CN115647060A

CN115647060A - 一种高铬铸铁轧辊及其生产方法

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Publication number: CN115647060A
Application number: CN202211694846.0A
Authority: CN
Inventors: 郄韶辉; 曹军; 邢步申; 邢占强; 赵瑞学; 张海平; 刘双力
Original assignee: Shijiazhuang Special Roller Co ltd
Current assignee: Shijiazhuang Special Roller Co ltd
Priority date: 2022-12-28
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2042-12-28
Also published as: CN115647060B

Abstract

本发明涉及轧辊技术领域，提出了一种高铬铸铁轧辊及其生产方法。所述高铬铸铁轧辊包括由内到外依次设置的芯层、中间层和工作层，所述芯层的材料为球墨铸铁，所述中间层的材料由以下质量百分比的成分组成：C 1.1%‑1.3%，Si 1%‑2%，Cr 2.5%‑4%，Mn 0.1%‑0.3%，Mo 1.6%‑2.5%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述工作层的材料为高铬铸铁。所述高铬铸铁轧辊的生产方法包括以下步骤S1、熔炼；S2、三层复合浇注；S3、热处理。通过上述技术方案，解决了现有技术中采用复合浇注工艺生产的高铬铸铁轧辊整体强度低的问题。

Description

一种高铬铸铁轧辊及其生产方法

技术领域

本发明涉及轧辊技术领域，具体的，涉及一种高铬铸铁轧辊及其生产方法。

背景技术

高铬铸铁轧辊是利用复合浇注工艺把工作层和芯层复合而生产的高合金铸铁轧辊，具有优异的耐磨损性能，被广泛用于制造各种用途的耐磨零件和各种轧辊产品。其中，高铬铸铁轧辊的工作层材料为含铬量为12%～22%的高铬白口耐磨铸铁，芯层材料为球墨铸铁。

由于工作层材料和辊芯材料成分相差较大，在采用复合浇注工艺时，当工作层凝固后浇注辊芯球墨铸铁铁液时，高温的球墨铸铁铁液会使工作层一部分已经凝固的高铬白口耐磨铸铁重新熔化，而使工作层中高含量的铬向辊芯扩散，扩散的铬与辊芯球墨铸铁中的碳形成大量的碳化物，使轧辊的整体强度降低，轧辊使用时易发生断辊事故。

发明内容

本发明提出一种高铬铸铁轧辊及其生产方法，解决了现有技术中采用复合浇注工艺生产的高铬铸铁轧辊整体强度低的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种高铬铸铁轧辊，包括由内到外依次设置的芯层、中间层和工作层，所述芯层的材料为球墨铸铁，所述中间层的材料由以下质量百分比的成分组成：C1.1%-1.3%，Si 1%-2%，Cr 2.5%-4%，Mn 0.1%-0.3%，Mo 1.6%-2.5%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述工作层的材料为高铬铸铁。

作为进一步的技术方案，所述高铬铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 2.5%-2.9%，Si 0.3 %-0.8%，Cr 12%-22%，Mn 0.7%-1.4%，Mo 0.8%-1.5%，Ni 1.0%-1.5%，余量为Fe及不可避免的杂质。

作为进一步的技术方案，所述球墨铸铁由以下质量百分比的组分组成：C 3.0%-3.5%，Si 1.5%-1.9%，Cr 0.2%-0.5%，Mn 0.4%-1.0%，Mo 0.6%-1.0%。

作为进一步的技术方案，所述工作层的铸态组织主要包括马氏体和碳化物，不包括残余奥氏体。

作为进一步的技术方案，所述工作层与所述中间层结合处的抗拉强度＞600MPa；所述中间层与所述芯层结合处的抗拉强度＞585MPa。

本发明还提出了所述高铬铸铁轧辊的生产方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：分别熔炼工作层、中间层和芯层的材料，得到工作层铁水、中间层铁水和芯层铁水；

