專利名稱：一種原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冶金軋輥制造方法，特別涉及一種 原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵冶金設(shè)備中，軋輥使用非常廣泛，且更換頻繁、用量大。由于軋 輥工作條件非常嚴(yán)酷，需要長時(shí)間承受軋制型材高溫、熱沖擊和高速摩擦磨 損等因素的影響，所以用傳統(tǒng)的單一材料(如高鉻鑄鐵、球墨鑄鐵、高合金 高速鋼、硬質(zhì)合金材料等)所制成的軋輥經(jīng)常因磨損、粘鋼等原因失效。
高鉻鑄鐵其組織特點(diǎn)為馬氏體、奧氏體的基體上彌散分布M7C3型碳化 物，雖硬度高、耐磨性能好，但由于高鉻鑄鐵的韌性較低，且機(jī)加工性能差， 限制了其廣泛應(yīng)用；球墨鑄鐵的耐磨性和抗熱沖擊性能均較差，不能滿足4吏 用要求而被淘汰，但它的制造成本較低；高合金高速鋼是在普通高速鋼的基 礎(chǔ)上增加碳量，同時(shí)大量添加V和W，生成較高硬度V和W的碳化物，從而 獲得高的耐磨性； 高合金粉末冶金液相燒結(jié)法得到的硬質(zhì)合金材料軋輥，在國內(nèi)外已有大 量報(bào)道，由于合金成分在基體中分布的均勻性難以控制，以及表面活性齊IJ的 使用，使得材料組織中出現(xiàn)大量氣孔缺陷，同時(shí)硬質(zhì)合金只能制作較小的輥 環(huán)，且成本較高，限制了硬質(zhì)合金材料在軋輥方面的使用。為此，人們在復(fù) 合軋輥的制備方面進(jìn)行了許多研究，其中最多的是采用雙液澆注的方式進(jìn)行 制備復(fù)合軋輥，其工藝是在離心澆注時(shí)，先澆注第一種金屬液，在該金屬、液 降低到一定溫度時(shí)，再澆入第二種金屬液，從而得到表層為耐磨層，而芯部 為韌性較強(qiáng)的基體復(fù)合軋輥，該工藝的關(guān)鍵之處是控制好兩種金屬液的澆f主時(shí)間間隔。但在實(shí)際生產(chǎn)中存在兩個問題其一，兩種金屬液澆注的時(shí)間間 隔難以控制，間隔時(shí)間過短，兩種金屬液會混合在一起，得不到明顯的強(qiáng)化 層和基體層；間隔時(shí)間過長，強(qiáng)化層和基體層的界面結(jié)合差；其二，澆注前， 需要對離心機(jī)管模預(yù)熱，其預(yù)熱溫度難以量化，往往預(yù)熱不佳，當(dāng)?shù)谝粚咏?屬液澆注到離心機(jī)管模時(shí)，金屬液的凝固速度太快，導(dǎo)致強(qiáng)化層和基體層的 界面結(jié)合不好。這些問題的產(chǎn)生主要是由于實(shí)際操作的復(fù)雜性，工藝參數(shù)不 能量化，實(shí)際操作完全是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。如果要得到性能良好的復(fù)合層，必 須嚴(yán)格控制好離心機(jī)管模的預(yù)熱以及金屬液的澆注溫度、和時(shí)間間隔，但實(shí) 際操作過程的多樣性，這些條件無法量化，致使復(fù)合軋輥的質(zhì)量難以保證。 因此在復(fù)合軋輥的制備過程中，對工藝參數(shù)的量化操作是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種原位 熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法，該方法操作簡單，方便可4亍， 工藝參數(shù)可量化，只需澆注一種金屬液，即可得到耐磨層為高鉻鑄鐵或者硬 質(zhì)合金，輥芯部為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于， 包括下列步驟
第一步，將用高鉻合金粉或硬質(zhì)合金粉制備的合金粉芯焊絲繞制成一定 大小的圓盤；
第二步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁涂覆一層耐火涂料 第三步，將圓盤緊貼于奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁，每圈焊絲之間 緊密排列；
第四步，在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的外壁布置一組可產(chǎn)生電磁場的電 磁線圈，電磁線圈與離心機(jī)管模外壁的距離為15mm;第五步，開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1100轉(zhuǎn)/分鐘-1200轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn) 轉(zhuǎn)正常l分鐘后，開啟電磁場，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.03-0.20T的電磁場；繼 續(xù)空轉(zhuǎn)2 min-4min，將離心機(jī)管模和合金粉芯焊絲預(yù)熱到350°C-600°C;
第六步，在電磁場開啟和離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，澆注球墨鑄鐵基體金屬 液到離心機(jī)管模內(nèi)；澆注速度為5kg/秒 20kg/秒，球墨鑄鐵基體金屬液的 澆注量根據(jù)基體層厚度的要求確定；
第七步，澆注完畢，繼續(xù)施加電磁場2min-5min，使合金粉芯焊絲通過 電磁感應(yīng)和基體金屬液所攜帶的熱容量兩個熱源熔化；
第八步，關(guān)閉電磁場，讓熔覆層和基體金屬液從外開始降溫、凝固，原 位形成耐磨層，離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min后停止；
第九步，從離心機(jī)管模內(nèi)拔出鑄管，即得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥；
