專利名稱：高強(qiáng)度、高耐磨銅系多元合金球墨鑄鐵及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以銅為主導(dǎo)元素的多合金球墨鑄鐵材料及其在連續(xù)生產(chǎn)焊接鋼管方面的應(yīng)用。
目前，國(guó)內(nèi)焊管行業(yè)所用的冷軋輥大多選用GCr15.40NiCrMo、9SiCr 9Cv2Mo等軸承鋼或合金工具鋼，其傳統(tǒng)的工藝路線為鋼錠-鍛打-切割-粗鍛成型-退火-粗車-淬火+回火-精磨。此工藝不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且比較復(fù)雜，金屬利用率僅在40％左右。由于鋼種性質(zhì)的原因，使用中多掉塊、斷裂而報(bào)廢，可修復(fù)性差。
近年國(guó)內(nèi)外也選用較先進(jìn)的Cr12MoV的鋼種，(日本牌號(hào)為KD11)，該種高碳高合金冷用工具鋼的工藝過(guò)程與上述鋼種接近，但成本極高，以其制成的進(jìn)口軋輥價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)美元/T。
中國(guó)專利CN1060501A、CN1060502A公開了一種含Cr23～32％、Ni7～8％的高合金耐磨鋼及在冷輥上的應(yīng)用方法。該方法主要將原來(lái)的鍛造鋼坯改為鑄鋼，適當(dāng)降低了熱處理溫度，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)化，但它仍屬高合金鋼輥系列，除有較高成本外，在使用中曾發(fā)現(xiàn)對(duì)鋼管表面劃痕問題。
中國(guó)技術(shù)監(jiān)督局于1992年5月1日發(fā)布實(shí)施了“鑄鐵軋輥”技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1504-91)是以Ni-Cr-Mo為主要合金系列，其中也包括Cr-Mo-Xu合金系列，但Cu含量均在1％以下，而且此標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)熱軋輥的應(yīng)用條件而制定的。
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，及國(guó)內(nèi)合金球墨鑄鐵在冷軋輥方面的應(yīng)用空白，旨在提供一種以銅合金導(dǎo)元素的高強(qiáng)度耐磨球墨鑄鐵材料，以無(wú)限冷硬的鑄造方法制造適用于焊管機(jī)組的冷軋輥，并同時(shí)提供了一種上述冷軋輥的生產(chǎn)工藝。
根據(jù)球鐵合金化原理及實(shí)驗(yàn)證明，Cu元素對(duì)鑄鐵的影響與Ni元素相似，Cu元素不僅細(xì)化其晶團(tuán)組織，而且當(dāng)Cu≥1～1.2％以后，顯著提高共析產(chǎn)物彌散度，出現(xiàn)不溶于鐵素體的超顯微銅包合物，后者起自潤(rùn)滑作用。在特殊冷硬條件下，其冷硬組織由“貝氏體+馬氏體+萊氏體”構(gòu)成，比單一的滲碳體組織有較高的強(qiáng)度性能。
本發(fā)明球墨鑄鐵材料化學(xué)成份重量百分比為C2.9～3.5 Si0.6～1.8 Mn0.2～0.8 P≤0.15S≤0.03 Cu1.2～2.4 Cr0.4～1.2 Mo0.2～0.8Mg≤0.04 Re≤0.02余量為鐵。
上述材料成份應(yīng)用在某些規(guī)格冷軋輥時(shí)，銅含量亦可降低至0.6％。顯而易見，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都可在本發(fā)明材料的份范作適當(dāng)增減，而應(yīng)用于冷軋輥，比如用Ni部份或全部代替銅，或降低合金成份而增添少量W、V等合金元素，但它仍屬本發(fā)明范圍內(nèi)。
用本發(fā)明材料制造冷軋輥的工藝流程如附圖1。除了常規(guī)生產(chǎn)工藝操作技術(shù)外，本發(fā)明有以下特點(diǎn)(1)用特制含Cu＞35％的高含Cu稀土鎂硅鐵合金作球化劑。
(2)用0.2～0.3的硅鐵在澆注前加入包內(nèi)作浮硅瞬時(shí)孕育。
(3)軋輥工作面全部用仿形冷鐵，冷鐵厚度與軋輥厚度相等。冷型溫度50～100℃。
