CN105562149A

CN105562149A - 非金属-金属多相复合超高耐磨辊套及其制作方法

Info

Publication number: CN105562149A
Application number: CN201410535137.7A
Authority: CN
Inventors: 王文祥
Original assignee: Hebei Taiming Investment Group Co Ltd
Current assignee: Hebei Taiming Investment Group Co Ltd
Priority date: 2014-10-11
Filing date: 2014-10-11
Publication date: 2016-05-11

Abstract

非金属-金属多相复合超高耐磨辊套及其制备方法，所述辊套包括内层和外层双层结构的辊套本体，外层为非金属-金属高耐磨层，内层为高韧性层，所述非金属-金属高耐磨层为非金属耐磨体与金属耐磨体的混合层，所述非金属耐磨体优选为由包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物生成的非金属耐磨体网格。本发明采用非金属-金属离心多层复合铸造技术，在离心力的作用下，使外层铁水紧紧与非金属耐磨体网格包裹，使辊压辊套具备外层超高耐磨、内层高韧性，使用寿命比堆焊辊套寿命提高2.5倍以上。

Description

非金属-金属多相复合超高耐磨辊套及其制作方法

技术领域

本申请涉及装备制造的铸造领域，具体地，涉及非金属-金属多相复合超高耐磨辊套及其制作方法。

背景技术

现有技术中，辊套多为“锻造中碳钢套+外堆焊耐磨层”的结构，该类辊套的制备方法包括如下步骤：

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。

这类的辊套的结构以及制备方法存在如下问题：

1.堆焊层厚度薄耐磨性较差，辊套使用寿命短。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非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，本发明的另一目的在于提供非金属-金属多相复合超高耐磨辊套的制作方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，包括辊套本体，所述辊套本体为包括内层和外层的双层结构，所述外层为非金属-金属高耐磨层，所述内层为高韧性层。

优选地，所述非金属-金属高耐磨层为非金属耐磨体与金属耐磨体的混合层。

优选地，所述非金属耐磨体为非金属耐磨体网格。

优选地，在所述非金属-金属高耐磨层中所述非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁，高韧性层为高韧性低碳合金钢。

优选地，所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。

优选地，所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

本发明还公开了非金属-金属多相复合超高耐磨辊套的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.制作金属型模具；

步骤2.制作非金属耐磨体网格：将非金属化合物制作成蜂窝状网格，并按辊套外表面，几何要求成型，经焙烧后形成耐磨体；

步骤3.离心复合浇注：将非金属耐磨体网格均匀分布在所述金属型模具的内表面，分别熔炼用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水和用于内层高韧性低碳合金钢钢水分别熔炼，首先将用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水浇入高速旋转的铸造金属型模具内，在离心力的作用下外层高碳高合金耐磨铸铁铁水迅速形成液体空心圆柱体并将非金属耐磨体网格包容，当外层铁水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层高韧性低碳合金钢钢水，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；

步骤4.开箱：浇注完的辊套温度降低至900℃～950℃后，从金属型模具内取出并空冷至200℃～250℃；

步骤5.退火：将取出的辊套进行去应力退火，退火温度控制在500℃～520℃，并保温16～30小时，然后冷却至温度不超过100℃；

步骤6.检验及精加工：将退火后的辊套进行探伤和硬度检测，合格后按要求加工两端面和内孔得到合格的离心多层复合超高耐磨辊套。

优选地，在步骤2中的所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。

优选地，所述非金属化合物包括Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质。

优选地，所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

优选地，在步骤2中金属型模具的旋转速度为200～500转/分钟。

本发明具有如下优点：

(1)在离心力的作用下，使外层铁水紧紧与非金属耐磨体网格包裹和边界融合，凝固后将网格各缝隙充填严实，同时辊套致密度高，并充分实现内外层的冶金结合，过渡区平缓；(2)通过超耐磨非金属网格与外层耐磨金属相结合，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)在离心力作用下内外层充分的冶金结合，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；(4)生产周期短，可规模化生产。

因此，本发明公开的非金属-金属离心多层复合超高耐磨辊套，可以广泛地运用于矿山、水泥、冶金、煤化工、玻璃等行业中，使用寿命此堆焊辊套寿命提高2.5倍以上。该辊套的采用非金属-金属离心多层复合铸造技术，使辊压辊套具备外层超高耐磨、内层高韧性。

附图说明

图1为根据本发明具体实施例的超高耐磨辊套的径向俯视图；

图2为根据本发明具体实施例的超高耐磨辊套的轴向半截面图；

图3为根据本发明另一个具体实施例的超高耐磨辊套的制作方法的流程图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、非金属耐磨体网格；2、非金属-金属高耐磨层；3、高韧性层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例1

参见图1，和图2，公开了根据本发明的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套的径向俯视图和轴向半截面图，所述非金属-金属多相复合超高耐磨辊套包括辊套本体，所述辊套本体为包括内层和外层的双层结构，所述外层为非金属-金属高耐磨层2，所述内层为高韧性层3。

