CN103008050A - 一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套及其制备方法，所述的辊套包括辊套本体，所述的辊套本体是内层为高韧性层外层为高耐磨层的双层结构，所述的辊套本体的高耐磨层表面上设有铸造成型的花纹。该辊套具有如下特点：在离心力的作用下，辊套致密度高，并充分实现内外层的冶金结合，过渡区平缓；通过对铸后“少氧化”热处理后的组织控制，在确保外层超高耐磨性和芯部高韧性的同时，使外层的抗冲击能力提高；离心铸造出的花纹成分与外层基本成分相同，由于钢水中的重质点在离心力的作用下出现外移偏析，使得花纹的耐磨性略高于外层；在离心力作用下充分的冶金结合，杜绝了裂纹、夹杂、气孔等铸造缺陷的产生。彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可以做到终身免维护；生产周期短，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，具体涉及一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套及其制作方法。
背景技术
现有的辊压辊套为“锻造中碳钢套+外堆焊耐磨层”的结构。其制备方法包括以下步骤：
1.首先采用中碳钢锻出毛坯并加工成钢套；
2.然后进行钢套调质热处理；
3.在粗加工钢套；
4.在钢套外圆上均匀堆焊厚度为15mm左右的耐磨层，同时堆焊出花纹。
现有辊套的结构和制备方法存在问题：
1.堆焊层厚度薄耐磨性较差，钢套使用寿命短。一次使用一般在8000小时左右；
2.有剥落掉块现象。由于焊接过程产生应力和渣点，使焊层出现微裂纹和孔洞。钢套在使用过程中裂纹扩展，当达到一定程度后出现掉块、剥落。
3.维护费用高。当堆焊耐磨层磨损至5mm左右或出现掉块、剥落现象，需重新进行堆焊修复。修复费用与购价相当。
发明内容
本发明的目的在于提供一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
本发明的另一目的在于提供一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套的制作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，它包括辊套本体，其在于所述的辊套本体是内层为高韧性层外层为高耐磨层的双层结构，所述辊套本体的高耐磨层表面上设有铸造成型的花纹。
所述的花纹为规则或不规则花纹。
上述的花纹为沿辊套轴向方向均匀设置的长条状凸起体。
所述高耐磨层的材料为高耐磨性高碳合金钢，所述高韧性层的材料为高韧性低碳合金钢。所述高耐磨性高碳合金钢的主要元素成分为：C 1.6%~2.0%、Si0.3%~0.8%、Mn 0.4%~1.2%、Cr 3.0%~5.0%、Mo 3.0%~6.0%、W1.0%~4.0%、V 2.0%~4.0%和Nb 1.0%~1.5%；主要元素的合金总量控制在12.3%~24.5%。
所述高韧性低碳合金钢的主要元素成分为：C 0.2%~0.4%、Si 0.5%~1.2%和Mn 0.6%~1.2%；主要元素的合金总量控制在1.3%~2.8%。
上述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其制备方法包括以下步骤：
（1）制作金属型；
（2）离心复合浇注：将外层钢水和内层钢水分别熔炼后，首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，当外层钢水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低，凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；
（3）开箱：浇注完的辊套温度降低至200℃~300℃后，从金属型内取出；浇注完的辊套随着时间的推移在高速旋转的金属型内温度逐渐降低。
（4）退火：将取出的辊套进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
（5）粗加工：将退火完毕的辊套粗加工两端面和内孔至要求；
（6）淬火：将粗加工后的合格辊套加热至辊套外层温度达到1000~1150℃后保温5-8小时，冷却至300~400℃，然后进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，随后空冷至温度不超过100℃；上述去应力回火过程循环操作2~3次，将残余奥氏体控制在5%以下，淬火完毕；
（7）检验及精加工：将淬火后的辊套进行硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔得到合格的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
步骤（2）中金属型的旋转速度为200~500转/分钟。
上述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套的制备方法，包括以下步骤：
（1）制作金属型；
（2）离心复合浇注：将外层钢水和内层钢水分别熔炼后，首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，当外层钢水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低，凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；
