CN107716901A - 耐磨球墨铸铁复合轧辊及其铸造方法 - Google Patents

耐磨球墨铸铁复合轧辊及其铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨球墨铸铁复合轧辊，包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁通过离心复合而成，其中高速钢按重量份包括铁80‑90份、碳2‑5份、铬10‑15份、钴0.5‑1份以及稀土0.5‑1份；石墨钢按重量份包括铁80‑85份、碳2‑5份、硅2‑5份、铋3‑5份、铜3‑5份以及稀土1‑2份；球墨铸铁按重量份数包括铁60‑70份、碳5‑10份、硅5‑10份、铝3‑8份、镍5‑10份、钨5‑10份、锆0.5‑1份、锰0.5‑1份、钒0.5‑1份、镁1‑5份、钼4‑10份以及稀土1‑2份。本发明中的高速钢、石墨钢以及球墨铸铁之间通过稀土进行紧密联结，并添加金属合金来提高其硬度和耐磨性能。

Description

耐磨球墨铸铁复合轧辊及其铸造方法
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁，特别是耐磨球墨铸铁复合轧辊及其铸造方法。
背景技术
复合轧辊，一般是将不同的金属材料进行轧制，从而满足辊面与辊芯的不同性能。因而能够很好地满足现代化轧机轧钢生产要求。现有的复合轧辊一般包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁复合而成，上述三者之间的连接程度不够高，而且辊面与辊芯的耐磨性能较差，其中球墨铸铁的布氏硬度只有380-400HBW，难以满足现有的生产要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种成本低、制备简单的耐磨球墨铸铁复合轧辊及其铸造方法
为了实现上述目的，本发明所设计的一种耐磨球墨铸铁复合轧辊，包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁通过离心复合而成，其中高速钢按重量份包括铁80-90份、碳2-5份、铬10-15份、钴0.5-1份以及稀土0.5-1份；石墨钢按重量份包括铁80-85份、碳2-5份、硅2-5份、铋3-5份、铜3-5份以及稀土1-2份；球墨铸铁按重量份数包括铁60-70份、碳5-10份、硅5-10份、铝3-8份、镍5-10份、钨5-10份、锆0.5-1份、锰0.5-1份、钒0.5-1份、镁1-5份、钼4-10份以及稀土1-2份。
上述耐磨球墨铸铁复合轧辊的铸造方法，包括以下步骤，
A、在3个电炉内分别熔炼外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁，其中在熔炼高速钢时，先将铁80-90份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1550-1600℃，接着往铁水中加入碳2-5份、铬10-15份、钴0.5-1份以及稀土0.5-1份，保温10-20分钟；
在熔炼石墨钢时，先将铁80-85份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1500-1550℃，接着往铁水中加入碳2-5份、硅2-5份、铋3-5份、铜3-5份以及稀土1-2份，保温10-20分钟；
在熔炼球墨铸铁时，先将生铁、废钢和增碳剂混合加热熔化成铁水，去除残渣，然后将铁水温度升高至1550-1580℃，其中生铁、废钢和增碳剂按重量份组成为生铁50-70份，废钢10-20份，增碳剂1-5份，所述增碳剂按重量份包括石墨80份、二氧化硅10份、碳化硅5份、石墨烯5份，然后往上述铁水中加入硅、铝、镍、钨、锆、锰、钒、镁、钼以及稀土，继续升温，在1650-1700℃中持续加热10分钟；接着停止加热，带温度降至1350-1380℃时，在铁水中加入孕育剂和球化剂，并去除液面熔渣，其中孕育剂按重量份包括铁75份、硅15份、钙3份、钛2份、钡2份、铋2份和稀土1份，球化剂按重量份包括硅25份、铜40份、铁25份、镁5份、钙2份和稀土3份；
B、在离心机上分三次进行浇注，其中先在离心机上浇注外层的高速钢，离心速度为200～500转/分，离心旋转时间为30～60分钟；接着浇注中间层的石墨钢，离心速度为100～200转/分，离心旋转时间为30～60分钟；最后浇注芯部的球墨铸铁，离心速度为50～100转/分，离心旋转时间为30～60分钟；