S2、三层复合浇注：采用三层复合浇注的方式，依次将工作层铁水、中间层铁水和芯层铁水进行浇注，得到高铬铸铁轧辊铸坯；

S3、热处理：将高铬铸铁轧辊铸坯冷却至室温后进行淬火和二次回火处理，得到高铬铸铁轧辊。

作为进一步的技术方案，所述S1中，还包括以下步骤：向工作层铁水中加入变质剂，在1600℃-1620℃变质处理，所述变质剂的加入量为所述工作层铁水质量的0.2%-0.5%，所述变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2-2.5：0.8-2.5的混合物。

作为进一步的技术方案，所述S1中，工作层铁水、中间层铁水和芯层铁水的出炉温度均为1550-1600℃。

作为进一步的技术方案，所述S2中，工作层铁水浇注温度为1490-1510℃，中间层铁水浇注温度为1440-1460℃，芯层铁水的浇注温度为1390-1410℃。

作为进一步的技术方案，所述S3中淬火温度为900-1050℃，二次回火温度为450-500℃。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中，在工作层和芯层之间增设中间层，并对中间层的成分进行优化设计，中间层中增大了Mo含量，降低了Cr含量和Mn含量，一方面，中间层中较低的铬含量使得在最后浇注芯层时，中间层靠近芯层的部分熔化时，向芯层扩散的铬少，避免了较多碳化物的析出降低高铬铸铁轧辊整体强度这一问题的产生，同时，增大的Mo含量和降低了Mn含量降低了中间层组织中残余奥氏体含量，同时提高了工作层组织的均匀性，提高了工作层与中间层结合处、中间层与芯层结合处的抗拉强度，从而提高了高铬铸铁轧辊的上机轧制性能，使得生产的高铬铸铁轧辊的毫米轧制吨数高达8867.41-10573.26t/mm。

2、本发明中，采用三层复合浇注的方法生产高铬铸铁轧辊，在浇注工作层前，先对工作层铁水进行变质处理，变质剂中硼粉和硅锆协同，显著促进高铬铸铁轧辊工作层基体组织中碳化物的细化和分布均匀性，从而提高了高铬铸铁轧辊工作层的硬度，进一步提高了高铬铸铁轧辊的上机轧制性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

一种高铬铸铁轧辊的生产方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：采用三台中频炉分别熔炼工作层、中间层和芯层的材料，得到工作层铁水、中间层铁水和芯层铁水，具体为：

S11、工作层铁水熔炼：将工作层原料高铬铸铁熔炼，得到工作层铁水，向工作层铁水中加入占其质量0.2%的变质剂，在1600℃下变质处理，工作层铁水经变质处理后降温至1550℃出炉；

高铬铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 2.5%，Si 0.3%，Cr 18%，Mn 1.2%，Mo1.2%，Ni 1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2：0.8的混合物；

S12、中间层铁水熔炼：将中间层原料进行熔炼，得到中间层铁水，出炉温度为1550℃；

中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.1%，Si 1%，Cr 3.2%，Mn 0.2%，Mo1.8%，余量为Fe及不可避免的杂质；

S13、芯层铁水熔炼：将芯层原料球墨铸铁进行熔炼，得到芯层铁水，出炉温度为1550℃；

球墨铸铁由以下质量百分比的组分组成：C 3.0%，Si 1.5%，Cr 0.3%，Mn 0.6%，Mo0.8%；

其中，工作层铁水浇注温度为1490℃，中间层铁水浇注温度为1440℃，芯层铁水的浇注温度为1390℃；

S3、热处理：待高铬铸铁轧辊铸坯浇注完24h后取出并冷却至室温，经粗车后加热至900℃，保温淬火5h，出炉后迅速冷却至工作层表面温度为350℃，然后返回炉内缓慢冷却至室温，重新加热至450℃进行一次回火处理，保温6h，冷却至室温后再加热至450℃进行二次回火处理，保温6h，冷却至室温后，按照图纸要求精加工至规定的尺寸和精度，得到高铬铸铁轧辊。

实施例2

一种高铬铸铁轧辊的生产方法，包括以下步骤：

S11、工作层铁水熔炼：将工作层原料高铬铸铁熔炼，得到工作层铁水，向工作层铁水中加入占其质量3.3%的变质剂，在1610℃下变质处理，工作层铁水经变质处理后降温至1570℃出炉；

