專利名稱：大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種糧油機(jī)械用大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法，屬于輕 工機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為提高生產(chǎn)效率，糧油破碎機(jī)械用軋輥的尺寸越來越大，直徑達(dá)到800mm以 上。傳統(tǒng)的直徑在600mm以下的糧油破碎機(jī)械用軋輥外層主要為鉻鉬冷硬鑄鐵，采用 離心鑄造成型，顯微組織由骨架狀碳化物和珠光體組成。采用鉻鉬冷硬鑄鐵，離心鑄造 成型800mm以上軋輥時(shí)，由于軋輥尺寸大，液態(tài)金屬帶入的熱量多，凝固和冷卻過程產(chǎn) 生的鑄造應(yīng)力、相變應(yīng)力和熱應(yīng)力很大，從而引起裂紋和硬度不均勻，軋輥面硬度差超 過10HSD，造成成品率低，且耐磨性和韌性不高，使用過程中出現(xiàn)輥身表面剝落。國內(nèi) 外公開了一些用于熱軋鋼材的軋輥及其制造方法，如中國專利200710178689.7公開了一 種離心復(fù)合改進(jìn)型無限冷硬鑄鐵軋輥及其制備方法，其特征是軋輥外層化學(xué)成分是(重 量％) 3.2-3.8% C, 3.8-3.5% Ni, 1.2-1.8% Cr, 0.2-0.4% Mo, 0.2-0.5% Cu, 1.0-1.8% Si, < 0.8 % Mn, 0.10-0.30 % Nb, 0.05—0.20 % Ti, 0.04—0.07 % Mg, 0.02—0.05 % Y, 0.01-0.03% Sb,其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，為提高軋輥的熱疲勞性能和潤滑性 能，加入了較多的Si和球化元素Mg、Y形成球狀石墨；中國專利CN1598030公開了 改進(jìn)的鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵及復(fù)合軋輥，其特征是在含2.90-3.70% C，0.60-1.20% Si, 0.4-1.2% Mn, 3.01-5.00% Ni, 1.00-2.00% Cr, 0.20-0.60% Mo,余量為 Fe 組成的鎳鉻 鉬無限冷硬鑄鐵軋輥中，加入0.03-0.1% B和0.2-1.5% Nb，由于部分硼溶入基體后，增 大了基體的脆性。國外專利W096/39544公開了一種含Nb的無限冷硬鑄鐵軋輥，在含 2.5-4.0% C, 4.2-4.6% Ni, 0.3-0.5Mo%, 1.5-2.0% Cr, 0.7_1.2Si 和 0.7_1.0Mn 的無限冷 硬鑄鐵軋輥中，加入0.3-6.0%的Nb，來提高軋輥表面硬度和耐磨性，但對(duì)韌性改善不明 顯。糧油機(jī)械用大尺寸軋輥與熱軋鋼材軋輥的工作環(huán)境不同，對(duì)性能要求也不一樣，按 軋鋼軋輥的生產(chǎn)技術(shù)無法制造糧油機(jī)械用大尺寸軋輥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、無裂紋且硬度均勻的大尺寸高韌性 耐磨合金軋輥及其制造方法。其技術(shù)方案為一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥，由高韌性耐磨合金外層和高強(qiáng)度鑄鐵內(nèi)層 組成，其中外層的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳3.2-3.6，硅<1.0，錳0.8-2.0，硫 <0.05，磷 0.1-0.3，鉻 1.2-1.8，鎳 3.6-4.2，鉬 0.3-0.6，鈦<0.1，釩< 0.2，其余為鐵和 不可避免的雜質(zhì)，其特征在于軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中 奧氏體的體積分?jǐn)?shù)在10-35%之間。如權(quán)利要求1所述的大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，步驟依次是(1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鉬鐵、純鎳或鎳鐵按化學(xué)成分配料放入電爐中熔化，熔清后加入錳鐵，調(diào)整成分合格后，加入占鋼水質(zhì)量的0.10-0.20%的鋁脫氧后出 爐；(2)將出爐鋼水采用臥式離心機(jī)澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380°C ；(3)軋輥外層澆注完成后，離心機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表面溫度冷卻到 1170-1130°C時(shí)，澆注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1400-1350°C ；(4)冷卻；(5)將成型的合金軋輥經(jīng)機(jī)械加工制得成品；其特征在于步驟(4)中待軋輥在旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中冷卻到950_800°C，將軋輥從 模具中取出空冷至400-300°C，再放入保溫爐內(nèi)保持5-15小時(shí)，然后再取出空冷。