專利名稱：多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)及基制造方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。
輥環(huán)是軋鋼行業(yè)的主要易損件之一，我國(guó)目前年耗輥環(huán)數(shù)萬噸。隨著我國(guó)軋鋼工業(yè)的發(fā)展，對(duì)輥環(huán)在數(shù)量和質(zhì)量上的要求都在逐年提高，為了保證輥環(huán)的使用要求，輥環(huán)的制造在材質(zhì)和工藝方法等方面都在逐年創(chuàng)新。合金化是保證和提高輥環(huán)性能的基本手段和有效措施。近年來，世界各國(guó)在輥環(huán)合金化過程中做了大量工作，開發(fā)了許多新產(chǎn)品。目前鑄鐵輥環(huán)合金化主要使用鎳、鉻、鉬、釩、鈦、銅、鈮等，其中最常用的是鎳、鉻、鉬合金。我國(guó)鑄鐵輥環(huán)年消耗量2萬噸以上，每年將消耗大量的合金資源。而我國(guó)鎳、鉻、鉬合金資源比較短缺，價(jià)格日趨高漲，使輥環(huán)成本逐年上升。為了保證輥使用要求，降低生產(chǎn)成本，解決合金資源短缺，開發(fā)新的輥環(huán)合金化渠道是一項(xiàng)迫切的任務(wù)。
我國(guó)是世界上鎢資源最豐富的國(guó)家，儲(chǔ)量居世界之首，鎢精礦產(chǎn)量列世界第一。多年來，鎢在煉鋼行業(yè)和硬質(zhì)合金行業(yè)獲得了較廣泛的應(yīng)用，但在鑄鐵行業(yè)應(yīng)用較少。至今，我國(guó)的鎢產(chǎn)品主要以鎢精礦、仲鎢酸銨、氧化鎢、鎢鐵等原料及鎢的初級(jí)產(chǎn)品形式出口，這對(duì)我國(guó)鎢資源是極大的浪費(fèi)。開發(fā)高性能的多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)產(chǎn)品，對(duì)于充分利用我國(guó)豐富的鎢資源，解決鎳、鉻、鉬合金資源短缺問題，將具有重要的意義。高性能的多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)既可滿足國(guó)內(nèi)的需要，在國(guó)際市場(chǎng)上也將具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。
本發(fā)明的目的是給出一種多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)及其制造方法，該輥環(huán)采用多元鎢合金鑄鐵并通過離心鑄造方法生產(chǎn)，輥環(huán)毛坯經(jīng)軟化退火處理后具有很好的加工性能，加工后的輥環(huán)經(jīng)淬火和回火處理后，具有輥面硬度高、硬度均勻性好、淬硬層深、耐磨性好和抗粘鋼性能好等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的鎢合金鑄鐵輥環(huán)的化學(xué)成分如下(重量％)C 2.5～3.5Si0.5～1.5
Mn0.5～i.2 W3.5～10.0RE0.05～0.20 K0.03～0.20Na0.08～0.25 Cr0.8～1.5Mo0.1～1.0 Ni0.5～1.2Cu0.1～1.0 S＜0.05P＜0.05 Cr+Mo+Ni+Cu2.5～3.5其余為Fe。
制造輥環(huán)的工藝是按照上述所給出的材料含量范圍內(nèi)進(jìn)行配料→冶煉→在離心鑄造機(jī)上鑄造→軟化退火→粗加工→淬火→回火→精加工→檢驗(yàn)→包裝→入庫。
本發(fā)明的鎢合金鑄鐵輥環(huán)可用電爐生產(chǎn)，其生產(chǎn)方法為①將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵、碳素鉻鐵、鉬鐵、鎳板和銅板按上述成分要求混合放入爐中加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升至1520～1580℃，加入占鐵水重量0.2～0.5％的鋁作脫氧劑，而后出爐；③將含鉀、鈉的變質(zhì)劑、稀土硅鐵破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)250℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④鑄型選用金屬型，用離心鑄造方法澆鑄，將符合上述成分要求的鐵水澆入經(jīng)200～260