專利名稱：導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金材料及其處理方法，特別是涉及一種導(dǎo)輥用鐵基高溫 合金材料及其制備方法。
二背景技術(shù)：
導(dǎo)輥是軋機的重要部件，用來輸送型材和線材使其順利的進入軋機。隨著 軋機軋制速度的提高，滑動導(dǎo)衛(wèi)(導(dǎo)輥)逐漸被滾動導(dǎo)衛(wèi)取代。因為工作環(huán)境 的復(fù)雜，導(dǎo)輥使用壽命短，導(dǎo)輥己成為高速線材軋機上的主要消耗部件。目前， 國內(nèi)外通常采用的導(dǎo)輥材料有三種，第一種是具有奧氏體組織的耐熱鋼；第二 種是具有馬氏體組織的耐磨鋼或耐磨鑄鐵；第三種是硬質(zhì)合金。奧氏體耐熱鋼 具有良好的高溫穩(wěn)定性及韌性，但耐磨性差、磨損快；而且奧氏體與線材(組 織為鐵素體或奧氏體)本身的相互粘附傾向性較大，易發(fā)生粘鋼。馬氏體組織 耐磨鋼和耐磨鑄鐵在室溫下具有良好的耐磨性，但隨著使用溫度的提高，馬氏 體發(fā)生回火，耐磨性會降低。硬質(zhì)合金導(dǎo)輥具有良好的耐磨性和高溫穩(wěn)定性， 但該導(dǎo)輥的沖擊韌性較差。
導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計的關(guān)鍵之一是高溫抗磨材料的選擇，傳統(tǒng)的導(dǎo)輥材料已經(jīng)不 能滿足目前導(dǎo)輥的高性能要求，發(fā)展新型的導(dǎo)輥材料是目前迫切需要解決的問 題。
鎳基高溫合金是隨著航空業(yè)對高溫材料不斷提高的要求發(fā)展起來的，主要 用在葉片材料等高溫部件。葉片的工作環(huán)境也很惡劣，高溫葉片不僅受高溫作用，而且受動靜載荷、熱疲勞、高頻振動、低周疲勞、氧化和高溫腐蝕的作用。 所以要求材料具有很高的高溫拉伸強度、持久強度性能及良好的抗蠕變能力。 根據(jù)鎳基高溫合金在航空業(yè)中的應(yīng)用，結(jié)合導(dǎo)輥的工作環(huán)境及其各方面的性能 要求，清華大學(xué)發(fā)明研制了一種導(dǎo)輥用的鎳基高溫合金材料及其熱處理工藝， 采用鎳基高溫合金材料制備的導(dǎo)輥，雖然具有良好的抗高溫氧化性能、抗熱沖 擊性能和高溫強度，其使用壽命相對于傳統(tǒng)導(dǎo)輥材料有所提高，但是成本較高。 為了降低導(dǎo)輥的生產(chǎn)成本，使生產(chǎn)的導(dǎo)輥壽命提高，并且具有良好的抗高 溫氧化性能、高溫強度、抗沖擊高溫韌性和抗高溫摩擦磨損。鄭州神牛鑄造有 限公司經(jīng)過長期的研究.，研制出一種導(dǎo)輥用的新型高溫合金材料及其熱處理工 藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料及其制備方 法。采用該發(fā)明技術(shù)制備的導(dǎo)輥成本低、使用壽命有了較大提高，并且具有良 好的抗高溫氧化性能、高溫強度、抗沖擊高溫韌性和抗高溫摩擦磨損。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是-
本發(fā)明提供一種導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料，以重量百分含量表示，所述導(dǎo)
輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成為C 1.0 1.5%, Mn 0.3 0.8%， Si 0.4
1.0%, Cr 18 24%， V0.25 0.5%， Mo 1.5 4.5%，稀土 0.01 0.05%， S^0.040/o，
PS0.04°/。，余量為Fe。
一種利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，該方法包括以下步驟: a、精密鑄造按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成
配制鐵基高溫合金材料，采用硅溶膠熔模精密鑄造工藝加工成導(dǎo)輥，精密鑄造過程中首先使用低溫蠟基模料做出導(dǎo)輥模型，釆用硅溶膠型殼工藝制成模型型 殼，在硅溶膠型殼工藝過程中，在導(dǎo)輥模型上涂抹硅溶膠層數(shù)為6 8層，蒸汽
脫蠟后得到導(dǎo)輥模型型殼，然后焙燒型殼，焙燒溫度為950 105(TC，保溫時間 為30 45分鐘，焙燒結(jié)束后將配制的鐵基高溫合金材料即鋼水倒入模型型殼內(nèi) 進行澆注，鋼水澆注溫度為1580 1620°C，模型型殼溫度為600 80(TC，澆注 后將精密鑄造成的導(dǎo)輥自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到導(dǎo)輥；
