CN103341380B - 高韧性耐磨耐蚀轧辊 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性耐磨耐蚀轧辊，轧辊包括中空的辊体和固定安装在辊体两端的辊颈，其特征在于：辊体由高韧性耐蚀内层和高硬度耐磨耐蚀外层复合而成，其中外层的厚度为6～12mm，内层与外层的化学成分相同，按质量百分比计为：碳0.30-0.45％，硅0-0.50％，锰0.5-1.2％，硫0-0.050％，磷0-0.035％，铬12.8-14.5％，镍0-0.6％，钼0.3-0.6％，铌0-0.15％，其余为铁和不可避免的杂质，制造步骤依次为电炉熔炼、离心浇注、热处理、机械加工和表面强化处理。本发明通过合理选择合金元素的含量，使轧辊辊体具有良好的耐蚀性和耐磨性，工作性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧性耐磨耐蚀轧辊，尤其是涉及一种研磨机用轧辊，属于轻工机械制造技术领域。
背景技术
三辊研磨机是高粘度物料最有效的研磨、分散设备。三辊研磨机的工作原理是通过水平的三根辊筒的表面相互挤压及不同速度的摩擦而达到研磨效果。三辊研磨机主要用于各种油漆、油墨、颜料、塑料、化妆品、肥皂、陶瓷、橡胶等液体浆料及膏状物料的研磨粉碎。目前常用的研磨辊为一般采用冷硬铸铁，通过离心铸造方法成型，尽管硬度高，但韧性和耐蚀性差，使用过程中不能通过提高研磨力来提高研磨效果和生产率，而且还会因为研磨浆料对轧辊的腐蚀作用而污染研磨料，降低研磨料的品质。此外，现有的研磨辊辊体由于韧性差，在与两端的辊颈进行螺栓连接时容易断裂，造成轧辊报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、韧性好、工作性能优良的高韧性耐磨耐蚀轧辊。其技术方案为：
一种高韧性耐磨耐蚀轧辊，包括中空的辊体和固定安装在辊体两端的辊颈，其特征在于：辊体由高韧性耐蚀内层和高硬度耐磨耐蚀外层复合而成，其中外层的厚度为6～12mm，内层与外层的化学成分相同，按质量百分比计为：碳0.30-0.45％，硅0-0.50％，锰0.5-1.2％，硫0-0.050％，磷0-0.035％，铬12.8-14.5％，镍0-0.6％，钼0.3-0.6％，铌0-0.15％，其余为铁和不可避免的杂质，制造步骤依次为电炉熔炼、离心浇注、热处理、机械加工和表面强化处理，其中热处理步骤具体内容为加热到880-920℃保温3-4h，炉冷至680-720℃保温2-4h，空冷；表面强化处理采用中频感应加热表面淬火，其中电流频率为2500-5000Hz。
合金元素的选择，既保证使用性能又兼顾工艺性能。下面对本发明轧辊化学成分的选择理由解释如下：
碳:碳是影响合金轧辊使用性能和工艺性能的关键元素。碳含量低于0.30wt.％时，表面淬火后硬度低，耐磨性不足。碳含量高于0.45wt.％时，离心铸造过程中容易开裂。本发明规定轧辊的碳含量为0.35-0.42wt.％。
铬:铬是保证轧辊具有良好耐蚀性的元素。铬含量低于12.8wt.％时，不能保证耐蚀性，高于14.5wt.％，耐蚀性增加不明显，且增加成本。本发明规定轧辊的铬含量为12.8-14.5wt.％。
镍:镍属于稳定奥氏体元素，降低马氏体转变终了温度，会增加表面淬火层中残余奥氏体的含量，使硬度降低，不利于轧辊耐磨性的提高。但在镍含量低于0.6wt.％时，对轧辊的性能影响很小。本发明中轧辊镍含量不大于0.6wt.％。
钼:钼可以改善淬透性，提高表面淬火层的硬度，增加耐磨性，同时还可以提高轧辊在还原性介质中的耐蚀性。但钼是价格昂贵的元素，加入量过多，将增加轧辊生产成本。合适的钼加入量是0.3-0.6wt.％。
锰:锰具有脱氧和脱硫的作用，可以与有害杂质元素硫结合形成MnS，降低硫的有害作用。锰同时又属于稳定奥氏体的元素，降低马氏体转变终了温度，会增加表面淬火层中残余奥氏体的含量，使硬度降低，不利于轧辊耐磨性的提高。本发明规定轧辊锰含量为0.5-1.2wt.％。
铌：铌属于强碳化物形成元素，含量低于0.15wt.％时能与碳形成细小颗粒状碳化铌，起细化晶粒、增加韧性的作用，但过量的铌会形成粗大碳化物颗粒，降低铌的有益作用，另外还会增加轧辊的制造成本。本发明辊体中铌的含量小于0.15wt.％。
硅:硅是脱氧残留的杂质元素，含量是控制在不高于0.5wt.％。
磷和硫：作为杂质元素，其含量分别控制在不高于0.035wt.％和0.05wt.％。
本发明与现有技术相比，其优点是：
1、本发明高韧性耐磨耐蚀轧辊是通过合理选择合金元素的含量和制造工艺，使轧辊辊体既具有良好的耐蚀性、表面硬度和耐磨性，又具有良好的工艺性能；
2、辊体设有厚度为6-12mm硬化层，使其具有良好的耐磨性，不仅可以通过提高研磨力来提高研磨效果和生产率，还可以延长轧辊的使用寿命，减少对研磨料的污染，提高研磨料的质量。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明沿辊体外圆表面向内的硬度分布曲线。
图中：1、辊颈 2、内层 3、外层 4、螺栓
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
在图1所示的实施例中：辊体由高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3复合而成，两个辊颈1分别经螺栓4固定安装在辊体的端部。高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.30％，硅0.50％，锰0.8％，硫0.050％，磷0.035％，铬12.8％，镍0.6％，钼0.3％，铌0.15％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到880℃保温4h，再炉冷至680℃保温4h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得6mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为5000Hz。