高铬铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 2.7%，Si 0.5%，Cr 12%，Mn 0.7%，Mo1.5%，Ni 1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，变质剂为硼粉和硅锆质量比2.5：0.8的混合物；

S12、中间层铁水熔炼：将中间层原料进行熔炼，得到中间层铁水，出炉温度为1570℃；

中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.2%，Si 1.5%，Cr 2.5%，Mn 0.1%，Mo 2.5%，余量为Fe及不可避免的杂质；

S13、芯层铁水熔炼：将芯层原料球墨铸铁进行熔炼，得到芯层铁水，出炉温度为1570℃；

球墨铸铁由以下质量百分比的组分组成：C 3.2%，Si 1.6%，Cr 0.2%，Mn 0.4%，Mo1.0%；

其中，工作层铁水浇注温度为1500℃，中间层铁水浇注温度为1450℃，芯层铁水的浇注温度为1400℃；

S3、热处理：待高铬铸铁轧辊铸坯浇注完36h后取出并冷却至室温，经粗车后加热至960℃，保温淬火5h，出炉后迅速冷却至工作层表面温度为370℃，然后返回炉内缓慢冷却至室温，重新加热至460℃进行一次回火处理，保温6h，冷却至室温后再加热至470℃进行二次回火处理，保温6h，冷却至室温后，按照图纸要求精加工至规定的尺寸和精度，得到高铬铸铁轧辊。

实施例3

一种高铬铸铁轧辊的生产方法，包括以下步骤：

S11、工作层铁水熔炼：将工作层原料高铬铸铁熔炼，得到工作层铁水，向工作层铁水中加入占其质量0.5%的变质剂，在1620℃下变质处理，工作层铁水经变质处理后降温至1600℃出炉；

高铬铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 2.9%，Si 0.8%，Cr 22%，Mn 1.4%，Mo0.8%，Ni 1.5%，余量为Fe及不可避免的杂质，变质剂为硼粉和硅锆质量比1：1的混合物；

S12、中间层铁水熔炼：将中间层原料进行熔炼，得到中间层铁水，出炉温度为1600℃；

中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.3%，Si 2%，Cr 4%，Mn 0.3%，Mo1.6%，余量为Fe及不可避免的杂质；

S13、芯层铁水熔炼：将芯层原料球墨铸铁进行熔炼，得到芯层铁水，出炉温度为1600℃；

球墨铸铁由以下质量百分比的组分组成：C 3.5%，Si 1.9%，Cr 0.5%，Mn 1.0%，Mo0.6%；

其中，工作层铁水浇注温度为1510℃，中间层铁水浇注温度为1460℃，芯层铁水的浇注温度为1410℃；

S3、热处理：待高铬铸铁轧辊铸坯浇注完48h后取出并冷却至室温，经粗车后加热至1050℃，保温淬火5h，出炉后迅速冷却至工作层表面温度为400℃，然后返回炉内缓慢冷却至室温，重新加热至500℃进行一次回火处理，保温6h，冷却至室温后再加热至500℃进行二次回火处理，保温6h，冷却至室温后，按照图纸要求精加工至规定的尺寸和精度，得到高铬铸铁轧辊。

实施例4

与实施例1的区别仅在于变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2：2.5的混合物。

实施例5

与实施例1的区别仅在于变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2：3的混合物。

实施例6

与实施例1的区别仅在于变质剂为硼粉和硅锆质量比3：0.8的混合物。

实施例7

与实施例1的区别仅在于变质剂为硼粉。

实施例8

与实施例1的区别仅在于变质剂为硅锆。

对比例1

与实施例1的区别仅在于中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.2%，Si1.5%，Cr 2.5%，Mn 0.6%，Mo 2.5%，余量为Fe及不可避免的杂质。

对比例2

与实施例1的区别仅在于中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.2%，Si1.5%，Cr 2.5%，Mn 0.1%，Mo 0.8%，余量为Fe及不可避免的杂质。