b、退火將步驟a加工成的導(dǎo)輥由室溫升溫至86(TC保溫110 130分鐘， 然后將溫度降至69(TC保溫80 100分鐘，再降至60(TC出爐，出爐后自然冷卻
至室溫；
C、粗加工采用常規(guī)刀具對導(dǎo)輥進行車削加工；
d、 淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至1060'C保溫40 60分鐘，然 后出爐以油作為冷卻介質(zhì)，冷卻至室溫；
e、 回火將經(jīng)過淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升溫至20(TC保溫110 130分鐘， 然后出爐自然冷卻至室溫；
f、 精加工將經(jīng)淬火、回火處理后的導(dǎo)輥用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)輥。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟a中經(jīng) 精密鑄造工藝加工成的導(dǎo)輥中各種化學(xué)成分的組成符合上述導(dǎo)輥用鐵基高溫合 金材料中的各種化學(xué)成分組成。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟a所述 焙燒型殼是采用柴油爐進行焙燒。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟b退火過程中由室溫升溫至86(TC是按照每小時升溫100 150t:的速度進行升溫；由 86(TC降至690"C和由690'C降至600'C是按照每小時降溫90 11(TC的速度進行降溫。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟d淬火 過程中由室溫升溫至106(TC是按照每小時升溫100 150'C的速度進行升溫。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟e回火 過程中由室溫升溫至200°C是按照每小時升溫100 120°C的速度進行升溫。
根據(jù)上述利用導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其中步驟e經(jīng)回 火處理后的導(dǎo)輥硬度HRC為55 60。
本發(fā)明的積極有益效果
1、 本發(fā)明材料設(shè)計以主導(dǎo)合金元素與輔助元素相結(jié)合的原則，立足國內(nèi)資 源，成功研制了一種無鎳型馬氏體耐熱耐磨鋼，即研制出一種導(dǎo)輥用的鐵基高 溫合金材料。本發(fā)明以較低的成本獲得具有優(yōu)良性能的鐵基高溫合金材料，可 以代替進口導(dǎo)輥，具有較好的社會經(jīng)濟效益。
2、 本發(fā)明制備的導(dǎo)輥的各項指標(biāo)完全能夠滿足導(dǎo)輥耐高溫、耐磨、抗熱沖 擊、熱疲勞等各項性能的要求(詳見表一)。
3、 采用本發(fā)明鐵基高溫合金材料制造的導(dǎo)輥成本低，經(jīng)用戶證明其使用 壽命比原來導(dǎo)輥的使用壽命提高4倍以上。
4、 本發(fā)明產(chǎn)品導(dǎo)輥在高溫下具有良好的抗氧化性能，即在850 95(TC下抗 氧化，輥面不脫皮，不變色；具有足夠的高溫強度，有較高的抗高溫蠕變強度 極限和持久強度，在95(TC 20(TC的溫度循環(huán)下，不產(chǎn)生熱疲勞裂紋；在高溫 狀態(tài)下組織溫度，有足夠的硬度，從而具有良好的抗高溫摩擦磨損(詳見表二和表三)；具有良好的抗沖擊高溫韌性(詳見表一)。
表一 本發(fā)明導(dǎo)輥的機械性能試驗報告
試樣編號抗拉強度(CIb) N/mm沖擊值(AfaO沖擊韌性(akn) J/m2
11460//
212.516.3
38.010.7
411.014.3
表二 本發(fā)明產(chǎn)品導(dǎo)輥抗氧化性能試驗報告
試驗氧化氧化前氧化后平均氧化
試樣試樣規(guī)格
溫度時間重量重量速度
編號(mm)
(。C)(h)(g)(g)(g/m2h)
19509.卯x49.35x29.61150跳640109.6510.0167
29509.66x50.57x30.03150111.256111.2920.0519
395010.03x49.78x30.01150113.642113.6650.0327
495010.46x49.90x29.98150115.824〗15.8430.0278
試驗說明抗氧化試驗按照GB/T13303-91進行，氧化前重量和氧化后重量均不包括 所用坩堝的重量。
表三本發(fā)明導(dǎo)輥的機械性能試驗報告
試樣編號硬度(HRC)備注
4-155.5 56.0 57.0ZG10Cr20Mo3VRe
4-256.5 56.5 57.0ZG10Cr20Mo3VRe
表一、表三中的檢測數(shù)據(jù)是由機械工業(yè)部鄭州機械研究所所作出的機械性 能試驗報告。
