本發(fā)明涉及生產(chǎn)輥環(huán)產(chǎn)品時加入金屬基顆粒復(fù)合材料的離心澆注方法，屬于金屬材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的嚴(yán)重過剩，各大鋼廠對節(jié)能降耗更加地重視，對輥環(huán)產(chǎn)品的耐磨性、抗事故性能提出了越來越高的要求，同時對輥環(huán)使用表面質(zhì)量有了更高的要求。
目前，輥環(huán)產(chǎn)品的主要是高碳半鋼離心復(fù)合輥環(huán)，耐磨性能較差，使用下機(jī)表面質(zhì)量粗糙，對軋材的表面質(zhì)量影響較大，而抗事故性能也存在一定的缺陷，尤其是用到中后期出現(xiàn)的裂紋、剝落甚至斷裂情況也時有發(fā)生，在長時間軋制后輥面溫度提高，軋輥的硬度下降，磨損較大，并且隨著使用層厚度的減小，硬度落差會隨之降低。同時，現(xiàn)有市面上的輥環(huán)產(chǎn)品一般主要依靠基體中析出的碳化物來進(jìn)行磨損，耐磨性較差，在使用過程中磨損量相對較大，造成輥環(huán)產(chǎn)品使用壽命不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種離心澆注耐磨輥環(huán)及制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種離心澆注耐磨輥環(huán)，包括石墨鋼材質(zhì)的芯部，其特征在于：包括加入金屬基顆粒復(fù)合材料的半鋼材質(zhì)的工作外層，
工作層各合金成分及重量百分含量為C 1.50～2.30，Si 0.20～1.00，Mn 0.20～1.00,Ni 0.20～1.20,Cr 2.00～5.00，Mo 0.20～1.00,P≤0.03％，S≤0.03％，V 0.20～0.6％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.00～1.80％，Si 1.20～1.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，包括以下工藝步驟：
a)冶煉：在中頻電爐內(nèi)分別熔煉內(nèi)、外層鐵水，在出電爐前向外層鐵水中加入金屬基顆粒復(fù)合材料并控溫攪拌均勻，在內(nèi)層鐵水出電爐前進(jìn)行球化變質(zhì)處理；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)；外層鐵水凝固后，將內(nèi)層鐵水澆注到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，在離心狀態(tài)下凝固得到輥環(huán)毛坯；
c)熱處理：將合格的輥環(huán)毛坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火后隨爐冷卻，進(jìn)行預(yù)加工，再次正火、回火處理后冷卻；
d)最終處理：將熱處理完成后的輥環(huán)按尺寸進(jìn)行精加工，制成輥環(huán)，并進(jìn)行UT、硬度和金相檢測，達(dá)標(biāo)后入庫。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟a)中金屬基顆粒復(fù)合材料在加入外層鐵水之前要進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理的溫度為450～500℃。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟a)中金屬基顆粒復(fù)合材料的加入時間為出爐前的5～10分鐘。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟a)中金屬基顆粒復(fù)合材料是TiC和WC的復(fù)合材料。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述金屬基顆粒復(fù)合材料的密度是7.0～7.5g/cm3，粒度為1～3mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的5％～7％。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟b)中加入金屬基顆粒復(fù)合材料后控制的溫度為1550～1580℃，攪拌的速度為40～60轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟b)中加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水的離心轉(zhuǎn)速為300～400轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟c)中熱處理時間為120～160h，正火溫度為900～1000℃，回火溫度為500～600℃，回火后冷卻溫度為100～110℃。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：
