CN103074539B - 一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸铁轧辊领域，特别涉及一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法，包括工作层和芯层，其特征是，其工作层化学成分组成按重量百分比为：C2.9～3.6%、Si0.6～1.5%、Mn0.4～1.2%、P＜0.10%、S＜0.05%、Ni3.01～4.8%、Cr1.0～2.0%、Mo0.2～2.0%、Nb0.1～2.0%、V1.0～4.0%、W0.05～2.0%，其余为Fe。与现有技术相比，本发明的有益效果是：块状耐磨粒子呈点、块状弥散分布与镶嵌在轧辊金属基体中；石墨以点状形态存在。耐磨粒子弥散分布，镶嵌在基体中牢固不易脱落，极大促进了轧辊基体组织的整体耐磨性能；轧辊整体辊面磨损均匀。

Description

一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法

技术领域

本发明涉及铸铁轧辊的铸造方法领域，特别涉及一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法。

背景技术

目前的ICDP（高镍铬无限冷硬铸铁工作辊）轧辊在热轧带钢轧机上使用较为普遍，该轧辊主要存在整体不耐磨的缺陷。轧辊基体组织中石墨是一个低强度相，在轧制负荷的作用下本身易脱落形成小凹坑，轧钢氧化铁皮嵌入又易造成凹坑周围撕成裂纹，导致辊面出现粗糙，但轧辊基体组织中石墨的存在对平稳轧制、导热有利。由于轧辊基体组织中有粗大石墨的存在，在轧制使用过程中易出现石墨剥落现象，过早地造成辊面粗糙，轧辊修复时，加工余量大，必然导致轧辊综合毫米轧材量较低。为提高轧辊整体耐磨性能，目前在ICDP轧辊工作层中适当添加V和W合金元素，但VC密度比铁水密度低，WC密度比铁水密度高，V、W类碳化物在离心力场的作用下易出现组织成分偏析，很大程度又影响了轧辊整体耐磨性进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊及其铸造方法，克服现有技术的不足，在传统ICDP加强型轧辊铸造技术的基础上，通过工艺成分调整、铁水瞬时处理与浇注控制手段，整体提高轧辊工作层抗粗糙性与耐磨性，提高轧辊整体轧材量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊，包括工作层和芯层，其工作层化学成分组成按重量百分比为：C 2.9～3.6%、Si 0.6～1.5%、Mn 0.4～1.2%、P＜0.10%、S＜0.05%、Ni 3.01～4.8%、Cr 1.0～2.0%、Mo 0.2～2.0%、Nb0.1～2.0%、V 1.0～4.0%、W0.05～2.0%，其余为Fe。

所述一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊的铸造方法，包括铁水熔炼、铁水处理、轧辊浇注、冷却开箱及热处理，对工作层铁水采取瞬时球化变质处理控制轧辊基体组织中石墨为点状石墨、数量＜2%，控制金属基体中耐磨粒子粒径2～20μm和数量，减轻或消除耐磨粒子铸造偏析现象，其中：

1）铁水处理的具体操作步骤如下：

①工作层铁水：一次性加入合金料后需使铁水过热，过热温度1450～1580℃，铁水出炉前，向包内一侧加入＜0.8%铁水量的硅钙合金和＜1.0%铁水量的1～3mm硅铁小粒合金进行石墨变质处理，加入＜1.0%铁水量的1～3mm钒铁小粒进行耐磨粒子数量控制；

