CN105506443A - 一种高铬铸铁辊皮及其加工方法 - Google Patents

一种高铬铸铁辊皮及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铬铸铁辊皮及其加工方法，属于辊皮制造技术领域。本发明包括如下质量百分比的组分：C？3.0-3.6％；Si≤1.0％；Mn？0.5-1.5％；S≤0.08％；P≤0.08％；Cr？18-28％；Mo≤3.0％；Ni≤2.0％；Cu≤1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明通过优化高铬铸铁辊皮的化学成分，改变基体碳化物的形貌，细化晶粒，调整热处理的工艺过程，使得制备得到的高铬铸铁辊皮冲击值最高达到12J，各项技术指标均达到并超出性能要求，奠定了该产品在同行业中的领先地位。

Description

一种高铬铸铁辊皮及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种辊皮，更具体地说，涉及一种高铬铸铁辊皮及其加工方法。
背景技术
辊皮一般属于中大型铸造件，随着工业的发展，在实际生产中，对辊皮各项性能有了越来越高的要求。如某些材质为高铬铸铁的辊皮产品要求其具有冲击性能不得低于4J的力学性能，且整套辊皮的硬度值需在HV750±40。众所周知，高铬铸铁是一种很好的抗磨材料，具有很高的硬度和耐磨性，但由于高铬铸铁是典型的脆性材料，其冲击韧性会较差。国内在高铬铸铁的中大件上，基本都没法做到冲击韧性≥4J，对辊皮冲击性能提出不低于4J的特殊要求，对耐磨材料生产厂家无疑是个严峻的挑战。
经检索，中国专利申请号201410037065.3，申请日为2014年1月26日，发明创造名称为：高铬铸铁复合衬板及其制备方法；该申请案配方比例按重量百分比计为：表层C3.30％-3.60％；Gr15.00％-20.00％；Mn0.80％-1.20％；Si0.60％-0.80％；Mo0.20％-0.30％；Ni0.40％-0.60％；Cu≦1.00％；P≦0.025％；S≦0.030％；其余为Fe；底层C0.40％-0.45％；Mn0.80％-1.20％；Si0.60％-0.80％；其余为Fe；经制模造型、配料熔炼、浇铸、抛丸整理，电控热处理后得到产品高铬复合铸铁衬板。该申请案主要以商品经济为导向，旨在节省合金元素消耗，提高铸件综合产效率周期；尚不能提高冲击韧性至不低于4J。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明为满足实际生产中对材质为高铬铸铁的辊皮产品冲击性能不得低于4J的要求，提供了一种高铬铸铁辊皮及其加工方法；本发明通过优化高铬铸铁辊皮的化学成分，改变基体碳化物的形貌，细化晶粒，调整热处理的工艺过程，使得制备得到的高铬铸铁辊皮冲击值最高达到12焦耳，且高铬铸铁辊皮使用寿命长，成本低廉，便于推广应用。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高铬铸铁辊皮，包括如下质量百分比的组分：C3.0-3.6％；Si≤1.0％；Mn0.5-1.5％；S≤0.08％；P≤0.08％；Cr18-28％；Mo≤3.0％；Ni≤2.0％；Cu≤1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
更进一步地，高铬铸铁辊皮包括如下质量百分比的组分：C3.17％；Si0.460％；Mn0.80％；S0.040％；P0.030％；Cr19.24％；Mo1.95％；Ni0.95％；Cu0.45％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其步骤为：
步骤一、根据辊皮形状制造浇注砂型；
步骤二、配制原料后，放入真空感应中频炉中熔化，将熔化后的钢水浇注到砂型中，保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口后热处理；
步骤三、淬火、回火处理：将铸件以58～62℃/h的速率加热到645～655℃，并保温2.5～3h，然后以60～75℃/h的速率加热到960～1000℃，保温9～10h后，空冷至室温；最后以55～60℃/h的速率加热到280-320℃，并保温11～12h后炉冷；
步骤四、清理打磨铸件，进行机械性能、磁粉检测及机加工，获得高铬铸铁辊皮成品。
更进一步地，步骤一中往型腔中涂刷4层锆英粉涂料，涂料的波美度为65～70BE；造型型砂中树脂单位重量占型砂单位重量的1.1～1.8％，固化剂占树脂单位重量的20～30％；型砂的强度为1.1～1.4MPa，粒度在30～100目之间。
更进一步地，步骤二熔炼过程中真空保持时间为25～30min，真空度在200KPa以下；采用稀土硅终脱氧，稀土硅加入量为2.5～3Kg/吨钢水，出钢前5～10min加入炉中；钢水出炉温度为1410～1430℃，浇注温度为1310～1350℃。
更进一步地，步骤三中按铸件厚度计算保温时间，以25mm/h的标准确定保温时间。