本發(fā)明采用將金屬基顆粒復(fù)合材料直接電爐內(nèi)鐵水中，送電攪拌均勻后，控制適當(dāng)?shù)臅r機(jī)澆入在離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的模具中，采用離心方式鑄造出含有金屬基顆粒復(fù)合材料的耐磨輥環(huán)產(chǎn)品，通過本發(fā)明的制備方法得到的輥環(huán)耐磨性能提升了1.5倍左右。
本發(fā)明在冶煉階段在出電爐前通過在外層鐵水中主動加入耐磨性極高的金屬基顆粒復(fù)合材料，在輥環(huán)使用過程中主要依靠分解后的耐磨顆粒進(jìn)行磨損，使輥環(huán)產(chǎn)品具有更優(yōu)良的使用性能，添加的耐磨性極高的金屬基顆粒復(fù)合材料包含有TiC、WC，其相對密度比外層鐵水的密度大，使得復(fù)合材料能夠在外層鐵水中均勻分布；同時，在加入到離心機(jī)的型腔后在離心機(jī)轉(zhuǎn)動下，各個耐磨顆粒能夠很好分布在外層的工作層，在輥環(huán)使用過程中主要依靠分解后的耐磨顆粒進(jìn)行磨損，使輥環(huán)產(chǎn)品具有更優(yōu)良的使用性能。
本發(fā)明在冶煉過程中向外層鐵水加入的金屬基顆粒復(fù)合材料是事先經(jīng)過預(yù)熱處理的，通過對金屬基顆粒復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度一般采用450～500℃，提高金屬基顆粒復(fù)合材料與鋼水基體的潤濕性。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
一種離心澆注耐磨輥環(huán)，包括石墨鋼材質(zhì)的芯部，包括加入金屬基顆粒復(fù)合材料的半鋼材質(zhì)的工作外層，
工作層各合金成分及重量百分含量為C 1.50～2.30，Si 0.20～1.00，Mn 0.20～1.00,Ni 0.20～1.20,Cr 2.00～5.00，Mo 0.20～1.00,P≤0.03％，S≤0.03％，V 0.20～0.6％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.00～1.80％，Si 1.20～1.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，包括以下工藝步驟：
a)冶煉：在中頻電爐內(nèi)分別熔煉內(nèi)、外層鐵水，在出電爐前5～10分鐘向外層鐵水中加入預(yù)熱處理后的金屬基顆粒復(fù)合材料，該金屬基顆粒復(fù)合材料為TiC和WC的合金復(fù)合材料，其密度是7.0～7.5g/cm3，粒度為1～3mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的5％～7％，預(yù)熱處理的溫度為450～500℃；然后控制溫度為1550～1580℃，電磁攪拌速度為40～60轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌均勻，在內(nèi)層鐵水出電爐前進(jìn)行球化變質(zhì)處理；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為300～400轉(zhuǎn)/分鐘；當(dāng)外層鐵水到達(dá)一定的厚度凝固后，將內(nèi)層鐵水澆注到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，在離心狀態(tài)下凝固得到輥環(huán)毛坯；
c)熱處理：將合格的輥環(huán)毛坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，熱處理時間為120～160h，保溫結(jié)束后隨爐冷卻，進(jìn)行預(yù)加工，再次正火、回火處理后冷卻至100～110℃，正火溫度為900～1000℃，回火溫度為500～600℃；
d)最終處理：將熱處理完成后的輥環(huán)按尺寸進(jìn)行精加工，制成輥環(huán)，并進(jìn)行UT、硬度和金相檢測，達(dá)標(biāo)后入庫。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
實(shí)施例1、
一種離心澆注耐磨輥環(huán)，工作層各合金成分及重量百分含量為C 1.50，Si 0.20，Mn 0.60,Ni 0.80,Cr 2.00，Mo 0.65,P 0.01％，S 0.02％，V 0.20％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.00％，Si 1.90％，Mn 0.65％，P 0.02％，S 0.01％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，包括以下工藝步驟：
a)冶煉：在中頻電爐內(nèi)分別熔煉內(nèi)、外層鐵水，在出電爐前5分鐘向外層鐵水中加入預(yù)熱處理后的金屬基顆粒復(fù)合材料，該金屬基顆粒復(fù)合材料為TiC和WC的復(fù)合材料，其密度是7.0g/cm3，粒度為1mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的5％，預(yù)熱處理的溫度為450℃；然后控制溫度為1550℃，電磁攪拌速度為40轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌均勻，在內(nèi)層鐵水出電爐前進(jìn)行球化變質(zhì)處理；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘；當(dāng)外層鐵水凝固到達(dá)一定的厚度時，將內(nèi)層鐵水澆注到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，在離心狀態(tài)下凝固得到輥環(huán)毛坯；