对比例3

与实施例1的区别仅在于中间层原料由以下质量百分比的成分组成：C 1.2%，Si1.5%，Cr 6%，Mn 0.6%，Mo 0.8%，余量为Fe及不可避免的杂质。

试验1、拉伸力学性能测试

对实施例1-3及对比例1-3的高铬铸铁轧辊按照GB/T1504-2008进行拉伸力学性能检测并采用超声波进行探伤检验，检验结果如下表所示：

表1 实施例1-3及对比例1-3的高铬铸铁轧辊的力学性检测结果

从表1中实施例1与对比例1-3对比可以看出，实施例1的中间层原料中降低了Cr和Mn含量，提高了Mo含量，显著提高了工作层和中间层结合处以及中间层和芯层结合处的抗拉强度，使制得的高铬铸铁轧辊在使用过程中强度更高。

试验2、硬度测试

对实施例1-8的高铬铸铁轧辊按照GB/T1504-2008进行硬度测试，测试工作层的硬度，测试结果如下表所示：

表2 实施例1-8的高铬铸铁轧辊硬度测试结果

组别	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
									硬度HSD	76	68	83	75	69	72	71	67

从表2中可以看出，与实施例5-8的高铬铸铁轧辊相比，实施例1的高铬铸铁轧辊的硬度显著提高，说明本发明中，在工作层材料熔炼完成后，向熔炼得到的工作层铁水中加入变质剂，且变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2-2.5：0.8-2.5的混合物时，可以显著提高高铬铸铁轧辊的硬度。

试验3、上机使用情况

实施例1-8及对比例1-3的高铬铸铁轧辊分别进行上机使用，情况如下表所示：

表3 实施例1-8及对比例1-3的高铬铸铁轧辊上机使用情况

从表3中数据可以看出，与实施例5-8及对比例1-3相比，实施例1的高铬铸铁轧辊上机使用时的毫米轧制吨数显著提高，说明实施例1的高铬铸铁轧辊的轧制能力更好。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高铬铸铁轧辊，其特征在于，包括由内到外依次设置的芯层、中间层和工作层，所述芯层的材料为球墨铸铁，所述中间层的材料由以下质量百分比的成分组成：C 1.1%-1.3%，Si 1%-2%，Cr 2.5%-4%，Mn 0.1%-0.3%，Mo 1.6%-2.5%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述工作层的材料为高铬铸铁。

2.根据权利要求1所述的一种高铬铸铁轧辊，其特征在于，所述高铬铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 2.5%-2.9%，Si 0.3 %-0.8%，Cr 12%-22%，Mn 0.7%-1.4%，Mo 0.8%-1.5%，Ni 1.0%-1.5%，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的高铬铸铁轧辊，其特征在于，所述球墨铸铁由以下质量百分比的组分组成：C 3.0%-3.5%，Si 1.5%-1.9%，Cr 0.2%-0.5%，Mn 0.4%-1.0%，Mo 0.6%-1.0%。

4.根据权利要求1所述的高铬铸铁轧辊，其特征在于，所述工作层与所述中间层结合处的抗拉强度＞600MPa；所述中间层与所述芯层结合处的抗拉强度＞585MPa。

5.如权利要求1-4任意一项所述的高铬铸铁轧辊的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、热处理：将高铬铸铁轧辊铸坯冷却至室温后进行粗加工、淬火和二次回火处理以及精加工，得到高铬铸铁轧辊。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述S1中，还包括以下步骤：向工作层铁水中加入变质剂，在1600℃-1620℃变质处理，所述变质剂的加入量为所述工作层铁水质量的0.2%-0.5%。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述变质剂为硼粉和硅锆质量比1.2-2.5：0.8-2.5的混合物。

8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述S1中，工作层铁水、中间层铁水和芯层铁水的出炉温度均为1550-1600℃。

9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述S2中，工作层铁水浇注温度为1490-1510℃，中间层铁水浇注温度为1440-1460℃，芯层铁水的浇注温度为1390-1410℃。

10.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述S3中淬火温度为900-1050℃，二次回火温度为450-500℃。