其中，所述非金属-金属高耐磨层2为非金属耐磨体与金属耐磨体的混合层。进一步优选的，所述非金属耐磨体与金属耐磨体的混合层中，所述非金属耐磨体为非金属耐磨体网格1，并且与金属凝固在一起。

本发明通过将网格状的非金属耐磨体1与金属耐磨体混合在一起，在确保外层超高耐磨性和芯部，也就是内部高韧性的同时，使外层的抗冲击能力提高。

因此，本发明只需要在外层的高耐磨层中具有非金属耐磨体，优选地，非金属耐磨体网格即可，从而形成非金属耐磨体网格与耐磨金属层。进一步优选地，如图1中所示的，在辊套本体的非金属-金属高耐磨层2表层上镶铸有非金属耐磨体网格1。

在所述非金属-金属高耐磨层2中，非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁。高韧性层3的材料为高韧性低碳合金钢。所述高耐磨性高碳高合金铸铁和高韧性低碳合金钢成分彼此独立。

非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。优选地，所述非金属耐磨体网格1由铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物制成。

进一步优选地，所述非金属耐磨体网格1由Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃等氧化物或碳化物制成，上述物质耐磨性高、抗急热能力好。

其中，所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％；主要元素，即上述元素的合金总量控制在19％～32％。

所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％；主要元素，即上述元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

实施例2

在本实施例中，本发明还公开了可以用于制造实施例1中所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套的制备方法。参见图3，示出了超高耐磨辊套的制作方法的流程图，包括如下步骤：

步骤1.制作金属型模具；其中，该金属型模具采用静态铸造，材质为灰口铁。按图纸要求加工制作出金属型。

步骤2.制作非金属耐磨体网格：将非金属化合物制作成蜂窝状网格，并按辊套外表面，几何要求成型，经焙烧后形成耐磨体。

步骤3.离心复合浇注：将非金属耐磨体网格均匀分布在所述金属型模具的内表面，分别熔炼用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水和用于内层高韧性低碳合金钢钢水分别熔炼，首先将用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水浇入高速旋转的铸造金属型模具内，在离心力的作用下外层高碳高合金耐磨铸铁铁水迅速形成液体空心圆柱体并将非金属耐磨体网格包容，当外层铁水的内表面温度达到液相线时，再浇入内层高韧性低碳合金钢钢水，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。

即，内先导入铁水，铁水凝固后形成铸件的外层耐磨层；再倒入钢水，凝固后，形成位于铸件内层的高韧性层。

所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。进一步优选地，所述非金属化合物包括Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质，上述物质耐磨性高、抗急热能力好。

其中，所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％；主要元素的合金总量控制在19％～32％。

所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％；主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

其中，在步骤2中金属型模具的旋转速度为200～500转/分钟。

由于在制作中，高碳高合金耐磨铸铁铁水的量将保证完全包容非金属耐磨体网格，因此，超过非金属耐磨体网格部分的铁水部分将形成单纯的金属耐磨层，从而和高韧性层交界。但，只要在金属耐磨层中包括有非金属耐磨体网格就能增强外层的抗冲击能力。

将本发明所制得的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套与现有技术中的辊套，例如，高铬堆焊辊套，可以进行如下的性能对此：

表1：本发明的高耐磨辊套和现有技术辊套性能对此

其中，本发明高耐磨辊套的使用寿命此堆焊辊套寿命提高2.5倍以上。

本发明具有如下优点：

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims

1.非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，包括辊套本体，所述辊套本体为包括内层和外层的双层结构，所述外层为非金属-金属高耐磨层，所述内层为高韧性层。

2.根据权利要求1所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，其特征在于：

所述非金属-金属高耐磨层为非金属耐磨体与金属耐磨体的混合层。

3.根据权利要求2所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，其特征在于：

所述非金属耐磨体为非金属耐磨体网格。

4.根据权利要求1所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，其特征在于：

在所述非金属-金属高耐磨层中所述非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁，高韧性层为高韧性低碳合金钢。

5.根据权利要求4所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，其特征在于：

所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。

6.根据权利要求4或5所述的非金属-金属多相复合超高耐磨辊套，其特征在于：

所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

7.非金属-金属多相复合超高耐磨辊套的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.制作金属型模具；

步骤3.离心复合浇注：将非金属耐磨体网格均匀分布在所述金属型模具的内表面，分别熔炼用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水和用于内层高韧性低碳合金钢钢水分别熔炼，首先将用于外层的高碳高合金耐磨铸铁铁水浇人高速旋转的铸造金属型模具内，在离心力的作用下外层高碳高合金耐磨铸铁铁水迅速形成液体空心圆柱体并将非金属耐磨体网格包容，当外层铁水的内表面温度达到液相线时，再浇人内层高韧性低碳合金钢钢水，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；

8.根据权利要求7所述的超高耐磨辊套的制备方法，其特征在于：

在步骤2中的所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。

9.根据权利要求8所述的超高耐磨辊套的制备方法，其特征在于：

所述非金属化合物包括Al₂0₃,SiC,ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的超高耐磨辊套的制备方法，其特征在于：

所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

11.根据权利要求10所述的超高耐磨辊套的制备方法，其特征在于：

在步骤2中金属型模具的旋转速度为200～500转/分钟。