c)熱處理：將合格的輥環(huán)毛坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，熱處理時間為120h，保溫結(jié)束后隨爐冷卻，進(jìn)行預(yù)加工，再次正火、回火處理后冷卻至100℃，正火溫度為900℃，回火溫度為500℃；
d)最終處理：將熱處理完成后的輥環(huán)按尺寸進(jìn)行精加工，制成輥環(huán)，并進(jìn)行UT、硬度和金相檢測，達(dá)標(biāo)后入庫。
實(shí)施例2、
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同在于：
工作層各合金成分及重量百分含量為C 1.90，Si 0.80，Mn 0.20,Ni 1.20,Cr 2.90，Mo 0.95,P 0.03％，S 0.03％，V 0.60％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.80％，Si 1.80％，Mn 1.00％，P 0.01％，S 0.01％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，與實(shí)施例1的不同之處在于：
a)冶煉：在出電爐前8分鐘向外層鐵水中加入預(yù)熱處理后的金屬基顆粒復(fù)合材料，該金屬基顆粒復(fù)合材料的密度是7.2g/cm3，粒度為2.5mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的8％，預(yù)熱處理的溫度為500℃；然后控制溫度為1580℃，電磁攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘；
c)熱處理：熱處理時間為145h，正火溫度為980℃，回火溫度為580℃，回火后冷卻溫度至110℃。
實(shí)施例3、
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同在于：
工作層各合金成分及重量百分含量為C 2.30，Si 1.00，Mn 1.00,Ni 0.20,Cr 5.00，Mo 1.00,P 0.03％，S 0.03％，V 0.60％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.50％，Si 1.20％，Mn 0.78％，P 0.02％，S 0.02％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，與實(shí)施例1的不同之處在于：
a)冶煉：在出電爐前10分鐘向外層鐵水中加入預(yù)熱處理后的金屬基顆粒復(fù)合材料，該金屬基顆粒復(fù)合材料的密度是7.5g/cm3，粒度為3.0mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的7％，預(yù)熱處理的溫度為480℃；然后控制溫度為1565℃，電磁攪拌速度為60轉(zhuǎn)/分鐘；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘；
c)熱處理：熱處理時間為145h，正火溫度為1000℃，回火溫度為600℃，回火后冷卻溫度至105℃。
實(shí)施例4、
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同在于：
工作層各合金成分及重量百分含量為C 2.00，Si 0.80，Mn 0.80,Ni 0.50,Cr 4.00，Mo 0.90,P 0.01％，S 0.01％，V 0.50％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
芯部各合金成分及重量百分含量為C 1.75％，Si 1.75％，Mn 1.00％，P 0.03％，S 0.03％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種離心澆注耐磨輥環(huán)的制備方法，與實(shí)施例1的不同之處在于：
a)冶煉：在出電爐前9分鐘向外層鐵水中加入預(yù)熱處理后的金屬基顆粒復(fù)合材料，該金屬基顆粒復(fù)合材料的密度是7.3g/cm3，粒度為2.5mm，加入金屬基顆粒復(fù)合材料的質(zhì)量是外層鐵水質(zhì)量的5％，預(yù)熱處理的溫度為500℃；然后控制溫度為1570℃，電磁攪拌速度為55轉(zhuǎn)/分鐘；
b)離心澆注：將加入金屬基顆粒復(fù)合材料的外層鐵水澆入至高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為380轉(zhuǎn)/分鐘；
c)熱處理：熱處理時間為140h，正火溫度為950℃，回火溫度為560℃，回火后冷卻溫度至100℃。