CN105803319A - 一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法 - Google Patents
一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种梯状贝氏体‑马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法,属于金属材料铸造技术领域。本发明所述方法为分层离心浇注不同成分的硅锰系铸造合金钢,外层(1)为高硬度耐磨层,内层(2)为韧性基体层,经过盐浴等温淬火热处理后使内、外层获得梯状贝氏体‑马氏体复相组织,从而获得不同的性能。本发明所述方法优选辊套内、外层材料成分配比,采用合理的离心复合铸造工艺,通过简单的等温淬火热处理方式使内外层得到不同含量的贝氏体‑马氏体复相组织,本发明辊套外层硬度为57~62HRC,冲击韧性10‑13J/cm2,内层硬度为50‑55HRC,冲击韧性19‑21J/cm2,得到了耐磨性高、韧性好、成本低的优质耐磨辊套。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法,属于金属材料铸造技术领域。
背景技术
立磨、雷蒙磨等骨料破碎研磨设备,广泛应用于水泥、电力、煤炭等工业领域。作为这些设备的主要功能性部件,磨辊辊套的工作表现直接制约着整个设备的工作效率。由于在严酷的磨损条件下进行工作,对磨辊辊套的抗磨性能提出了严苛的要求,尤其是辊套表面直接承受着高强度磨损和交变强压力作用,因此现有的辊套多采用复合结构,辊套的表层选用高抗磨材料进行强化。目前,磨辊辊套的复合生产工艺主要有两种,一种采用堆焊方式,以具有足够韧性的碳钢作为基体,在表面对焊高铬铸铁等高抗磨材料,提升辊套的抗磨性能。但此种方式,由于堆焊时,基体材料和表层增强材料间存在着应力,且在工作过程中,两种材料间的弹性模量差别较大,持续工作将引起界面处交变应力的产生,在两种应力的共同作用下表面的强化层易发生脱落,导致正常生产受到影响。另一种成形方式,将高抗磨性的高铬铸铁等材料与碳钢进行离心复合,先浇铸外圈抗磨层,后浇铸内圈基体层,铸件成形冷却后,进行热处理,但由于要考虑到两种不同材料的热物理性能以及力学性能的差异,往往热处理的工艺较为复杂,也易于在工作过程两种材料的界面处产生较大应力。此外,这两种复合方式的复合强化层所选用的材料合金元素含量较高,提升了复合辊套的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,所述复相钢耐磨辊套包括:外层和内层,外层为高硬度耐磨层,内层为韧性基体层。
所述外层的化学组成按重量百分比为:C含量0.50~0.60%,Si含量1.80-2.00%,Mn含量2.50-3.00 %,P含量≤0.03 %,S含量≤0.03 %。
所述内层的化学组成按重量百分比为:C含量0.35-0.45%,Si含量1.40~1.75%,Mn含量2.00-2.40%,P含量≤0.03 %,S含量≤0.03 %。
优选的,本发明所述外层与内层的厚度比例为1:1.5-1:3。
本发明的另一目的在于提供梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法,通过简单热处理方法就可以得到高耐磨性、低生产成本的优质辊套;具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼。
(2)离心铸造成形: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,此时离心机转速为700-800r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1200℃~1350℃时,再浇入内层钢水,并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为750-850r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1000-1050℃,离心机转速将至350-450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至200℃~300℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在450-600℃之间,并保温90-150min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以3~6℃/min的速度加热至900~950℃,保温120~240min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为280-320℃,盐浴时间为2-4小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
优选的,本发明所述外层钢水出炉温度为1550~1580℃,浇注温度为1470~1530℃。
优选的,本发明所述内层钢水的出炉温度为1580~1600℃,浇注温度为1480~1540℃。
本发明的有益效果
(1)本发明所述贝氏体-马氏体复相材料,主要由廉价的C、Si、Mn元素组成,而现有的其它技术所选用的原材料成分中含有大量的Cr、Ni、Mo等昂贵元素,而通过热处理后,贝氏体-马氏体复相材料能够获得与高铬铸铁等抗磨材料相近的性能,辊套外层硬度为57~62HRC,冲击韧性10-13J/cm2,内层硬度为50-55HRC,冲击韧性19-21J/cm2,使得本发明所述方法具有明显竞技性优势。
(2)与现有技术相比,本专利所采用的热处理工艺简单,只需要进行等温淬火+回火的处理工艺,在热处理过程中,无需考虑内、外圈材料热物理性能差异较大所引起的热变形应力的不利影响,而将热处理工艺复杂化。
(3)磨辊辊套在服役过程中,工作面承受着持续的交变应力作用,导致内圈和外圈之间产生交变应力作用,由于本专利的内外圈均为同系列材料,两者间的弹性模量等力学性能差别较小,大大削弱了这种应力作用,保证了辊套工作过程中的服役可靠性,避免因应力引起的裂纹等缺陷的产生。
附图说明
图1 本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的轴向剖面图;
图2 本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的径向截面图。
图1~2中:1-辊套外圈,2-辊套内圆,3-辊套安装轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套,其外层壁厚为100mm,内层壁厚为200mm;其内外两层材料的化学成分质量百分比表1所示:
表1
本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼。
(2)离心铸造成形:首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内(外层钢水出炉温度为1550℃,浇注温度为1470℃),在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体,此时离心机转速为700r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1200℃时,再浇入内层钢水(内层钢水的出炉温度为1580℃,浇注温度为1480℃);并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为850r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1000℃,离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至200℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在450℃之间,并保温150min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃,保温120min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为280℃,盐浴时间为4小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,外层硬度为57HRC,冲击韧性为13 J/cm2;内层硬度为50HRC,冲击韧性为21J/cm2。
实施例2
本实施例制备5吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套,其外层壁厚为100mm,内层壁厚为300mm;其内外两层材料的化学成分质量百分比表2所示:
表2
本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼;
(2)离心铸造成形:首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内(外层钢水出炉温度为1560℃,浇注温度为1500℃),在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体,此时离心机转速为750r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1300℃时,再浇入内层钢水(内层钢水的出炉温度为1590℃,浇注温度为1540℃),并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为800r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1050℃,离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至250℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在500℃之间,并保温120min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃,保温180min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为300℃,盐浴时间为3小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,外层硬度为60HRC,冲击韧性为12 J/cm2;内层硬度为52HRC,冲击韧性为20J/cm2。
