CN106636876B - 一种高碳石墨钢辊环及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法。本发明辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金,液相温度至+120‑150℃出钢,加BaCa0.30‑0.60%球化处理,球化后加0.50‑0.60%CaSi孕育剂孕育,然后镇静3‑8分钟浇注,经冷开箱特殊热处理,得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。本发明与普通辊环相比,产品通过加入特殊碳化物元素,经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育,培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨,从而提高辊环的综合性能,延长辊环的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种高碳石墨钢辊环及其制备方法。
背景技术
经济建设的发展对辊环的数量和质量提出了更高的要求,现有辊环在生产过程中易产生合金元素严重偏析,密度大的元素富集于辊环外层,密度小的元素富集于辊环内层,这样使得辊环存在硬度低、耐磨性差、制备周期长,同时容易出现热裂纹及抗热疲劳性不佳等问题,直接影响辊环的产量和质量。因此,需研发一种新型的来解决上述弊端。
发明内容
本发明的针对上述弊端,首先,提供一种高碳石墨钢辊环的技术方案。
一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于:该高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.30-2.50%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.50-1.00%;Cr:0.50-1.00%;Ni:3.00-3.50%;Mo:0.50-1.00%;V:0.30-0.60%;Nb:0.30-0.50%;P≤0.025%;S≤0.025%;Ba+Ca≥0.45%;Re≥0.20%;中间层化学成分C:2.00-2.20%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.60-0.80%;Cr≥0.30%;Ni≥0.20%;Mo≥0.15%;P≤0.025%;S≤0.025%;芯部化学成分C:1.20-1.50%;Si:1.35-1.65%;Mn:0.50-0.80%;P≤0.025%;S≤0.025%。余量为Fe及少量残余元素。
所述的一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:所述高碳石墨钢辊环浇注时,浇注温度为液相温度+60-80℃。
所述的一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:所述高碳石墨钢辊环表面硬度为65-75HSD,辊环表面至孔型槽底硬度落差≤2HSD。
所述的一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:所述高碳石墨钢辊环基体金相组织为:球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
其次,提供一种高碳石墨钢辊环的制备方法的技术方案。
一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、确定化学成分:该高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.30-2.50%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.50-1.00%;Cr:0.50-1.00%;Ni:3.00-3.50%;Mo:0.50-1.00%;V:0.30-0.60%;Nb:0.30-0.50%;P≤0.025%;S≤0.025%;Ba+Ca≥0.45%;Re≥0.20%;中间层化学成分C:2.00-2.20%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.60-0.80%;Cr≥0.30%;Ni≥0.20%;Mo≥0.15%;P≤0.025%;S≤0.025%;芯部化学成分C:1.20-1.50%;Si:1.35-1.65%;Mn:0.50-0.80%;P≤0.025%;S≤0.025%。余量为Fe及少量残余元素。
步骤二、浇注:该高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金,液相温度至+120-150℃出钢,加BaCa0.30-0.60%球化处理,球化后加0.50-0.60%CaSi孕育剂孕育,然后镇静3-8分钟浇注。
步骤三、冷开箱热处理:经冷开箱特殊热处理,得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。
所述步骤二为:通过离心浇注,先浇注外层,再浇注中间层,中间层作为外层和芯部的连接层,减少两种不同材质的钢水浇注时的排他性,最后浇注芯部。
所述步骤三为:在热处理时先扩散退火,消除大部分铸造应力,再通过多次(2-3)正火+回火和水喷淬处理等工艺,使辊环形成更合理的结晶组织,达到符合设计要求的目标。
采用了上述技术方案,本发明具有以下的优点:
(1)本发明通过浇注层为外层、中间层、芯部三层,尤其对要求工作层硬度在65-75HSD之间的大型辊环φ1050mm-1400mm,减少了两种不同材质钢水浇注凝固的排他性,减轻了浇注过程中积聚产生的大量铸造应力,为浇注合格毛坯辊环奠定了基础。
(2)本发明通过加入特殊碳化物元素,如Gr、Ni、Mo、V、Nb、Re等,对液相温度进行控制,减轻产品元素偏析,,减少产品的热裂纹及提升产品的抗热疲劳性。
(3)本发明经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育,培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨,从而提高辊环的综合性能,延长辊环的使用寿命。
(4)本发明通过特殊热处理,多次正火回火,热处理水平高于普通热处理水平,使辊环形成更合理的结晶组织,提高了产品的硬度,减少了产品的生产周期,进而提高辊环产量和质量,减低企业的生产成本。
具体实施方式
【实施例1】本发明高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.30%;Si:1.50%;Mn:1.00%;Cr:1.00%;Ni:3.20%;Mo:0.60%;V:0.30%;Nb:0.30%;P:0.025%;S:0.025%;Ba+Ca:0.45%;Re:0.20%;中间层化学成分C:2.00%;Si:1.40%;Mn:0.60%;Cr:0.30%;Ni:0.20%;Mo:0.15%;P:0.025%;S:0.025%;芯部化学成分C:1.20%;Si:1.35%;Mn:0.50%;P:0.025%;S:0.025%。余量为Fe及少量残余元素。
所述高碳石墨钢辊环浇注时,浇注温度为液相温度60℃。
所述高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD,实物产品实测为66.2HSD,辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD,实物产品实测为1.7HSD。
所述高碳石墨钢辊环基体金相组织为:球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、确定化学成分:该高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、P、S、Ba+Ca、Re;中间层化学成分C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、P、S;芯部化学成分C、Si、Mn、P、S。余量为Fe及少量残余元素。
步骤二、浇注:该高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金,液相温度至125℃出钢,加BaCa0.35%球化处理,球化后加0.50%CaSi孕育剂孕育,然后镇静4分钟浇注。
步骤三、冷开箱热处理:经冷开箱特殊热处理,得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。
所述步骤二为:通过离心浇注,先浇注外层,再浇注中间层,中间层作为外层和芯部的连接层,减少两种不同材质的钢水浇注时的排他性,最后浇注芯部。
所述步骤三为:在热处理时先扩散退火,消除大部分铸造应力,再通过多次(2-3)正火+回火和水喷淬处理等工艺,使辊环形成更合理的结晶组织,达到符合设计要求的目标。
【实施例2】本发明高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.40%;Si:1.40%;Mn:0.70%;Cr:0.60%;Ni:3.10%;Mo:0.80%;V:0.50%;Nb:0.35%;P:0.015%;S:0.010%;Ba+Ca:0.55%;Re:0.25%;中间层化学成分C:2.05%;Si:1.50%;Mn:0.70%;Cr:0.35%;Ni:0.25%;Mo:0.25%;P:0.020%;S:0.020%;芯部化学成分C:1.30%;Si:1.45%;Mn:0.60%;P:0.015%;S:0.010%。余量为Fe及少量残余元素。
所述高碳石墨钢辊环浇注时,浇注温度为液相温度70℃。
所述高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD,实物产品实测为67.4HSD,辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD,实物产品实测为1.8HSD。
步骤二、浇注:该高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金,液相温度至135℃出钢,加BaCa0.40%球化处理,球化后加0.55%CaSi孕育剂孕育,然后镇静6分钟浇注。
【实施例3】本发明高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.50%;Si:1.60%;Mn:1.00%;Cr:0.90%;Ni:3.40%;Mo:0.80%;V:0.50%;Nb:0.50%;P:0.005%;S:0.005%;Ba+Ca:0.65%;Re:0.30%;中间层化学成分C:2.20%;Si:1.60%;Mn:0.80%;Cr:0.40%;Ni:0.40%;Mo:0.25%;P:0.010%;S:0.010%;芯部化学成分C:1.50%;Si:1.55%;Mn:0.70%;P:0.017%;S:0.018%。余量为Fe及少量残余元素。
所述高碳石墨钢辊环浇注时,浇注温度为液相温度80℃。