(4)澆注后20～40分內(nèi)根據(jù)軋輥重量松釋冷鐵模具。
(5)600℃以下上開箱，以防止400～500℃階段的回火脆性區(qū)。
(6)200～280℃低溫應(yīng)力退火，對(duì)某些硬度要求不同的軋輥型號(hào)通過(guò)提高退火溫度或“900℃正火+不同回火溫度”來(lái)解決。
本發(fā)明的鑄鐵材料冷硬組織硬度高達(dá)70～87HSD，基體強(qiáng)度6b450～670N/mm2，αk≥8.5j/cm2。這種材料輔以本發(fā)明工藝所生產(chǎn)出來(lái)的冷硬軋輥與GCr15在同等使用條件下對(duì)比，壽命提高1.5～3倍。金屬利用率提高30％，生產(chǎn)成本降低50％以上，由于銅包合物及球化石墨的自潤(rùn)滑作用，明顯提高了鋼管表面質(zhì)量且有可以修復(fù)性。
本發(fā)明材料亦可應(yīng)用于熱軋輥。


圖1是用本發(fā)明材料制造冷軋輥的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明材料冷硬組織石墨球形態(tài)?！?00未浸蝕。石墨球細(xì)小、圓整、均勻。
圖3是本發(fā)明材料×500倍3％硝酸、灑精浸蝕，冷硬組織金相圖，由“馬氏體+貝氏體+萊氏體+球狀石墨”組成。測(cè)出硬度為Rc62。
圖4是圖2的低倍組織(×100)萊氏體呈針狀物，垂直于輥身工作，有良好的耐磨性。
實(shí)施例配料廢鋼20％、10#生鐵25％、14#生鐵45％、球鐵回爐料10％。球化處理高含Cu稀土鎂硅鐵球化劑1.4％。孕育劑包底加0.3％澆注前加浮硅0.2％。
沖天爐熔化，合金配入Cu2.0％、加入包內(nèi)余量部分，Mo-Fe按成份0.3％配入，加在爐后(按燒損25％)，出鐵溫度1360℃球化后停留7分種，開澆溫度1320℃，澆注時(shí)間為30秒/580kg鐵水。開箱鑄件溫度650～700℃、280℃應(yīng)力退火。成品化學(xué)成份(重量百分比)C3.4 3％ Si1.72％ Mn0.61％ P0.08％ S0.012％Mg 0.035％Re0.025％ Cu1.92％ Mo0.27％ Cr0.82％。
冷硬層硬度Rc62、其金相組織見圖2、圖3。基體組織抗拉強(qiáng)度6b67kg/mm2、αk＝14j/cm2(取至45厚專用冷硬試樣)。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高耐磨球墨鑄鐵材料，其特征在于元素組成為C2.9～3.5 Si0.6～1.8 Mn0.2～0.8 P≤0.15S≤0.03Cu1.2～2.4 Cr0.4～1.2 Mo0.2～0.8Mg≤0.04 Re≤0.025余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵材料，其特征在于Cu元素可部分或全部由Ni元素代替。
3.一種上述球墨鑄鐵的冶煉方法，其特征在球化時(shí)以含Cu大于35％的高銅成分的稀土鎂硅鐵作球化劑。
4.一種上述球墨鑄鐵的用途，其特征在于將它用作制造焊接鋼管生產(chǎn)線所用的成套冷軋輥。
5.一種上述球墨鑄鐵材料制造冷輥輥的鑄造成型方法，其特征是冷軋輥工作面全部利用曲面仿形冷鐵成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、高耐磨銅素系列多元合金球墨鑄鐵及其應(yīng)用。本發(fā)明球墨鑄鐵材料將Cu含量提高至1.2～2.4％，顯著提高共析產(chǎn)物彌散度，出現(xiàn)不溶于鐵素體的超顯微銅包合物。同時(shí)在冶煉時(shí)以含Cu大于35％的高銅稀土鎂硅作球化劑。本發(fā)明材料可廣泛用于制冷軋輥，在制作冷軋輥時(shí)采用特殊的鑄型方法。本發(fā)明的冷軋輥較現(xiàn)有技術(shù)壽命提高1.5～3倍，金屬利用率提高30％，生產(chǎn)成本降低50％，且鋼管表面質(zhì)量好并可修復(fù)。
文檔編號(hào)C22C37/04GK1147022SQ9511377
公開日1997年4月9日 申請(qǐng)日期1995年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月21日
發(fā)明者黃仙一 申請(qǐng)人:黃仙一