（3）开箱：浇注完的辊套温度降低至200℃~300℃后，从金属型内取出；
（4）退火：将取出的辊套进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
（5）粗加工：将退火完毕的辊套粗加工两端面和内孔至要求；
（6）淬火：将粗加工后的合格辊套加热至辊套外层温度达到1000~1150℃后保温5-8小时，冷却至300~400℃，然后进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，随后空冷至温度不超过100℃；上述去应力回火过程循环操作2~3次，将残余奥氏体控制在5%以下，淬火完毕；
（7）检验及精加工：将淬火后的辊套进行硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔得到合格的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
步骤（2）中金属型的旋转速度为200~500转/分钟。
本发明公开的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，在矿山、水泥、冶金、煤化工、玻璃等行业应用使用寿命比堆焊辊套寿命提高2.5倍以上。该辊压机辊套的最新制作方法采用离心复合铸造技术，使辊压辊套具备外层超高耐磨、内层高韧性，并同时直接离心铸造出辊套外层的咬入花纹，免去现有堆焊环节。
本发明的有益效果：
（1） 在离心力的作用下，辊套致密度高，并充分实现内外层的冶金结合，过渡区平缓；（2）通过对铸后“少氧化”热处理后的组织控制，在确保外层超高耐磨性和芯部高韧性的同时，使外层的抗冲击能力提高；（3）离心铸造出的花纹成分与外层基本成分相同，由于钢水中的重质点在离心力的作用下出现外移偏析，使得花纹的耐磨性略高于外层；（4）在离心力作用下充分的冶金结合，杜绝了裂纹、夹杂、气孔等铸造缺陷的产生。彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可以做到终身免维护；（5）生产周期短，可规模化生产。
附图说明
图1为本发明制作的辊压机辊套的轴向剖面图。
图2为本发明制作的辊压机辊套的径向截面图和局部放大图（A）。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，它包括辊套本体，所述的辊套本体是内层为高韧性层2外层为高耐磨层1的双层结构，所述的辊套本体的高耐磨层1表面上设有铸造成型的花纹。所述的花纹为沿辊套轴向方向均匀设置的长条状凸起体3。
高耐磨层1的材料为高耐磨性高碳合金钢，高韧性层2的材料为高韧性低碳合金钢，该高耐磨性高碳合金钢和高韧性低碳合金钢的成分为自行设计。其中外层高耐磨性高碳合金钢和内层高韧性低碳合金钢的主要元素如表1：
表1 外层高耐磨性高碳合金钢和内层高韧性低碳合金钢的主要元素
| 主要元素 | C | Si | Mn | Cr | Mo | W | V | Nb |
| 外层 | 1.6~2.0 | 0.3~0.8 | 0.4~1.2 | 3.0~5.0 | 3.0~6.0 | 1.0~4.0 | 2.0~4.0 | 1.0~1.5 |
| 内层 | 0.2~0.4 | 0.5~1.2 | 0.6~1.0 | -- | -- | -- | -- | -- |
制备工艺为：
（1）制作金属型：金属型采用静态铸造，材质为灰口铁。按图纸要求加工并制作出内表面带有均匀凹槽的金属型。
（2）离心复合浇注：采用中频冶炼炉将外层钢水、内层钢水分别熔炼至符合成分要求，首先将外层钢水浇入高速旋转（400转/分钟）的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成厚度均一的液体空心圆柱体，随后由于金属型的吸热并将热量导出至空气，使钢水由外向里顺序凝固。当外层钢水的内表面温度达到液相线时，再将内层钢水浇入。并保持金属型的高速旋转，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，这样内外层钢水实现了冶金结合，随着热量通过金属型释放出，钢水的温度降低，凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；
（3）开箱：浇注完的辊套随着时间的推移在高速旋转的金属型内温度逐渐降低，当辊套的温度降低至260℃~270℃后，将辊套从金属型内取出；
（4）退火：将取出的辊套及时装入热处理回火炉中进行去应力回火，回火温度控制在510℃~515℃，并保温25小时，随炉冷却至100℃出炉；
（5）粗加工：将退火完毕的辊套按图粗加工两端面和内孔至要求。
（6） 淬火：将粗加工完毕并进行超声波探伤合格后的辊套放置在加热炉中加热。当辊套外层温度达到1080℃后保温7小时，出炉风冷至350℃，装入热处理炉进行去应力回火，回火温度控制在510℃~515℃，并保温25小时，随后空冷至100℃。上述去应力回火过程循环操作2次，将残余奥氏体控制在5%以下，淬火完毕。
（7）检验及精加工：将淬火后的辊套进行硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔得到合格的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