更进一步地，步骤三中将铸件以62℃/h的速率加热到655℃，并保温2.5h，然后以75℃/h的速率加热到975℃，保温9h后，空冷至室温；最后以55℃/h的速率加热到310℃，并保温11h后炉冷。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)利用本发明提供的加工方法获得的高铬铸铁辊皮，从冲击试样的断口扫描和金相组织中看出，不同区域的冲击值，跟该区域碳化物的生长方向有很大关系，由于工件表面冷却速度快，工件表面和次表面为柱状晶区，所以该区域碳化物的生长方向垂直于冷却面，当冲击方向垂直于碳化物的生长方向时，冲击性能较大，断口呈塑性特征；
(2)本发明的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，通过优化高铬铸铁辊皮的化学成分，改变基体碳化物的形貌，细化晶粒，调整热处理的工艺过程，使得制备得到的高铬铸铁辊皮冲击值最高达到12J，各项技术指标均达到并超出性能要求，奠定了该产品在同行业中的领先地位。
附图说明
图1为本发明中加工高铬铸铁辊皮的工艺流程图；
图2为冲击性能9.84J时辊皮工件最厚处500倍断口形貌图；
图3为冲击性能5.19J时辊皮工件最厚处500倍断口形貌图；
图4为冲击性能9.51J时辊皮工件最厚处500倍断口形貌图；
图5为冲击性能12.24J时辊皮工件最薄处500倍断口形貌图；
图6为冲击性能9.84J时辊皮工件最厚处夹杂100倍形貌图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的高铬铸铁辊皮，包括如下质量百分比的组分：C3.17％；Si0.460％；Mn0.80％；S0.040％；P0.030％；Cr19.24％；Mo1.95％；Ni0.95％；Cu0.45％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例的加工方法，步骤为：
步骤一、根据辊皮形状制造浇注砂型：用铬铁矿砂敷型，厚度约10mm，并放置厚度80mm暗冷铁均布，往型腔中涂刷4层锆英粉涂料，分层点燃烘干，并用细绒布打磨光洁，涂料的波美度为65BE。造型型砂中树脂单位重量占型砂单位重量的1.1％，固化剂重量占树脂单位重量的30％，型砂的强度为1.1MPa，粒度在30～100目之间。合箱前仔细检查铸型，不允许有浮砂、杂物留在型腔，浇注后禁止调运，保温6天后开箱。
步骤二、按上述质量百分比配制原料放入真空感应中频炉中熔化，当熔炼成分合格后抽真空，真空保持时间为25min，真空度在200KPa以下。采用稀土硅终脱氧，稀土硅加入量为3Kg/吨钢水，出钢前10min加入炉中。浇注前吹氩，去除有害气体，净化铁水。将熔化后的钢水浇注到砂型中，钢水出炉温度为1410℃，浇注温度为1350℃对水口开浇。浇注时采用漏包，钢包温度为800℃以上，浇注时遵守：慢-快-慢的原则，即开始缓慢引流，然后全开快速浇注，最后钢水快到冒口时应缓慢浇注。保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口后热处理。
步骤三、淬火、回火处理：装炉前应清除铸件砂子、毛刺和飞边，检查铸件缺陷和裂纹，确保铸件完整后，才进行热处理。铸件进炉温度小于200℃，铸件摆放在热处理工装时，相邻铸件之间的间隔应大于铸件的一个壁厚，达到通风和合理热辐射的效果。将铸件以62℃/h的速率加热到655℃，并保温2.5h，然后以75℃/h的速率加热到975℃，保温9h后，空冷至室温；最后以55℃/h的速率加热到320℃，并保温11h后炉冷，按铸件厚度计算保温时间，以25mm/h的标准确定保温时间。
步骤四、清理打磨铸件，进行机械性能、磁粉检测及机加工，获得高铬铸铁辊皮成品。
随机选取本实施例制得的辊皮做硬度检测、冲击性能、断口扫描，金相分析。在辊皮上选取20个测试点检测的硬度值参见表1：
表1硬度检测结果
辊皮冲击性能、断口扫描，金相分析参看表2：
表2冲击性能、断口扫描，金相分析
从金相检验看到，工件内存在一定量的夹杂，呈点状小颗粒，但夹杂含量很小不会对工件的力学性能起到很大影响。从冲击试样的断口扫描和金相组织中看出，不同区域的冲击值，跟该区域碳化物的生长方向有很大关系，由于工件表面冷却速度快，工件表面和次表面为柱状晶区，所以该区域碳化物的生长方向垂直于冷却面，当冲击方向垂直于碳化物的生长方向时，冲击性能较大，断口呈塑性特征。
实施例2
本实施例的一种高铬铸铁辊皮，包括如下质量百分比的组分：C3.4％；Si1.0％；Mn1.5％；S0.08％；P0.08％；Cr18％；Mo3.0％；Ni2.0％；Cu1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例高铬铸铁辊皮的加工过程为：根据辊皮形状制造浇注砂型：往型腔中涂刷4层锆英粉涂料，分层点燃烘干，并用细绒布打磨光洁，涂料的波美度为70BE。造型型砂中树脂单位重量占型砂单位重量的1.8％，固化剂重量占树脂单位重量的20％，型砂的强度为1.4MPa，粒度在30～100目之间。
按上述质量百分比配制原料放入真空感应中频炉中熔化，当熔炼成分合格后抽真空，真空保持时间为30min，真空度在200KPa以下。采用稀土硅终脱氧，稀土硅加入量为2.5Kg/吨钢水，出钢前5min加入炉中。将熔化后的钢水浇注到砂型中，钢水出炉温度为1430℃，浇注温度为1310℃对水口开浇。