其工作原理為本發(fā)明大尺寸軋輥的高韌性和高耐磨性是通過控制軋輥外層合金顯微組織來實(shí) 現(xiàn)的。通過選擇化學(xué)成分和優(yōu)化制造工藝參數(shù)獲得本發(fā)明規(guī)定比例的碳化物、下貝氏體 和奧氏體，其中的碳化物和下貝氏體保證合金層具有高的硬度和耐磨性，下貝氏體與馬 氏體、上貝氏體和珠光體相比本身就具有良好的強(qiáng)度和韌性，再與規(guī)定比例的韌性好的 奧氏體配合，進(jìn)一步保證了合金的高韌性。對(duì)本發(fā)明軋輥外層合金化學(xué)成分的選擇理由解釋如下碳碳是影響合金軋輥外層硬度和韌性的主要元素，其含量高時(shí)，組織中碳化 物數(shù)量多，基體硬度高，耐磨性好，但含量過高，碳化物數(shù)量過多，使韌性下降，使用 中易產(chǎn)生剝落，降低軋輥使用壽命，因此C含量以3.2-3.5%為宜。鎳在軋輥外層合金中加入鎳，穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性，抑制珠光體形成， 增加組織中奧氏體量，提高合金軋輥的韌性和硬度均勻性，防止冷卻過程中出現(xiàn)開裂。 但加入量過多，會(huì)降低軋輥外層的硬度和耐磨性，且增加軋輥的成本。因此，合適的Ni 加入量是3.6-4.2%。鉻在軋輥外層合金中加入的鉻，穩(wěn)定碳化物，阻礙碳化物的石墨化，從而提 高軋輥外層的硬度，提高耐磨性。但加入量過多，會(huì)增加碳化物的數(shù)量，增加軋輥外層 合金的脆性，制造和使用中易出現(xiàn)裂紋和剝落。因此，合適的鉻的加入量是1.2-1.8%。鉬在軋輥外層合金中加入少量鉬，可以改善淬透性，抑制珠光體形成，促進(jìn) 下貝氏體的形成。但鉬是價(jià)格昂貴的元素，加入量過多，將增加軋輥生產(chǎn)成本，合適的 鉬加入量是0.3-0.6%。錳在軋輥外層合金中加入錳，可以代替鎳穩(wěn)定奧氏體，提高淬透性，增加 組織中奧氏體的含量，降低成本，但Mn改善韌性方面不如鎳。合適的Mn加入量是 0.8-2.0%。硅硅是促進(jìn)石墨化元素，在軋輥外層合金中加入硅，易促進(jìn)石墨的析出，損 害軋輥的強(qiáng)度和韌性，其含量盡量降低。合適的硅含量是控制在1.0%以下。 釩和鈦釩和鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，形成的碳化物熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性好，在軋 輥外層合金中含有少量釩和鈦，可使凝固組織細(xì)化，有利于碳化物斷網(wǎng)，提高軋輥的強(qiáng) 度和韌性，改善軋輥耐磨性。但含量過多，碳化物量增加，損害軋輥外層合金的強(qiáng)度和 韌性。因此，合適的含量為鈦< 0.1%，釩<0.2%。磷可防止軋輥離心鑄造成型過程中的產(chǎn)生開裂，但降低軋輥外層合金的韌性。合適的磷的加入量為0.1-0.3%。硫促進(jìn)軋輥離心鑄造成型過程中的產(chǎn)生開裂，屬有害元素，其含量盡量降低。合適的S含量是控制在0.05%以下。本發(fā)明大尺寸高韌性耐磨軋輥的制造過程中，步驟(4)所述的冷卻方法是獲得 本發(fā)明規(guī)定的顯微組織、賦予軋輥外層合金高韌性、高耐磨性的關(guān)鍵。軋輥內(nèi)層澆注完 成后，冷卻到950-800°C時(shí)，將軋輥從模具中取出空冷的目的是抑制珠光體的形成，空 冷至400-300°C時(shí)放入保溫爐內(nèi)保持5-15小時(shí)的目的是獲得本發(fā)明規(guī)定比例的下貝氏體 和奧氏體，保證軋輥合金外層的韌性，同時(shí)還降低了軋輥凝固和冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng) 力，防止軋輥開裂。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是1、通過選擇化學(xué)成分和優(yōu)化制造工藝參數(shù)，克服了由于軋輥尺寸大，液態(tài)金屬 帶入的熱量多，導(dǎo)致凝固和冷卻過程產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力、相變應(yīng)力和熱應(yīng)力很大，從而引 起裂紋和硬度不均勻的缺點(diǎn)。2、采用本發(fā)明制造的高韌性耐磨合金軋輥的軋輥面硬度差小于5HSD，軋輥外 層合金的顯微組織由規(guī)定比例的碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，賦予軋輥外層合金高 韌性和高耐磨性，克服了制造過程中容易開裂和軋輥面硬度不均性以及在使用過程中出 現(xiàn)輥身表面剝落現(xiàn)象的缺點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 采用一臺(tái)2噸容量的中頻感應(yīng)電爐熔煉軋輥外層合金，軋輥外層合金的化學(xué)成 分見表1，利用沖天爐熔煉軋輥內(nèi)層高強(qiáng)度灰鑄鐵。