℃預(yù)熱的鑄型中，離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)550～650rpm，澆鑄溫度1350～1450℃；⑤鐵水澆鑄完后，使鑄型在此轉(zhuǎn)數(shù)下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)3～6min，然后緩慢降低轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)輥環(huán)完全凝固后停機(jī)，輥環(huán)在鑄型內(nèi)冷卻20～60min后取出，可直接入退火爐進(jìn)行軟化退火處理；⑥輥環(huán)經(jīng)軟化退火處理后進(jìn)行粗加工，經(jīng)淬火處理和回火處理后進(jìn)行精加工。
上述軟化退火工藝如下鑄件在爐溫低于500℃入爐保溫1～2小時(shí)，以≤80℃/小時(shí)速度升至650～720℃，保溫1～3小時(shí)后，以≤100℃/小時(shí)速度升至900～950℃，保溫4～6小時(shí)后爐冷至580～620℃后爐冷或空冷。
上述淬火工藝如下粗加工后的輥環(huán)在爐溫低于300℃時(shí)入爐，以60～100℃/小時(shí)速度升至600～650℃，保溫1～3小時(shí)后，再以100～120℃/小時(shí)速度升至930～1000℃，保溫3～6小時(shí)后風(fēng)冷。
上述回火工藝如下淬火后的輥環(huán)在爐溫低于250℃時(shí)入爐，保溫1～2小時(shí)后，以≤60℃/小時(shí)速度升溫至350～400℃，保溫4～8小時(shí)后爐冷至200℃以后爐冷或空冷。
下面說明本發(fā)明輥環(huán)的材料，其成分范圍及限定理由如下CC是提高材質(zhì)硬度和耐磨性的重要元素，C能較多地溶于奧氏體(A)中，增大A→M轉(zhuǎn)變后的硬度，形成高碳馬氏體，以提高基體的硬度和抗磨性。C含量對(duì)共晶碳化物(K)的體積百分?jǐn)?shù)有很大影響，提高C含量，K量也相應(yīng)增加，從而可進(jìn)一步強(qiáng)化材質(zhì)的抗磨能力，但過量的C能使M相變溫度顯著下移并降低淬透性，材質(zhì)脆性增大，機(jī)械性能惡化。綜合考慮確定C含量為2.5～3.5％。
SiSi不形成碳化物，主要溶于基體，可提高高溫抗氧化作用，并可提高鑄鐵疲勞強(qiáng)度，可阻止工作表面的龜裂和起皮剝落，但Si降低導(dǎo)熱系數(shù)，而且降低淬透性，綜合考慮確定Si含量為0.5～1.5％。
MnMn既進(jìn)入碳化物，又溶于金屬基體中，Mn對(duì)提高淬透性有很好的效果，Mn還可起脫氧脫硫作用，但Mn劇烈地降低Ms點(diǎn)，造成大量的殘留奧氏體，影響輥環(huán)的耐磨性，而且過多的殘留奧氏體在高應(yīng)力作用下，易誘發(fā)馬氏體相變，增大輥環(huán)內(nèi)應(yīng)力，增大輥環(huán)脆裂傾向，綜合考慮確定Mn含量為0.5～1.2％。
W輥環(huán)在服役過程中承受耐熱鋼坯的熱負(fù)荷、沖擊、高溫磨損、擠壓、和冷卻水的激冷作用，因此要求其材質(zhì)有較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、抗氧化性和抗激冷激熱性能。W是其中的主要合金元素，它部分溶于基體中，增加鑄鐵的淬透性、回火穩(wěn)定性、紅硬性和熱強(qiáng)性，部分形成碳化物，有利于耐磨性的增加和抗粘鋼性能的改善。W系合金白口鑄鐵中碳化物的形狀隨著W含量的變化而變化。當(dāng)含W量在2.5～3.0％時(shí)，碳化物多數(shù)呈網(wǎng)狀；含W量在4.0～4.5％時(shí)，碳化物呈網(wǎng)狀加斷網(wǎng)狀；含W量在6.0～6.5％時(shí)，碳化物呈細(xì)斷網(wǎng)狀；當(dāng)含W量在10～13％時(shí)，碳化物呈細(xì)斷網(wǎng)狀，個(gè)別視場(chǎng)出現(xiàn)孤立狀，且在組織中大量出理W的魚骨形萊氏體；當(dāng)含W量超過20％時(shí)，碳化物多數(shù)呈孤立狀分布。加W量過少，碳化物硬度低，輥環(huán)耐磨性差，而且W含量過低，組織中共晶碳化物粗大，網(wǎng)狀分布明顯，鑄鐵脆性顯著加大，適當(dāng)提高W含量，可提高耐磨性，改善其脆性，但含W量過高，耐磨性提高不明顯，反而增大鐵水冶煉難度和增大鑄鐵生產(chǎn)成本，綜合考慮確定W含量為3.0～10.0％。