8具體實施例方式
以下實施例僅為了進一步說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。 實施例1
本發(fā)明導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成
C 1.0%， Mn 0.4%， Si 0.5%， Cr 18%， V 0.25%， Mo 2%，稀土 0.02%， S 0.03%， P0.02%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其詳細步驟如下
a、 精密鑄造按照上述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成配制鐵基高溫
合金材料，采用硅溶膠熔模精密鑄造工藝加工成導(dǎo)輥，精密鑄造過程中首先使 用低溫蠟基模料做出導(dǎo)輥模型，采用硅溶膠型殼工藝制成模型型殼，在硅溶膠
型殼工藝過程中，在導(dǎo)輥模型上涂抹硅溶膠層數(shù)為6 8層，蒸汽脫蠟后得到導(dǎo) 輥模型型殼，然后采用柴油爐焙燒型殼，焙燒溫度為IOO(TC,保溫時間為35分 鐘，焙燒結(jié)束后將配制的鐵基高溫合金材料即鋼水倒入模型型殼內(nèi)進行澆注， 鋼水澆注溫度為1600°C，模型型殼溫度為600 800'C，澆注后將精密鑄造成的 導(dǎo)輥自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到導(dǎo)輥，經(jīng)精密鑄造工藝加工成 的導(dǎo)輥中各種化學(xué)成分的組成符合上述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料中的各種化學(xué) 成分組成；
b、 退火將步驟a加工成的導(dǎo)輥由室溫升溫至860'C保溫120分鐘，然后 將溫度降至690。C保溫90分鐘，再降至60(TC出爐，出爐后自然冷卻至室溫； 退火過程中由室溫升溫至860。C是按照每小時升溫100 15(TC的速度進行升溫, 由860°C降至690"C和由690°C降至600°C是按照每小時降溫90 110°C的速度進 行降溫；C、粗加工采用常規(guī)刀具對導(dǎo)輥進行車削加工；
d、 淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至106(TC保溫50分鐘，然后出 爐以油作為冷卻介質(zhì)，冷卻至室溫；淬火過程中由室溫升溫至106(TC是按照每 小時升溫100 150'C的速度進行升溫；
e、 回火將經(jīng)過淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升溫至200'C保溫120分鐘，然后 出爐自然冷卻至室溫，經(jīng)回火處理后的導(dǎo)輥硬度HRC為55 60;回火過程中由 室溫升溫至20(TC是按照每小時升溫100 120。C的速度進行升溫；
f、 精加工將經(jīng)淬火、回火處理后的導(dǎo)輥用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)輥。
實施例2:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.1%， Mn 0.3%, Si 0.4%， Cr 200/0， V 0.3%, Mo 1.50/0，稀土 0.01%， S 0.04%, P0.03%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，與實施例一不同之處在于-
a、 精密鑄造焙燒溫度為1050°C，保溫時間為30分鐘，鋼水澆注溫度為 1580°C，模型型殼溫度為800。C;
b、 退火導(dǎo)輥由室溫升溫至86(TC保溫110分鐘，然后將溫度降至690°C 保溫100分鐘；退火過程中由室溫升溫至86(TC是按照每小時升溫12(TC的速度 進行升溫，由86(TC降至690"C和由69(TC降至600。C是按照每小時降溫IO(TC的 速度進行降溫；
d、 淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至106(TC保溫60分鐘；淬火過 程中由室溫升溫至106(TC是按照每小時升溫15(TC的速度進行升溫；
e、 回火將經(jīng)過淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升溫至20(TC保溫130分鐘；回火過程中由室溫升溫至200。C是按照每小時升溫ll(TC的速度進行升溫。