C、离心机停机，随后取出复合轧辊并在退火炉中加热至880-900℃保温2小时，接着在1000-1050℃下保温3小时后自然冷却，再在500-550℃下回火两次，保温时间4小时，最后得到耐磨球墨铸铁复合轧辊。
在本专利中，高速钢按重量份包括铁80-90份、碳2-5份、铬10-15份、钴0.5-1份以及稀土0.5-1份，高速钢中的铬可以与碳生成碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上，提高材料的硬度及耐磨度，稀土可以促进铁与碳之间的联结以及与中间层石墨钢之间的联结。
石墨钢按重量份包括铁80-85份、碳2-5份、硅2-5份、铋3-5份、铜3-5份以及稀土1-2份，其中铋和铜可以细化组织，改善石墨形态和分布，使基体在保持高强度前提下，还有较高的延伸率和较好的冲击韧性，稀土稀土可以促进铁与碳之间的联结以及在外层的高速钢和芯部的球墨铸铁之间起到一定的联结作用。
球墨铸铁按重量份数包括铁60-70份、碳5-10份、硅5-10份、铝3-8份、镍5-10份、钨5-10份、锆0.5-1份、锰0.5-1份、钒0.5-1份、镁1-5份、钼4-10份以及稀土1-2份。其中碳在5-10份这个范围内可以有效的控制石墨个数及石墨大小，而且可以使铁液更易于流动，增加铁液的充型能力，减少缩松缩孔，提高铸件的致密性，同时还能提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力；硅在5-10份这个范围内可以促进石墨化，又能起到孕育的效果，对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处，同时不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用；铝可以促进石墨化作用，显著细化铸态晶粒，另外其与氧的亲和力非常强烈，生成的高度弥散的游离氧化铝质点，可以作为退火过程中的石墨核心；镍是石墨化元素，在球墨铸铁铁液中和固态球铁中都可以无限制地溶解，不会与碳形成化合物，可减少或消除游离渗碳体的形成，降低白口和脆性转变温度，强化基体组织，提高球铁的强度和低温冲击韧性。另外镍的添加可以提高球墨铸铁的致密度，从而提高其耐腐蚀能力；钨和锆可以细化组织，改善石墨形态和分布，使基体在保持高强度前提下，还有较高的延伸率和较好的冲击韧性；锰的作用主要表现在增加稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁；钒可以在基体中形成微细的碳化物析出来提高高温下的抗拉强度和屈服应力；镁可以促进石墨聚集成团球状，对缩短石墨化退火时间也十分有利；钼可以强烈提高材料的淬透性，在较低温度下进行等温淬火，能够比较容易的得到铁素体组织；稀土可以增加石墨球的个数，并细化石墨球，降低平均球径，且有效抑制非球状石墨的形成，同时稀土可以促进与中间层石墨钢之间的联结。
另外本专利中的增碳剂按重量份包括石墨80份、二氧化硅10份、碳化硅5份、石墨烯5份，该增碳剂在铸造时使用，可大幅度增加废钢用量，减少生铁用量。其中碳化硅可以与石墨一起使用，可以降低增碳剂的用量，且增碳效果好；石墨烯可以提高增碳剂与铁水的接触面，提高两者之间的联结。
本专利中的孕育剂按重量份包括铁75份、硅15份、钙3份、钛2份、钡2份、铋2份和稀土1份，该孕育剂中的钡和硅能明显细化奥氏体枝晶，增加退火时的石墨核心；铋在铁液结晶过程中强烈促进铸态组织白口化，能有效防止铸态出现灰口或麻口组织；钙和钛可以对熔体具有变质和细化的协同作用，使得熔体中异质形核心显著增加，基体晶粒显著细化；稀土是强碳化物形成元素，具有很强的促进铸态白口作用，有效防止玛钢铸态出现灰口或麻口缺陷，同时稀土还具有独特的脱氧、脱硫、净化铁液和细化一次晶粒、强化金属基体、改善非金属夹杂物的形状、大小和分布情况等作用，这又对提高铸件的力学性能非常有利。
球化剂按重量份包括硅25份、铜40份、铁25份、镁5份、钙2份和稀土3份，该球化剂的加入量少，只需传统球化剂加入量的1/2左右，有利于生产过程铁水温度控制。氧化夹渣少，有利于提高材料的纯净度和性能；其中铜可以降低Fe与C原子之间结合力，促进石墨化，改善石墨形态，同时由于铜的固溶度较高，能阻碍了铁素体形成，促进珠光体的形成；钙和稀土能保证该球化剂在球化处理时反应比较平稳，从而提高了球化质量。