②芯层铁水：芯层铁水出炉前，向包内加入＜2.0%铁水量的钇基重稀土合金、＜2.0%铁水量的硅钡合金进行球化处理；

2）轧辊浇注具体操作步骤如下：

①工作层铁水出炉温度＜1580℃；

②扒净浮渣，待铁水温度达到1340～1420℃时，启动离心机同时向铁水液面加入＜0.8%的硅铁粒进行工作层铁水瞬时孕育处理；

③调整离心机转数，使离心冷型自由液面铁水离心的重力倍数达70～140g；

④经由冷型横浇道浇注工作层铁水；

⑤浇注完毕，立即从冷型两端按铁水自由表面积加入5-10公斤O型玻璃保护渣；

⑥待工作层铁水冷凝后，停止离心机；

⑦将冷型吊起垂直安放在底座箱上方，再将冒口箱扣在冷型上方；

⑧经由浇注漏斗浇注芯层铁水，同时随流加入＜3.0%的1～3mm硅钡小粒对芯层铁水进行瞬时孕育处理。

本发明是在ICDP轧辊成分的基础上加入了Nb、V与W合金，Nb、V与C复合成MC型碳化物，其密度与铁水密度十分接近，它们所形成的复合碳化物可固溶镶嵌在金属基体组织中呈弥散分布。其中Nb与V均属于过渡族元素，Nb、V与碳的化学亲和力都比较强烈，所形成的碳化物同时具有金属键和共价键的性质，是相互固溶的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）固溶沉淀形成（Nb、V）C块状耐磨粒子密度与铁水密度接近，呈点、块状弥散分布与镶嵌在轧辊金属基体中；工作层基体组织中石墨含量＜2%，石墨数量减少，并以点状形态存在，减轻了石墨割裂金属基体的能力；

2）以贝氏体为主要基体，基体组织中的碳化物为断续网状存在，一定程度改善了基体组织的抗裂纹能力，强化金属基体耐磨作用远大于其中任何一种元素形成的碳化物，耐磨粒子粗大与弥散分布，镶嵌在基体组织中牢固不容易脱落，极大促进了轧辊基体组织的整体耐磨性能；

3）上机实践表明，轧辊综合力学性能优良，硬度均匀性好，整体辊面磨损均匀，辊身同一条母线硬度差，可控制在±1HSD；辊面圆周方向硬度差，可控制在±0.5HSD；40mm深辊面硬度降落＜1.5HSD；辊轴硬度控制＜45HSD；辊轴抗拉强度＞400Mpa；辊身基体组织为下贝氏体，均匀分布1～2%粒状石墨，微小耐磨粒子呈点、块状弥散分布，轧辊综合轧材可达5000t/mm以上，轧辊磨损磨削，同比下降35%。

附图说明

图1 是本发明实施例1轧辊工作层50倍石墨（黑色）金相图；

图2 是本发明实施例1轧辊工作层500倍耐磨粒子（灰色）金相图；

图3 是某轧钢厂在同机架配辊(上辊) 实施例1使用磨损对比曲线；

图4 是某轧钢厂在同机架配辊(下辊) 实施例1使用磨损对比曲线。

图中：1-高镍铌耐磨轧辊   2-ICDP轧辊

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊的铸造方法采用离心复合铸造，包括工装准备、铁水熔炼、铁水处理、铁水浇注、冷却开箱、热处理、以及加工检验等工序，其中：

1、工装准备：

①撞制冒口箱、底座箱砂型，吃砂厚度控制在50～150mm左右，干燥时间＞8h；

②将浇注漏斗配合安装在冒口箱上方；

③将底座箱水平稳固在地沟内；

④撞制端盖箱砂型，并装配在冷型两端；

⑤将冷型放置在离心机上，进行冷型涂料涂挂，涂料厚度控制在2～5mm；

⑥安放横浇道并伸入到冷型内部，等待浇注；

2、铁水熔炼：轧辊工作层、芯层铁水成分控制，其中轧辊工作层化学成分组成按重量百分比为：C 2.9～3.6%、Si 0.6～1.5%、Mn 0.4～1.2%、P＜0.10%、S＜0.05%、Ni 3.01～4.8%、Cr 1.0～2.0%、Mo 0.2～2.0%、Nb0.1～2.0%、V 1.0～4.0%、W0.05～2.0%，其余为Fe。芯层化学成分组成按重量百分比为：C 2.9～3.6%、Si 1.0～3.0%、Mn 0.2～0.8%、P＜0.10%、S＜0.03%、Ni＜1.0%、Cr ＜0.5%、Mo ＜0.5%，其余为Fe。