合金軋輥的外徑800mm，合金軋輥 毛坯的總重量約3.5噸，其制造工藝步驟如下(1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鉬鐵、純鎳或鎳鐵按化學(xué)成分配料放入電爐中熔 化，熔清后加入錳鐵，調(diào)整成分合格后，加入占鋼水質(zhì)量的0.10%的鋁脫氧后出爐；(2)將出爐鋼水采用臥式離心機(jī)澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420°C ；(3)軋輥外層澆注完成后，離心機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表面溫度冷卻到1170°C 時(shí)，澆注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1400°C ；(4)軋輥內(nèi)層澆注完成后，冷卻到950°C時(shí)，將軋輥從模具中取出空冷至300°C 時(shí)放入保溫爐內(nèi)保持15小時(shí)，然后再取出空冷；(5)將成型的合金軋輥經(jīng)機(jī)械加工制得成品。表1軋輥外層合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))
權(quán)利要求
1.一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥，由高韌性耐磨合金外層和高強(qiáng)度鑄鐵內(nèi)層組 成，其中外層的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳3.2-3.6，硅<1.0，錳0.8-2.0，硫 <0.05，磷 0.1-0.3，鉻 1.2-1.8，鎳 3.6-4.2，銷 0.3-0.6，鈦< 0.1，釩< 0.2，其余為鐵和 不可避免的雜質(zhì)，其特征在于軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中 奧氏體的體積分?jǐn)?shù)在10-35%之間。
2.一種如權(quán)利要求1所述的大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，步驟依次是(1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鉬鐵、純鎳或鎳鐵按化學(xué)成分配料放入電爐中熔化， 熔清后加入錳鐵，調(diào)整成分合格后，加入占鋼水質(zhì)量的0.10-0.20%的鋁脫氧后出爐；(2)將出爐鋼水采用臥式離心機(jī)澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380°C；(3)軋輥外層澆注完成后，離心機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到內(nèi)表面溫度冷卻到1170-1130°C 時(shí)，澆注軋輥內(nèi)層，澆注溫度為1400-1350°C ；(4)冷卻；(5)將成型的合金軋輥經(jīng)機(jī)械加工制得成品；其特征在于步驟(4)中待軋輥在旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中冷卻到950-800°C，將軋輥從模具 中取出空冷至400-300°C，再放入保溫爐內(nèi)保持5-15小時(shí)，然后再取出空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法，軋輥由高韌性耐磨合金外層和高強(qiáng)度鑄鐵內(nèi)層組成，外層的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳3.2-3.6，硅＜1.0，錳0.8-2.0，硫＜0.05，磷0.1-0.3，鉻1.2-1.8，鎳3.6-4.2，鉬0.3-0.6，鈦＜0.1，釩＜0.2，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其特征在于軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分?jǐn)?shù)在10-35％之間。其制造方法包括以下步驟(1)電爐熔煉；(2)離心澆注軋輥外層，(3)離心澆注軋輥內(nèi)層；(4)內(nèi)層澆注完成后，冷卻到900-800℃時(shí)，將軋輥從模具中取出空冷至400-300℃時(shí)放入保溫爐內(nèi)保持5-15小時(shí)，然后再取出空冷；(5)將成型的合金軋輥經(jīng)機(jī)械加工制得成品。本發(fā)明不易開裂，軋輥面硬度均勻，性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)B22D19/16GK102019294SQ201010601310
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者周麗, 姜學(xué)波, 張偉, 張建忠, 殷鳳仕, 田麗倩, 薛冰 申請(qǐng)人:山東淄博金泰軋輥有限公司, 山東理工大學(xué)