本发明得到的耐磨球墨铸铁复合轧辊，包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁通过离心复合而成，其中高速钢、石墨钢以及球墨铸铁之间通过稀土进行紧密联结，并添加金属合金来提高其硬度和耐磨性能。另外在球墨铸铁中添加硅、铝、镍、钨、锆、锰、钒、镁、钼以及稀土，以及在制备时采用自研的增碳剂、孕育剂和球化剂，从而得到一种耐磨球墨铸铁，最终采用离心复合铸造工艺得到耐磨球墨铸铁复合轧辊。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
本实施例提供的一种耐磨球墨铸铁复合轧辊，包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁通过离心复合而成，其中高速钢按重量份包括铁80份、碳2份、铬10份、钴0.5份以及稀土0.5份；石墨钢按重量份包括铁80份、碳2份、硅2份、铋3份、铜3份以及稀土1份；球墨铸铁按重量份数包括铁60份、碳5份、硅5份、铝3份、镍5份、钨5份、锆0.5份、锰0.5份、钒0.5份、镁1份、钼4份以及稀土1份。
上述耐磨球墨铸铁复合轧辊的铸造方法，包括以下步骤，
A、在3个电炉内分别熔炼外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁，其中在熔炼高速钢时，先将铁80份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1550-1600℃，接着往铁水中加入碳2份、铬10份、钴0.5份以及稀土0.5份，保温10-20分钟；
在熔炼石墨钢时，先将铁80份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1500-1550℃，接着往铁水中加入碳2份、硅2份、铋3份、铜3份以及稀土1份，保温10-20分钟；
在熔炼球墨铸铁时，先将生铁、废钢和增碳剂混合加热熔化成铁水，去除残渣，然后将铁水温度升高至1550-1580℃，其中生铁、废钢和增碳剂按重量份组成为生铁50-70份，废钢10-20份，增碳剂1-5份，所述增碳剂按重量份包括石墨80份、二氧化硅10份、碳化硅5份、石墨烯5份，然后往上述铁水中加入硅、铝、镍、钨、锆、锰、钒、镁、钼以及稀土，继续升温，在1650-1700℃中持续加热10分钟；接着停止加热，带温度降至1350-1380℃时，在铁水中加入孕育剂和球化剂，并去除液面熔渣，其中孕育剂按重量份包括铁75份、硅15份、钙3份、钛2份、钡2份、铋2份和稀土1份，球化剂按重量份包括硅25份、铜40份、铁25份、镁5份、钙2份和稀土3份；
B、在离心机上分三次进行浇注，其中先在离心机上浇注外层的高速钢，离心速度为200～500转/分，离心旋转时间为30～60分钟；接着浇注中间层的石墨钢，离心速度为100～200转/分，离心旋转时间为30～60分钟；最后浇注芯部的球墨铸铁，离心速度为50～100转/分，离心旋转时间为30～60分钟；
C、离心机停机，随后取出复合轧辊并在退火炉中加热至880-900℃保温2小时，接着在1000-1050℃下保温3小时后自然冷却，再在500-550℃下回火两次，保温时间4小时，最后得到耐磨球墨铸铁复合轧辊。
经检测，本实施例所获得的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率大于12％，球墨铸铁的布氏硬度为520-550HBW。
实施例2：
本实施例提供的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其原料和制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于，本实施例中，所述耐磨球墨铸铁复合轧辊中的高速钢按重量份包括铁90份、碳5份、铬15份、钴1份以及稀土1份；石墨钢按重量份包括铁85份、碳5份、硅5份、铋5份、铜5份以及稀土2份；球墨铸铁按重量份数包括铁70份、碳10份、硅10份、铝8份、镍10份、钨10份、锆1份、锰1份、钒1份、镁5份、钼10份以及稀土2份。
经检测，本实施例所获得的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率大于12％，球墨铸铁的布氏硬度为520-550HBW。
实施例3：
本实施例提供的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其原料和制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于，本实施例中，所述耐磨球墨铸铁复合轧辊中的高速钢按重量份包括铁85份、碳5份、铬12份、钴0.5份以及稀土1份；石墨钢按重量份包括铁85份、碳4份、硅4份、铋4份、铜4份以及稀土2份。