本发明工作层化学成分具体实施例按下表1执行：

表1

3、铁水处理：

①工作层铁水：一次性加入合金料后需使铁水过热，过热温度1450～1580℃，铁水出炉前，向包内一侧加入＜0.8%铁水量的硅钙合金和＜1.0%铁水量的1～3mm硅铁小粒合金进行石墨变质处理,加入＜1.0%铁水量的1～3mm钒铁小粒进行耐磨粒子数量控制，增加耐磨粒子数量，抑制石墨粗大；

②芯层铁水：芯层铁水出炉前，向包内加入＜2.0%铁水量的钇基重稀土合金、＜2.0%铁水量的硅钡合金进行球化处理；

4、轧辊浇注：

①工作层铁水出炉温度＜1580℃；

②扒净浮渣，待铁水温度达到1340～1420℃时，启动离心机同时向铁水液面加入＜0.8%的硅铁粒进行工作层铁水瞬时孕育处理；

③调整离心机转数，使离心冷型自由液面铁水离心的重力倍数达70～140g；

④经由冷型横浇道浇注工作层铁水；

⑤浇注完毕，立即从冷型两端按铁水自由表面积加入5～10公斤O型玻璃保护渣；

⑥待工作层铁水冷凝后，停止离心机；

⑦将冷型吊起垂直安放在底座箱上方，再将冒口箱扣在冷型上方；

⑧经由浇注漏斗浇注芯层铁水，同时随流加入＜3.0%的1～3mm硅钡小粒对芯层铁水进行瞬时孕育处理，对轧辊工作层铁水凝固所形成的各种碳化物进行钝化处理。

5、轧辊冷却开箱：轧辊冷却＞48h后开箱；

6、轧辊热处理：①升温速率＜20℃/h；②轧辊本体温度400～540℃时保温20～60h；

③降温，降温速率＜20℃/h，轧辊本体温度＜150℃时出窑；

7、轧辊加工检验：按产品图与技术协议进行加工检验，其中实施例1的有益效果见图1～图4。

Claims (1)

1.一种离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊的铸造方法，所述的离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊，包括工作层和芯层，其工作层化学成分组成按重量百分比为：C 2.9～3.6％、Si 0.6～1.5％、Mn 0.4～1.2％、P＜0.10％、S＜0.05％、Ni 3.01～4.8％、Cr 1.0～2.0％、Mo 0.2～2.0％、Nb0.1～2.0％、V 1.0～4.0％、W0.05～2.0％，其余为Fe；

所述的离心复合高镍铌耐磨铸铁轧辊的铸造方法，包括铁水熔炼、铁水处理、轧辊浇注、冷却开箱及热处理，其特征在于，对工作层铁水采取瞬时球化变质处理控制轧辊基体组织中石墨为点状石墨、数量＜2％，控制金属基体中耐磨粒子粒径2～20μm和数量，减轻或消除耐磨粒子铸造偏析现象，其中：

1)铁水处理的具体操作步骤如下：

①工作层铁水：一次性加入合金料后需使铁水过热，过热温度1450～1580℃，铁水出炉前，向包内一侧加入＜0.8％铁水量的硅钙合金和＜1.0％铁水量的1～3mm硅铁小粒合金进行石墨变质处理，加入＜1.0％铁水量的1～3mm钒铁小粒进行耐磨粒子数量控制；

②芯层铁水：芯层铁水出炉前，向包内加入＜2.0％铁水量的钇基重稀土合金、＜2.0％铁水量的硅钡合金进行球化处理；

2)轧辊浇注具体操作步骤如下：

①工作层铁水出炉温度＜1580℃；

②扒净浮渣，待铁水温度达到1340～1420℃时，启动离心机同时向铁水液面加入＜0.8％的硅铁粒进行工作层铁水瞬时孕育处理；

③调整离心机转数，使离心冷型自由液面铁水离心的重力倍数达70～140g；

④经由冷型横浇道浇注工作层铁水；

⑤浇注完毕，立即从冷型两端按铁水自由表面积加入5-10公斤O型玻璃保护渣；

⑥待工作层铁水冷凝后，停止离心机；

⑦将冷型吊起垂直安放在底座箱上方，再将冒口箱扣在冷型上方；

⑧经由浇注漏斗浇注芯层铁水，同时随流加入＜3.0％的1～3mm硅钡小粒对芯层铁水进行瞬时孕育处理。