实施例3
本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套,其外层壁厚为100mm,内层壁厚为150mm;其内外两层材料的化学成分质量百分比表3所示:
表3
本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼。
(2)离心铸造成形:首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内(外层钢水出炉温度为1580℃,浇注温度为1530℃),在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体,此时离心机转速为800r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1350℃时,再浇入内层钢水(内层钢水的出炉温度为1600℃,浇注温度为1500℃),并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为750r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1025℃,离心机转速将至450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至300℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在600℃之间,并保温90min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以6℃/min的速度加热至930℃,保温240min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为320℃,盐浴时间为2小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,外层硬度为62HRC,冲击韧性为11 J/cm2;内层硬度为55HRC,冲击韧性为19J/cm2。
实施例4
本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套,其外层壁厚为80mm,内层壁厚为120mm;其内外两层材料的化学成分质量百分比表4所示:
表4
本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼。
(2)离心铸造成形:首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内(外层钢水出炉温度为1568℃,浇注温度为1510℃),在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体,此时离心机转速为750r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1300℃时,再浇入内层钢水(内层钢水的出炉温度为1595℃,浇注温度为1525℃),并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为800r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1050℃,离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至250℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在500℃之间,并保温120min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃,保温180min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为300℃,盐浴时间为3小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,外层硬度为57.5HRC,冲击韧性为11J/cm2;内层硬度为51HRC,冲击韧性为19J/cm2。
实施例5
制造3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套,设计其外层壁厚为80mm,内层壁厚为120mm。其内外两层材料的化学成分质量百分比表5所示:
表5
本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼。
(2)离心铸造成形:首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内(外层钢水出炉温度为1555℃,浇注温度为1475℃),在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体,此时离心机转速为700r/min;更换浇口管,待外层内壁表面温度降到1200℃时,再浇入内层钢水(内层钢水的出炉温度为1587℃,浇注温度为1486℃),并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为850r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1000℃,离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至200℃后,从金属型内取出。
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在450℃之间,并保温150min,然后空冷至室温,然后进行粗加工。
(4)将步骤(3)得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃,保温120min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为280℃,盐浴时间为4小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,外层硬度为59HRC,冲击韧性为11.5J/cm2;内层硬度为51.5HRC,冲击韧性为20J/cm2。
Claims (5)
1.一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,其特征在于:所述复相钢耐磨辊套包括:外层和内层,外层为高硬度耐磨层,内层为韧性基体层;
所述外层的化学组成按重量百分比为:C含量0.50~0.60%,Si含量1.80-2.00%,Mn含量2.50-3.00 %,P含量≤0.03 %,S含量≤0.03 %;
所述内层的化学组成按重量百分比为:C含量0.35-0.45%,Si含量1.40~1.75%,Mn含量2.00-2.40%,P含量≤0.03 %,S含量≤0.03 %。
2.根据权利要求1所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套,其特征在于:外层与内层的厚度比例为1:1.5-1:3。
3.权利要求1或2所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)配料:根据外层和内层的成分进行配料,利用中频感应电炉分别熔炼;
(2)离心铸造成形: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,此时离心机转速为700-800r/min;待外层内壁表面温度降到1200℃~1350℃时,再浇入内层钢水,并保持金属型的高速旋转,此时离心机转速为750-850r/min,在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体,钢水的温度降低到1000-1050℃,离心机转速将至350-450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套;辊套温度降低至200℃~300℃后,从离心机中取出得到辊套;
(3)将取出的辊套进行去应力退火,回火温度控制在450-600℃之间,并保温90-150min,然后空冷至室温,进行粗加工;
(4)将步骤(3)得到的辊套以3~6℃/min的速度加热至900~950℃,保温120~240min进行盐浴等温淬火处理,盐浴温度为280-320℃,盐浴时间为2-4小时,随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。
4.根据权利要求3所述的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法,其特征在于:所述外层钢水出炉温度为1550~1580℃,浇注温度为1470~1530℃。
5.根据权利要求3所述的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法,其特征在于:所述内层钢水的出炉温度为1580~1600℃,浇注温度为1480~1540℃。
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