淬火、回火处理：将铸件以58℃/h的速率加热到645℃，并保温3h，然后以60℃/h的速率加热到960℃，保温10h后，空冷至室温；最后以60℃/h的速率加热到280℃，并保温12h后炉冷，按铸件厚度计算保温时间，以25mm/h的标准确定保温时间。
清理打磨铸件，进行机械性能、磁粉检测及机加工，获得高铬铸铁辊皮成品。
实施例3
本实施例的一种高铬铸铁辊皮，包括如下质量百分比的组分：C3.6％；Si0.03％；Mn1.1％；S0.05％；P0.04％；Cr20％；Mo2.0％；Ni1.1％；Cu0.73％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例高铬铸铁辊皮的加工过程为：根据辊皮形状制造浇注砂型：往型腔中涂刷4层锆英粉涂料，分层点燃烘干，并用细绒布打磨光洁，涂料的波美度为68BE。造型型砂中树脂单位重量占型砂单位重量的1.4％，固化剂重量占树脂单位重量的24％，型砂的强度为1.3MPa，粒度在30～100目之间。
按上述质量百分比配制原料放入真空感应中频炉中熔化，当熔炼成分合格后抽真空，真空保持时间为28min，真空度在200KPa以下。采用稀土硅终脱氧，稀土硅加入量为2.7Kg/吨钢水，出钢前6min加入炉中。将熔化后的钢水浇注到砂型中，钢水出炉温度为1420℃，浇注温度为1330℃对水口开浇。
淬火、回火处理：将铸件以58℃/h的速率加热到650℃，并保温3h，然后以68℃/h的速率加热到1000℃，保温10h后，空冷至室温；最后以58℃/h的速率加热到320℃，并保温12h后炉冷，按铸件厚度计算保温时间，以25mm/h的标准确定保温时间。
清理打磨铸件，进行机械性能、磁粉检测及机加工，获得高铬铸铁辊皮成品。
实施例1～3所述的一种高铬铸铁辊皮及其加工方法，通过不断的调整化学成分，微量合金化变质，孕育处理等，改变基体碳化物的形貌，细化晶粒，调整热处理的工艺过程，使得制备得到的高铬铸铁辊皮冲击值最高达到12J，各项技术指标均达到并超出性能要求，奠定了该产品在同行业中的领先地位。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高铬铸铁辊皮，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：C3.0-3.6％；Si≤1.0％；Mn0.5-1.5％；S≤0.08％；P≤0.08％；Cr18-28％；Mo≤3.0％；Ni≤2.0％；Cu≤1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高铬铸铁辊皮，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：C3.17％；Si0.460％；Mn0.80％；S0.040％；P0.030％；Cr19.24％；Mo1.95％；Ni0.95％；Cu0.45％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其步骤为：
步骤一、根据辊皮形状制造浇注砂型；
步骤二、按权利要求1或2所述的质量百分比配制原料后，放入真空感应中频炉中熔化，将熔化后的钢水浇注到砂型中，保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口后热处理；
步骤三、淬火、回火处理：将铸件以58～62℃/h的速率加热到645～655℃，并保温2.5～3h，然后以60～75℃/h的速率加热到960～1000℃，保温9～10h后，空冷至室温；最后以55～60℃/h的速率加热到280-320℃，并保温11～12h后炉冷；
步骤四、清理打磨铸件，进行机械性能、磁粉检测及机加工，获得高铬铸铁辊皮成品。
4.根据权利要求3所述的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其特征在于：步骤一中往型腔中涂刷4层锆英粉涂料，涂料的波美度为65～70BE；造型型砂中树脂单位重量占型砂单位重量的1.1～1.8％，固化剂占树脂单位重量的20～30％；型砂的强度为1.1～1.4MPa，粒度在30～100目之间。
5.根据权利要求3所述的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其特征在于：步骤二熔炼过程中真空保持时间为25～30min，真空度在200KPa以下；采用稀土硅终脱氧，稀土硅加入量为2.5～3Kg/吨钢水，出钢前5～10min加入炉中；钢水出炉温度为1410～1430℃，浇注温度为1310～1350℃。
6.根据权利要求3所述的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其特征在于：步骤三中按铸件厚度计算保温时间，以25mm/h的标准确定保温时间。
7.根据权利要求3～6任一项所述的一种高铬铸铁辊皮的加工方法，其特征在于：步骤三中将铸件以62℃/h的速率加热到655℃，并保温2.5h，然后以75℃/h的速率加热到975℃，保温9h后，空冷至室温；最后以55℃/h的速率加热到310℃，并保温11h后炉冷。
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