实施例2
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.35％，硅0.45％，锰1.2％，硫0.045％，磷0.030％，铬13.5％，镍0.2％，钼0.4％，铌0.10％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到900℃保温3.5h，再炉冷至700℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得10mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为3500Hz。
实施例3
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.40％，硅0.45％，锰1.0％，硫0.050％，磷0.035％，铬14.5％，镍0.1％，钼0.6％，铌0.05％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到920℃保温3h，再炉冷至720℃保温2h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得12mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为2500Hz。
实施例4
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.45％，硅0.50％，锰0.9％，硫0.050％，磷0.035％，铬13.8％，镍0.3％，钼0.5％，铌0.13％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到910℃保温3h，再炉冷至690℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得8mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为4000Hz。
实施例5
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.42％，硅0.30％，锰1.1％，硫0.040％，磷0.030％，铬14.0％，镍0.4％，钼0.6％，铌0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到900℃保温3.5h，再炉冷至700℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得8mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为4000Hz。
实施例6
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.45％，硅0.50％，锰1.2％，硫0.050％，磷0.035％，铬14.0％，镍0.01％，钼0.3％，铌0.1％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到920℃保温3h，再炉冷至700℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得12mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为2500Hz。
实施例7
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.42％，硅0.50％，锰0.5％，硫0.040％，磷0.035％，铬13.5％，镍0.6％，钼0.3％，铌0.08％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到900℃保温3h，再炉冷至700℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得8mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为4000Hz。
实施例8
轧辊结构同实施例1，高韧性耐蚀内层2和高硬度耐磨耐蚀外层3的化学成分按质量百分比计为：碳0.40％，硅0.30％，锰1.0％，硫0.040％，磷0.030％，铬14.2％，镍0.06％，钼0.4％，铌0-0.03％，其余为铁和不可避免的杂质。
制作步骤为：1)电炉熔炼；2)采用离心浇注法成型轧辊；3)热处理，具体是加热到900℃保温3h，再炉冷至700℃保温3h，空冷；4)机械加工，去除表面氧化和脱碳层，达到所要求尺寸；5)辊体表面强化处理：采用中频感应加热表面淬火方法获得9mm厚的表面硬化层，感应加热采用的电流频率为3000Hz。
图2为从实施例8制作的辊体端部取样，采用HV-5型小负荷维氏硬度计测量沿轧辊辊体外圆表面向里硬度分布曲线，可见辊体外圆表层具有高的硬度，具有高的耐磨性，而内层辊体具有较低的硬度，因而韧性好。
Claims (1)
1.一种高韧性耐磨耐蚀轧辊，包括中空的辊体和固定安装在辊体两端的辊颈(1)，其特征在于：辊体由高韧性耐蚀内层(2)和高硬度耐磨耐蚀外层(3)复合而成，其中外层(3)的厚度为6～12mm，内层与外层的化学成分相同，按质量百分比计为：碳0.30-0.45％，硅0-0.50％，锰0.5-1.2％，硫0-0.050％，磷0-0.035％，铬12.8-14.5％，镍0-0.6％，钼0.3-0.6％，铌0-0.15％，其余为铁和不可避免的杂质，制造步骤依次为电炉熔炼、离心浇注、热处理、机械加工和表面强化处理，其中热处理步骤具体内容为加热到880-920℃保温3-4h，炉冷至680-720℃保温2-4h，空冷；表面强化处理采用中频感应加热表面淬火，其中电流频率为2500-5000Hz。
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