實施例3:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.2%， Mn 0.5%， Si 0.6%， Cr 19%， V 0.35%, Mo 3%，稀土 0.04%, S 0.01%, P0.04%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，與實施例一不同之處在于
a、 精密鑄造焙燒溫度為950°C，保溫時間為45分鐘，鋼水澆注溫度為 1620。C，模型型殼溫度為70(TC;
b、 退火導(dǎo)輥由室溫升溫至86(TC保溫130分鐘，然后將溫度降至69CTC 保溫80分鐘；退火過程中由室溫升溫至86(TC是按照每小時升溫150'C的速度 進行升溫，由86(TC降至6卯°0和由6卯t:降至600'C是按照每小時降溫9(TC的 速度進行降溫；
d、 淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至106(TC保溫40分鐘；淬火過 程中由室溫升溫至1060'C是按照每小時升溫13(TC的速度進行升溫；
e、 回火將經(jīng)過淬火處、理的導(dǎo)輥由室溫升溫至20(TC保溫IIO分鐘；回火 過程中由室溫升溫至20(TC是按照每小時升溫12(TC的速度進行升溫。
實施例4:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.3%， Mn 0.6%, Si 0.8%, Cr 21%, V 0.4%， Mo 3.5%，稀土 0.05%， S 0.01%， P 0.025%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，與實施例一不同之處在于-
a、 精密鑄造焙燒溫度為1020°C，保溫時間為40分鐘，鋼水澆注溫度為 1600°C，模型型殼溫度為600°C;
b、 退火導(dǎo)輥由室溫升溫至86(TC保溫120分鐘，然后將溫度降至6卯。C保溫90分鐘；退火過程中由室溫升溫至86(TC是按照每小時升溫IOO'C的速度 進行升溫，由86(TC降至69(TC和由69(TC降至60(TC是按照每小時降溫ll(TC的 速度進行降溫；
d、 淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至1060'C保溫50分鐘；淬火過 程中由室溫升溫至1060。C是按照每小時升溫IO(TC的速度進行升溫；
e、 回火將經(jīng)過淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升溫至20(TC保溫120分鐘；回火 過程中由室溫升溫至20(TC是按照每小時升溫10(TC的速度進行升溫。
實施例5:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.4%， Mn 0.8%, Si 1.0%， Cr 23%， V 0.5%， Mo 4%，稀土 0.03%, S 0.02%， P0.03%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法同實施例一。
實施例6:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.5%， Mn0.4%， Si 0.7%， Cr24%， V0.45%， Mo 4.5%,稀土 0.035%， S0.01%， P 0.025%，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法同實施例一。 實施例7:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.0%, Mn0.3%， Si0.40/0， Cr 18%， V 0.25o/o， Mo 1.5%，稀土 0.01%， S 0.01%， P0.010/o，余量為Fe。
利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法同實施例一。
實施例8:與實施例一基本相同，不同之處在于
C 1.5%， Mn 0.8%, Si 1.0%， Cr 24°/。， V 0.5%， Mo 4.5%，稀土 0.05%, S 0.04%， P0.04%，余量為Fe。
12利用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法同實施例一<
權(quán)利要求
1、一種導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料，其特征在于，以重量百分含量表示，所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成為C 1.0～1.5％，Mn 0.3～0.8％，Si 0.4～1.0％，Cr 18～24％，V 0.25～0.5％，Mo 1.5～4.5％，稀土0.01～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，余量為Fe。