经检测，本实施例所获得的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率大于12％，球墨铸铁的布氏硬度为520-550HBW。
实施例4：
本实施例提供的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其原料和制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于，本实施例中，所述球墨铸铁按重量份数包括铁65份、碳5份、硅8份、铝8份、镍8份、钨8份、锆0.8份、锰0.8份、钒0.8份、镁2份、钼5份以及稀土2份。
经检测，本实施例所获得的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率大于12％，球墨铸铁的布氏硬度为520-550HBW。
实施例5：
本实施例提供的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其原料和制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于，本实施例中，所述球墨铸铁按重量份数包括铁70份、碳6份、硅7份、铝5份、镍5份、钨8份、锆0.6份、锰0.6份、钒0.6份、镁2份、钼5份以及稀土2份。
经检测，本实施例所获得的耐磨球墨铸铁复合轧辊，其抗拉强度大于600Mpa，延伸率大于12％，球墨铸铁的布氏硬度为520-550HBW。

Claims (2)

1.一种耐磨球墨铸铁复合轧辊，其特征在于：包括外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁通过离心复合而成，其中高速钢按重量份包括铁80-90份、碳2-5份、铬10-15份、钴0.5-1份以及稀土0.5-1份；石墨钢按重量份包括铁80-85份、碳2-5份、硅2-5份、铋3-5份、铜3-5份以及稀土1-2份；球墨铸铁按重量份数包括铁60-70份、碳5-10份、硅5-10份、铝3-8份、镍5-10份、钨5-10份、锆0.5-1份、锰0.5-1份、钒0.5-1份、镁1-5份、钼4-10份以及稀土1-2份。
2.一种如权利要求1所述的耐磨球墨铸铁复合轧辊的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤，
A、在3个电炉内分别熔炼外层的高速钢、中间层的石墨钢以及芯部的球墨铸铁，其中在熔炼高速钢时，先将铁80-90份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1550-1600℃，接着往铁水中加入碳2-5份、铬10-15份、钴0.5-1份以及稀土0.5-1份，保温10-20分钟；
在熔炼石墨钢时，先将铁80-85份融化成铁水，然后将铁水温度升高至1500-1550℃，接着往铁水中加入碳2-5份、硅2-5份、铋3-5份、铜3-5份以及稀土1-2份，保温10-20分钟；
在熔炼球墨铸铁时，先将生铁、废钢和增碳剂混合加热熔化成铁水，去除残渣，然后将铁水温度升高至1550-1580℃，其中生铁、废钢和增碳剂按重量份组成为生铁50-70份，废钢10-20份，增碳剂1-5份，所述增碳剂按重量份包括石墨80份、二氧化硅10份、碳化硅5份、石墨烯5份，然后往上述铁水中加入硅、铝、镍、钨、锆、锰、钒、镁、钼以及稀土，继续升温，在1650-1700℃中持续加热10分钟；接着停止加热，带温度降至1350-1380℃时，在铁水中加入孕育剂和球化剂，并去除液面熔渣，其中孕育剂按重量份包括铁75份、硅15份、钙3份、钛2份、钡2份、铋2份和稀土1份，球化剂按重量份包括硅25份、铜40份、铁25份、镁5份、钙2份和稀土3份；
B、在离心机上分三次进行浇注，其中先在离心机上浇注外层的高速钢，离心速度为200～500转/分，离心旋转时间为30～60分钟；接着浇注中间层的石墨钢，离心速度为100～200转/分，离心旋转时间为30～60分钟；最后浇注芯部的球墨铸铁，离心速度为50～100转/分，离心旋转时间为30～60分钟；
C、离心机停机，随后取出复合轧辊并在退火炉中加热至880-900℃保温2小时，接着在1000-1050℃下保温3小时后自然冷却，再在500-550℃下回火两次，保温时间4小时，最后得到耐磨球墨铸铁复合轧辊。
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