CrCr能固溶于鐵素體，又能和C形成多種碳化物，Cr能提高鑄鐵的淬透性和回火穩(wěn)定性，使鑄鐵硬度升高，耐磨性改善，但Cr含量過高，鑄鐵淬火組織中殘留奧氏體量增多，反而降低鑄鐵的耐磨性，綜合考慮確定Cr含量為0.8～1.5％。
Mo加入Mo的目的主要是為了提高淬透性，Mo還有很好的抗回火軟化能力，但Mo價(jià)格較高，加入量過多，將增大生產(chǎn)成本，因此Mo含量為0.1～1.0％。
NiNi和C不形成碳化物，是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素，在鑄鐵中主要溶于基體，提高鑄鐵的淬透性，其含量過少對(duì)鑄鐵的性能影響不大，含量超過2.0％時(shí)，殘余奧氏體顯著增加，對(duì)提高硬度不利，因此確定Ni含量為0.5～1.2％。
CuCu是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，在鑄鐵中不形成碳化物，但在適當(dāng)熱處理后能達(dá)到固溶強(qiáng)化和沉淀硬化的作用，Cu能細(xì)化白口鑄鐵的組織，提高韌性，還可改善鑄鐵的流動(dòng)性，提高導(dǎo)熱性，但過量的Cu易生成富Cu相和微裂紋，因此Cu含量為0.1～1.0％。
為保證鑄鐵的淬透性和控制生產(chǎn)成本，將Cr、Mo、Ni和Cu的總含量控制在2.5～3.5％。
K和NaK、Na可降低多元鎢合金鑄鐵的初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度，初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度的下降有助于鐵水在液相線和共晶區(qū)過冷，而合金的結(jié)晶過冷度增大，會(huì)使形核率大大增加，因此，K、Na使初晶奧氏體晶核增多，初晶奧氏體得以細(xì)化，初晶奧氏體的細(xì)化導(dǎo)致共晶反應(yīng)時(shí)殘留鐵液相互被隔開的趨勢(shì)增強(qiáng)。共晶反應(yīng)時(shí)，共晶奧氏體優(yōu)先在狹窄通道兩側(cè)的初晶奧氏體上以“離異”方式結(jié)晶，促使殘留金屬液進(jìn)一步被隔開，最后將有助于共晶碳化物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斷開而孤立化。此外，K、Na在共晶結(jié)晶時(shí)選擇性地吸附在共晶碳化物擇優(yōu)生長(zhǎng)方向的表面上，形成吸附薄膜，阻礙鐵水中的Fe、C、W等原子長(zhǎng)入共晶碳化物晶體，降低了共晶碳化物〔010〕擇優(yōu)方向的長(zhǎng)大速度，導(dǎo)致〔010〕方向長(zhǎng)大減慢，而〔001〕、〔100〕方向長(zhǎng)大速度增大，導(dǎo)致共晶碳化物變成不規(guī)則的團(tuán)塊狀。表面活性元素K、Na不僅吸附在碳化物擇優(yōu)長(zhǎng)大方向表面上阻礙碳化物在該方向的長(zhǎng)大，而且易促進(jìn)碳化物的孿晶形成，導(dǎo)致碳化物形態(tài)的團(tuán)球化。初晶奧氏體的細(xì)化和共晶碳化物形態(tài)的改善，有利于多元鎢合金鑄鐵機(jī)械性能，特別是沖擊韌性的大幅度提高，K、Na加入量過少，對(duì)多元鎢合金鑄鐵的性能影響不大，加入量過多，盡管能進(jìn)一步改善碳化物形態(tài)，但導(dǎo)致合金中夾雜物數(shù)量增大，對(duì)機(jī)械性能反而帶來不良影響，綜合考慮將K含量控制在0.03～0.20％，Na含量控制在0.08～0.25％。
RE多元鎢合金鑄鐵中加入RE具有脫硫除氣的作用，對(duì)凈化鐵水是有益的，而鐵水凈化對(duì)白口鑄鐵中板條狀碳化物的形成及機(jī)械性能的提高是有益的。同時(shí)RE與液態(tài)金屬反應(yīng)生成的細(xì)小粒子，加速凝固的形核作用，表面活性RE元素在流動(dòng)的晶體表面形成吸附薄膜，降低流動(dòng)離子的速度，RE元素的這些作用能細(xì)化多元鎢合金鑄鐵的晶粒，限制樹枝晶偏析，提高機(jī)械性能、抗氧化性和耐磨性。RE加入量過少，對(duì)多元鎢合金鑄鐵的性能影響不明顯，加入量過多，使RE夾雜物增多，而稀土夾雜物主要分布在共晶碳化物與奧氏體的相界面上，減弱了相界的結(jié)合力，反而降低多元鎢合金鑄鐵的性能，綜合考慮，將RE含量控制在0.05～0.20％。
PP使材質(zhì)變脆，應(yīng)當(dāng)把P含量控制在比脆化點(diǎn)還要低的的含量，因此規(guī)定為小于0.05％。
SS同P一樣，也使材質(zhì)變脆，因此規(guī)定為小于0.05％。