第十步，根據(jù)對芯部材質(zhì)的要求不同，進(jìn)行一定的熱處理，并結(jié)合機(jī)械 加工，即得到耐磨層為高鉻鑄鐵或硬質(zhì)合金，芯部為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了合金粉芯焊絲和奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的預(yù)熱、溫度 的量化操作，其量化指標(biāo)是通過電磁場的工藝試驗(yàn)確定下表是一組通過電 磁感應(yīng)加熱對奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模和合金粉芯焊絲預(yù)熱溫度的對應(yīng)關(guān)
系。測試條件為奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的外徑為215mm，壁厚為15mm， 電磁線圈與奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模外壁的距離為20mm，施加電磁場時(shí)間 為2min，合金粉芯焊絲的直徑為3.2mm，每圈焊絲間的中心距為3.5mm;
離心機(jī)轉(zhuǎn)速為noo轉(zhuǎn)/分鐘；
電磁感應(yīng)加熱對奧氏體不銹鋼管模2和合金粉芯焊絲1預(yù)熱溫度的對應(yīng)
關(guān)系
磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)0.030.060.090.120.150.18
預(yù)熱溫度rc)359387424447520575
62、 本發(fā)明的原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法只澆注 一種金屬液，避免了兩種金屬液澆注時(shí)的澆注溫度和澆注時(shí)間難以控制的問 題；
3、 本發(fā)明利用了合金粉芯焊絲的一定磁導(dǎo)率和電磁感應(yīng)加熱原理，可 對合金粉芯進(jìn)行預(yù)熱，避免了金屬液接觸到奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模內(nèi)壁時(shí) 的快速凝固，
4、 本發(fā)明在澆注完金屬液后，繼續(xù)施加一段時(shí)間的電磁場，確保了合 金粉芯焊絲的原位熔覆，同時(shí)利用了電磁場的集膚效應(yīng)，將耐磨層的晶粒細(xì) 化，利于耐磨層的性能發(fā)揮；確保了復(fù)合軋輥的界面結(jié)合，克服了雙液澆注 時(shí)工藝控制難的問題，工藝的可操作性強(qiáng)。


圖1是合金粉芯焊絲繞制的直徑為131-325mm的圓盤； 圖2是離心澆注前，合金粉絲圓盤在離心機(jī)管模內(nèi)的布置； 圖3是鑄態(tài)的復(fù)合軋輥。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法，其原理是4各 由合金粉制備的合金粉芯焊絲緊貼奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁布置，在 離心機(jī)管模的外壁施加一組電磁線圈，由于合金粉芯焊絲具有一定的磁導(dǎo) 率，且合金粉芯焊絲和奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的磁導(dǎo)率不同，故電磁感應(yīng) 加熱對合金粉芯的加熱程度大于對奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的加熱程度，同
樣情況下，前者的預(yù)熱溫度要高于后者的預(yù)熱溫度，這既確保了合金粉^:、在 隨后的澆注過程中熔化，又避免了離心機(jī)管模的預(yù)熱不好，導(dǎo)致金屬液在澆 注時(shí)的快速凝固。合金粉芯熔化后的熔體，在離心力的作用下，向外圍分布， 當(dāng)停止施加電磁場后，熔體層由外及內(nèi)冷卻、原位凝固，得到與基體達(dá)歪ip臺金結(jié)合的耐磨層。
離心機(jī)管模外殼采用奧氏體不銹鋼材質(zhì)制作，內(nèi)部涂覆一層耐火涂料。 以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，需要說明的是，這些實(shí)施例是本發(fā)明較優(yōu) 的例子，主要用于理解本發(fā)明，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。 實(shí)施例l:制備原位熔覆硬質(zhì)合金耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥
技術(shù)要求合金粉芯焊絲1的直徑3.211 11;復(fù)合軋輥長度為lm;其外徑 為192mm;內(nèi)徑為162mm;耐磨層4厚度為3.5mm;合金粉芯焊絲l中合金粉 化學(xué)成分為(wt。/。) Cr:12.0， B:3.0， Si:3.0， C:0.6， Fe^3.8， WC (W2C): 25.0, Ni:余量。
第一步采用上述成分制備的直徑為3.2111111的合金粉芯焊絲1，繞制成 直徑為190mm的圓盤(見圖l);
第二步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁涂覆一層耐火涂料；
第三步將合金粉芯焊絲1制成的圓盤緊貼奧氏體不銹鋼離心機(jī)管豐莫2 的內(nèi)壁，奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2的內(nèi)徑為192mm,硬質(zhì)合金粉芯焊絲l 每圈之間緊密排列(見圖2);
第四步在離心機(jī)管模2的外壁布置一組產(chǎn)生電磁場的電磁線圈3，電磁 線圈3與奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2外壁的距離為15mm;
第五步開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)正常后lmin， 開啟電磁線圈3，產(chǎn)生的電磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.06T;空轉(zhuǎn)2min，將合金粉 芯焯絲預(yù)熱到350。C 40(TC;
