辊套在回火炉中冷却到150℃后，执行第一次回火工艺；自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃；
第二次回火；自150℃以15℃／h缓慢加热到550℃并保温12-15小时，随炉冷却至150℃；
第三次回火；自150℃以15℃／H缓慢加热到550℃并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
3.根据权利要求2所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的熔化外层超强耐磨高合金钢工序：
（1）将磷硫含量合格的废钢、生铁、电极块、镍板、铬铁、硅铁、锰铁、钨铁和钼铁混合加热熔化，炉前调整成份合格后，将温度升至1590-1620oC，依次加入钛铁、铝脱氧，然后加入钒铁，而后出炉；超强耐磨高合金钢化学成分重量百分比为：C 1.5--2.8、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 5.0-9.0、Ni 0.5-2.5、Mo 5.0-9.0、V 0.9~2.5、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.2，余量为Fe；
（2）将稀土硅铁破碎到粒度小于10mm的小块，与碱面、铝一起，于180-220℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理，得到外层钢水。
4.根据权利要求2或3所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的熔化内层低碳中合金钢：将废钢、电极、硅铁、锰铁混合加热熔化，炉前调整成分合格后，将温度升至1620-1650℃，在浇包内加入占内层钢水总重量的0.1-0.15%的稀土镁合金、0.5-0.8%的硅-钙合金和0.05-0.12%的Al、碱面0. 1-0. 15%，并用铁屑覆盖，随后将内层钢水冲入浇包，待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣，包内钢水加保温剂覆盖；低碳中合金钢化学成分重量百分比为：C 0.32-0.62、Si 0.2-0.9、Mn 0.2-0.9、Cr 0.2-0.9、Ni 0.4-1.5、Mo≤2.0 、P≤0.035、S≤0.035、Re 0.25，余量为Fe。
5.根据权利要求2或3所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的离心浇注复合辊套：选择离心机转速400rpm~500rpm；铸型材质是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢，壁厚200mm~300mm，预热温度为150~220℃，喷上一层耐火涂料，涂料厚度1.5mm~5.0mm；铸型烘干后安装在离心机上待浇注；当铸型温度为150-220℃时浇注外层钢水，外层钢水浇注温度1480-1500℃，外层钢水总重的70%-80%浇入铸型后，将已预热的保护渣在浇道内随流均匀撒入，待铸型内层钢水内表面温度降到1280-1320℃时，开始浇注内层钢水，内层钢水浇注温度为1580-1600℃，当复合辊套凝固成型后脱模。
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