2、 一種利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制備導(dǎo)輥的方法，其 特征在于，所述方法包括以下步驟 'a、 精密鑄造按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成 配制鐵基高溫合金材料，采用硅溶膠熔模精密鑄造工藝加工成導(dǎo)輥，精密鑄造 過程中首先使用低溫蠟基模料做出導(dǎo)輥模型，采用硅溶膠型殼工藝制成模型型殼，在硅溶膠型殼工藝過程中，在導(dǎo)輥模型上涂抹硅溶膠層數(shù)為6 8層，蒸汽 脫蠟后得到導(dǎo)輥模型型殼，然后焙燒型殼，焙燒溫度為950 105(TC，保溫時間 為30 45分鐘，焙燒結(jié)束后將配制的鐵基高溫合金材料即鋼水倒入模型型殼內(nèi) 進行澆注，鋼水澆注溫度為1580 1620°C，模型型殼溫度為600 80(TC，澆注后將精密鑄造成的導(dǎo)輥自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到導(dǎo)輥；b、 退火將步驟a加工成的導(dǎo)輥由室溫升溫至86(TC保溫110 130分鐘， 然后將溫度降至69(TC保溫80 100分鐘，再降至60(TC出爐，出爐后自然冷卻 至室溫；C、粗加工采用常規(guī)刀具對導(dǎo)輥進行車削加工；d、淬火將車削加工后的導(dǎo)輥由室溫升溫至106(TC保溫40 60分鐘，然 后出爐以油作為冷卻介質(zhì)，冷卻至室溫；e、 回火將經(jīng)過淬火處理的導(dǎo)輥由室溫升溫至20(TC保溫110 130分鐘， 然后出爐自然冷卻至室溫；f、 精加工將經(jīng)淬火、回火處理后的導(dǎo)輥用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)輥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟a中經(jīng)精密鑄造工藝加工成的導(dǎo)輥中各種化 學(xué)成分的組成符合權(quán)利要求1所述的導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料中的各種化學(xué)成 分組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟a所述焙燒型殼是采用柴油爐進行焙燒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟b退火過程中由室溫升溫至86(TC是按照每小 時升溫100 150。C的速度進行升溫；由86(TC降至6卯。C和由690。C降至600°C 是按照每小時降溫90 110°C的速度進行降溫。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟d淬火過程中由室溫升溫至106(TC是按照每 小時升溫100 150。C的速度進行升溫。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟e回火過程中由室溫升溫至20(TC是按照每小 時升溫100 12(TC的速度進行升溫。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用權(quán)利要求1所述導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料制 備導(dǎo)輥的方法，其特征在于步驟e經(jīng)回火處理后的導(dǎo)輥硬度HRC為55 60。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料及其制備方法。以重量百分含量表示，導(dǎo)輥用鐵基高溫合金材料的化學(xué)組成為C 1.0～1.5％，Mn 0.3～0.8％，Si 0.4～1.0％，Cr 18～24％，V 0.25～0.5％，Mo 1.5～4.5％，稀土0.01～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，余量為Fe。本發(fā)明以鐵基高溫合金材料為原料，采用硅溶膠熔模精密鑄造工藝加工成粗成品導(dǎo)輥，然后依次經(jīng)過退火、粗加工、淬火、回火和精加工，得到成品導(dǎo)輥。采用本發(fā)明技術(shù)制備的導(dǎo)輥成本低、使用壽命有了較大提高，并且具有良好的抗高溫氧化性能、高溫強度、抗沖擊高溫韌性和抗高溫摩擦磨損。
文檔編號C21D1/26GK101597715SQ20091006537
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者亢同忠, 姚萬林 申請人:鄭州神牛鑄造有限公司