所述高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD,实物产品实测为71.3HSD,辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD,实物产品实测为1.4HSD。
步骤二、浇注:该高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金,液相温度至150℃出钢,加BaCa0.60%球化处理,球化后加0.60%CaSi孕育剂孕育,然后镇静8分钟浇注。
采用本发明制备的高碳石墨钢辊环其优点在于,通过浇注层为外层、中间层、芯部三层,尤其对要求工作层硬度在65-75HSD之间的大型辊环φ1050mm-1400mm,减少了两种不同材质钢水浇注凝固的排他性,减轻了浇注过程中积聚产生的大量铸造应力,为浇注合格毛坯辊环奠定了基础;通过加入特殊碳化物元素,如Gr、Ni、Mo、V、Nb、Re等,对液相温度进行控制,减轻产品元素偏析,,减少产品的热裂纹及提升产品的抗热疲劳性;经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育,培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨,从而提高辊环的综合性能,延长辊环的使用寿命;通过特殊热处理,多次正火回火,热处理水平高于普通热处理水平,使辊环形成更合理的结晶组织,提高了产品的硬度,减少了产品的生产周期,进而提高辊环产量和质量,减低企业的生产成本。
Claims (6)
1.一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:该高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.30-2.50%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.50-1.00%;Cr:0.50-1.00%;Ni:3.00-3.50%;Mo:0.50-1.00%;V:0.30-0.60%;Nb:0.30-0.50%;
P≤0.025%;S≤0.025%;Ba+Ca≥0.45%;Re≥0.20%;中间层化学成分C:2.00-2.20%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.60-0.80%;Cr≥0.30%;Ni≥0.20%;
Mo≥0.15%;P≤0.025%;S≤0.025%;芯部化学成分C:1.20-1.50%;Si:1.35-1.65%;Mn:0.50-0.80%;P≤0.025%;S≤0.025%;余量为Fe及少量残余元素;
所述高碳石墨钢辊环基体金相组织为:球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
2.根据权利要求1所述的一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:所述高碳石墨钢辊环浇注时,浇注温度为液相温度+60-80℃。
3.根据权利要求1所述的一种高碳石墨钢辊环,其特征在于:所述高碳石墨钢辊环表面硬度为65-75HSD,辊环表面至孔型槽底硬度落差≤2HSD。
4.一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、确定化学成分:该高碳石墨钢辊环的三层化学成分为:外层化学成分C:2.30-2.50%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.50-1.00%;Cr:0.50-1.00%;Ni:3.00-3.50%;Mo:0.50-1.00%;V:0.30-0.60%;Nb:0.30-0.50%;P≤0.025%;
S≤0.025%;Ba+Ca≥0.45%;Re≥0.20%;中间层化学成分C:2.00-2.20%;Si:1.40-1.60%;Mn:0.60-0.80%;Cr≥0.30%;Ni≥0.20%;Mo≥0.15%;
P≤0.025%;S≤0.025%;芯部化学成分C:1.20-1.50%;Si:1.35-1.65%;Mn:0.50-0.80%;P≤0.025%;S≤0.025%;余量为Fe及少量残余元素;
步骤二、浇注:该高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺,通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo合金,液相温度至+120-150℃出钢,加BaCa0.30-0.60%球化处理,球化后加0.50-0.60%CaSi孕育剂孕育,然后镇静3-8分钟浇注;
步骤三、冷开箱热处理:经冷开箱特殊热处理,得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。
5.根据权利要求4所述的一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于:所述步骤二为:通过离心浇注,先浇注外层,再浇注中间层,中间层作为外层和芯部的连接层,减少两种不同材质的钢水浇注时的排他性,最后浇注芯部。
6.根据权利要求5所述的一种高碳石墨钢辊环的制备方法,其特征在于:所述步骤三为:在热处理时先扩散退火,消除大部分铸造应力,再通过2-3次正火+回火和水喷淬处理工艺,使辊环形成更合理的结晶组织,达到符合设计要求的目标。
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