本实施例所制备的辊压辊套使用性能为：花纹及外层硬度：HRC62~65、内层硬度：HB220~260； 终身免缺陷维护。使用寿命比堆焊辊套寿命提高2.5倍以上。
Claims (9)
1.一种免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，它包括辊套本体，其特征在于所述的辊套本体是内层为高韧性层（2），外层为高耐磨层（1）的双层结构，所述辊套本体的高耐磨层（1）表面上设有铸造成型的花纹。
2.根据权利要求1所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于所述的花纹为规则或不规则花纹。
3.根据权利要求2所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于所述的花纹为沿辊套轴向方向均匀设置的长条状凸起体（3）。
4.根据权利要求1所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于高耐磨层的材料为高耐磨性高碳合金钢，高韧性层的材料为高韧性低碳合金钢。
5.根据权利要求4所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于所述高耐磨性高碳合金钢的主要元素为：C 1.6%~2.0%、Si 0.3%~0.8%、Mn 0.4%~1.2%、Cr 3.0%~5.0%、Mo 3.0%~6.0%、W 1.0%~4.0%、V 2.0%~4.0%和Nb 1.0%~1.5%；所述高韧性低碳合金钢的主要元素为：C 0.2%~0.4%、Si 0.5%~1.2%和Mn 0.6%~1.2%。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于其制备方法包括以下步骤：
（1）制作金属型；
（2）离心复合浇注：将外层钢水和内层钢水分别熔炼后，首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，当外层钢水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低，凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；
（3）开箱：浇注完的辊套温度降低至200℃~300℃后，从金属型内取出；
（4）退火：将取出的辊套进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
（5）粗加工：将退火完毕的辊套粗加工两端面和内孔至要求；
（6）淬火：将粗加工后的合格辊套加热至辊套外层温度达到1000~1150℃后保温5-8小时，冷却至300~400℃，然后进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，随后空冷至温度不超过100℃；上述去应力回火过程循环操作2~3次，将残余奥氏体控制在5%以下，淬火完毕；
（7）检验及精加工：将淬火后的辊套进行硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔 得到合格的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
7.根据权利要求6所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套，其特征在于步骤（2）中金属型的旋转速度为200~500转/分钟。
8.权利要求1-5中任意一项所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制作金属型；
（2）离心复合浇注：将外层钢水和内层钢水分别熔炼后，首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，当外层钢水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低，凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；
（3）开箱：浇注完的辊套温度降低至200℃~300℃后，从金属型内取出；
（4）退火：将取出的辊套进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
（5）粗加工：将退火完毕的辊套粗加工两端面和内孔至要求；
（6）淬火：将粗加工后的合格辊套加热至辊套外层温度达到1000~1150℃后保温5-8小时，冷却至300~400℃，然后进行去应力回火，回火温度控制在500℃~520℃，并保温16~30小时，随后空冷至温度不超过100℃；上述去应力回火过程循环操作2~3次，将残余奥氏体控制在5%以下，淬火完毕；
（7）检验及精加工：将淬火后的辊套进行硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔得到合格的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套。
9.根据权利要求8所述的免堆焊离心复合超高耐磨辊压机辊套的制备方法，其特征在于步骤（2）中金属型的旋转速度为200~500转/分钟。
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