第六步在電磁場開啟的狀態(tài)下，澆注球墨鑄鐵基體金屬液到離心豐幾管
模2內(nèi)；球墨鑄鐵基體金屬液的澆注溫度130(TC-133(rC之間，澆注速度為 5.0kg/s:澆注量為70kg;
第七步澆注完畢，繼續(xù)施加電磁場2min;使合金粉芯焊絲l通過電磁
感應(yīng)和基體金屬液所攜帶的熱容量兩個熱源熔化，原位生成耐磨層4;第八步關(guān)閉電磁線圈3，離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min后停止； 第九步從離心機(jī)管模2內(nèi)拔出鑄管，即可得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥(圖3); 第十步進(jìn)行熱處理，結(jié)合機(jī)械加工，即可得到耐磨層4為硬質(zhì)合金， 輥芯5為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
實(shí)施例2:制備原位熔覆高鉻鑄鐵強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥-
技術(shù)要求合金粉芯焊絲1的直徑3.2111111;復(fù)合軋輥長度為lm;其外徑 為245mm;內(nèi)徑為185mm;耐磨層4厚度為4mm;合金粉芯焊絲l中合金粉 化學(xué)成分為(wt.%) : Cr:27.21， C:3.20， Si:1.44， Mn:0.12， PSO細(xì)，S^0.016， 余量Fe。
第一步采用上述化學(xué)成分制備的直徑為3.2!!1111合金粉芯焊絲1，繞制
成直徑為243mm的圓盤(圖l);
第二步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁涂覆一層耐火涂料； 第三步將合金粉芯焊絲1制成的圓盤緊貼奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2
的內(nèi)壁，離心機(jī)管模2的內(nèi)徑為245mm，合金粉芯焊絲l每圈之間緊密排歹!j(圖
2);
第四步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2的外壁布置一組產(chǎn)生電磁場的電 磁線圈3，電磁線圈3與離心機(jī)管模2外壁的距離為15mm;
第五步開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1150轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)正常后lmin， 開啟電磁線圈3，產(chǎn)生的電磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.12T;空轉(zhuǎn)2min，將合金粉 芯焊絲預(yù)熱到400。C 45(TC;
第六步在電磁場開啟的狀態(tài)下，澆注球墨鑄鐵基體金屬液到離心豐幾管
模2內(nèi)；澆注溫度135(TC-137(TC之間，澆注速度為5.6kg/s:澆注量為170kg;
第七步澆注完畢，繼續(xù)施加電磁場3min，使合金粉芯焊絲l通過電磁 感應(yīng)和基體金屬液所攜帶的熱容量兩個熱源熔化，原位生成耐磨層4;
第八步關(guān)閉電磁線圈3，離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min后停止；第九步從離心機(jī)管模2內(nèi)拔出鑄管，即可得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥(圖3); 第十步進(jìn)行熱處理，結(jié)合機(jī)械加工，即可得到耐磨層4為高鉻鑄鐵， 輥芯5為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
實(shí)施例3:制備原位熔覆高鉻鑄鐵強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥
技術(shù)要求合金粉芯焊絲l的直徑5.0mm;復(fù)合軋輥長度為lm;其外徑 為325mm;內(nèi)徑為245mm;耐磨層4厚度為5mm;合金粉芯焊絲l中合金粉 化學(xué)成分為(wt.%): Cr:27.21， C:3.20， Si:1.44， Mn:0.12， PSO駕，S<0.016， 余量Fe。
第一步采用上述化學(xué)成分制備的直徑為5.0mm合金粉芯焊絲l，繞制 成直徑為323mm的圓盤(圖l);
第二步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁涂覆一層耐火涂料；
第三步將合金粉芯焊絲1制成的圓盤緊貼奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2 的內(nèi)壁，奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2的內(nèi)徑為325mm，合金粉芯焊絲l每圈之 間緊密排列(圖2);
第四步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模2的外壁布置一組產(chǎn)生電磁場的電 磁線圈3 ，電磁線圈3與離心機(jī)管模2外壁的距離為15mm;
第五步開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1100轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)正常后lmin， 開啟電磁線圈3，產(chǎn)生的電磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.15T;空轉(zhuǎn)2min;將合金粉 芯焊絲預(yù)熱到500-550。C;
第六步在電磁場開啟的狀態(tài)下，澆注球墨鑄鐵基體金屬液到離心禾幾管
模2內(nèi)；澆注溫度1380'C-142(TC之間，澆注速度為7.8kg/s:澆注量為230kg; 第七步澆注完畢，繼續(xù)施加電磁場4min，使合金粉芯焊絲l通過電磁
感應(yīng)和基體金屬液所攜帶的熱容量兩個熱源熔化，原位生成耐磨層4; 第八步關(guān)閉電磁線圈3，離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min后停止； 第九步從離心機(jī)管模2內(nèi)拔出鑄管，即可得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥(圖3);第十步進(jìn)行熱處理，結(jié)合機(jī)械加工，即可得到耐磨層4為高鉻鑄鐵， 輥芯5為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
權(quán)利要求
1、一種原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法，其特征在于，包括下列步驟第一步，將用高鉻合金粉或硬質(zhì)合金粉制備的合金粉芯焊絲繞制成一定大小的圓盤；第二步在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁涂覆一層耐火涂料；第三步，將圓盤緊貼于奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的內(nèi)壁，每圈焊絲之間緊密排列；第四步，在奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模的外壁布置一組可產(chǎn)生電磁場的電磁線圈，電磁線圈與離心機(jī)管模外壁的距離為15mm；第五步，開啟離心機(jī)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1100轉(zhuǎn)/分鐘-1200轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)正常1分鐘后，開啟電磁場，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.03-0.20T的電磁場；繼續(xù)空轉(zhuǎn)2min-4min，將離心機(jī)管模和合金粉芯焊絲預(yù)熱到350℃-600℃；第六步，在電磁場開啟和離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，澆注球墨鑄鐵基體金屬液到離心機(jī)管模內(nèi)；澆注速度為5kg/秒-20kg/秒，球墨鑄鐵基體金屬液的澆注量根據(jù)基體層厚度的要求確定；第七步，澆注完畢，繼續(xù)施加電磁場2min～5min，使合金粉芯焊絲通過電磁感應(yīng)和基體金屬液所攜帶的熱容量兩個熱源熔化；第八步，關(guān)閉電磁場，讓熔覆層和基體金屬液從外開始降溫、凝固，原位形成耐磨層，離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min后停止；第九步，從離心機(jī)管模內(nèi)拔出鑄管，即得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥；第十步，根據(jù)對芯部材質(zhì)的要求不同，進(jìn)行一定的熱處理，并結(jié)合機(jī)械加工，即得到耐磨層為高鉻鑄鐵或硬質(zhì)合金，芯部為球墨鑄鐵的復(fù)合軋輥。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯焊絲的直 徑為3mm-5mm。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的圓盤直徑比所需軋 輥直徑小2mm。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的耐磨層厚度為3mm 6mm;軋輥的外徑在135mm 325mm之間變化。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的球墨鑄鐵基體液的 澆注溫度為1400。C-152(TC之間，所述的離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1100轉(zhuǎn)/分鐘 1200轉(zhuǎn)/分鐘。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯焊絲具有 一定的磁導(dǎo)率。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的離心機(jī)管模外殼采 用奧氏體不銹鋼材質(zhì)制作，內(nèi)部涂覆一層耐火涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原位熔覆耐磨層強(qiáng)化球墨鑄鐵復(fù)合軋輥的制備方法，該方法首先將直徑為3-5mm的合金粉芯焊絲繞制成一定大小的圓盤；然后將其緊貼奧氏體不銹鋼離心機(jī)管模內(nèi)壁布置，在離心機(jī)管模的外壁施加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.03-0.20T的電磁場；利用感應(yīng)加熱原理，將離心機(jī)管模和合金粉芯焊絲預(yù)熱到350℃-600℃；隨后將基體金屬液澆注到離心機(jī)的管模內(nèi)，在熔體的熱容量和電磁加熱的共同作用下，將合金粉芯焊絲熔化后，停止施加電磁場，原位凝固得到鑄態(tài)的復(fù)合軋輥，并結(jié)合一定的熱處理和機(jī)械加工工藝，得到芯部為球墨鑄鐵、表層為高鉻鑄鐵或者硬質(zhì)合金的復(fù)合軋輥。本發(fā)明確保了復(fù)合軋輥的界面結(jié)合，克服了雙液離心澆注復(fù)合軋輥時(shí)工藝控制難的問題，方法的可操作性強(qiáng)。
文檔編號B22D13/02GK101670426SQ20091002436
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者吳天棟, 宏 武, 牛立斌, 許云華 申請人:西安建筑科技大學(xué)