本發(fā)明熱處理工藝制訂依據(jù)和理由如下1.軟化退火工藝退火目的是①降低硬度，改善加工性能，②消除內(nèi)應(yīng)力，減輕淬火過程中的開裂傾向。鎢合金鑄鐵硬度高，機(jī)械加工前應(yīng)進(jìn)行軟化退火處理。鎢合金鑄鐵的常規(guī)退火處理工藝是將工件隨爐加熱到奧氏體化溫度后，長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻到680～700℃，再保溫一段時(shí)間后空冷，這種工藝存在著退火時(shí)間長(zhǎng)、操作麻煩和硬度降低不明顯(最終硬度HRC38～45)等缺點(diǎn)。本退火工藝的特點(diǎn)是鑄件在爐溫低于500℃入爐后，保溫1～2小時(shí)，使鑄件內(nèi)部溫度均勻，為防止鑄件變形和開裂，鑄件在低溫的加熱速度≤80℃/小時(shí)。加熱溫度達(dá)650～720℃后保溫1～3小時(shí)，以≤100℃/小時(shí)速度升至900～950℃，保溫4～6小時(shí)后爐冷至580～620℃后爐冷或空冷。利用本工藝可將直徑100mm圓棒的鎢合金鑄鐵的心部硬度降至HRC28～32，退火時(shí)間可縮短25～40％，節(jié)約能源10～15％。
2.淬火工藝鎢合金鑄鐵輥環(huán)的淬火主要是促使二次碳化物的形成和改變基體組織使之成為馬氏體，一般淬火后的鎢合金鑄鐵組織中總會(huì)保留一定量的殘留奧氏體，在輥環(huán)使用過程中，殘留奧氏體會(huì)發(fā)生相變，引起體積膨脹，殘留奧氏體量過多時(shí)將會(huì)導(dǎo)致材料脆裂，因此在淬火過程中應(yīng)盡量減少殘留奧氏體的含量。輥環(huán)使用過程中以耐磨為主，承受的沖擊力較小，因此淬火工藝的制訂應(yīng)著重于提高其硬度而不需過多考慮韌性的提高?？紤]到這種材料的奧氏體轉(zhuǎn)化溫度在890℃左右，選擇淬火溫度范圍為930～1000℃。淬火溫度過高，W、C等元素在奧氏體中的溶解度增大，析出的二次碳化物則減少，同時(shí)高溫奧氏體中W、C含量過高，使奧氏體的穩(wěn)定性增加，導(dǎo)致淬火后殘余奧氏體量增多，材料硬度下降，淬火溫度過高還會(huì)出現(xiàn)晶粒粗化，降低材料機(jī)械性能。淬火溫度過低，W、C等元素的析出比較困難，同樣使淬火組織中二次碳化物減少，殘余奧氏體增多。選擇淬火溫度930～1000℃可使基體組織中二次碳化物量最多，殘留奧氏體量最少，硬度最高，材料的耐磨性最好。此外，在溫度超過600～650℃后的升溫速度對(duì)材料硬度也有影響，快速升溫后的硬度均高于緩慢升溫后的硬度，這是由于前者的二此碳化物細(xì)小、量多，對(duì)基體的沉淀硬化作用大，而后者的二次碳化物粗大，對(duì)基體的沉淀硬化作用小。升溫速度過快，在輥環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，易引起輥環(huán)開裂，因此選擇升溫速度為100～120℃/小時(shí)。由于這種材料具有良好的淬透性，因此選用出爐后吹風(fēng)冷卻工藝。
3.回火工藝回火的目的是消除淬火過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力?？紤]到輥環(huán)淬火后易出現(xiàn)裂紋，因此輥環(huán)在爐溫低于250℃時(shí)入爐，保溫1～2小時(shí)后，以≤60℃/小時(shí)速度升溫至350～400℃，保溫4～8小時(shí)后爐冷至200℃以后爐冷或空冷。升溫速度過快會(huì)產(chǎn)生裂紋，回火保溫溫度過低，不易消除淬火應(yīng)力，保溫溫度過高，馬氏體會(huì)發(fā)生分解，導(dǎo)致硬度下降。回火后的金相組織是回火馬氏體+共晶碳化物+二次碳化物+少量殘余奧氏體。
上述熱處理工藝簡(jiǎn)單可行，可保證輥環(huán)不變形和不產(chǎn)生裂紋，輥環(huán)的最終硬度在85Hs以上，沖擊韌性在5J/cm以上，綜合性能優(yōu)良。
下面就本發(fā)明的輥環(huán)制造方法加以詳述。
通常制造輥環(huán)的方法是將具有合適的溫度和化學(xué)成分符合要求的鐵水澆入鑄型內(nèi)，鑄型通常是金屬型，在靜態(tài)下鑄造成型，輥環(huán)在鑄型內(nèi)冷卻一段時(shí)間后出箱，然后進(jìn)行軟化退火處理、粗加工、淬火處理、回火處理和精加工。本發(fā)明的方法是采用金屬型鑄型(見圖1)，鑄型1固定在立式離心機(jī)2上，鑄型1和離心機(jī)2用定位銷3定位，用螺栓4固定，然后轉(zhuǎn)動(dòng)高心機(jī)。考慮到鑄型要有良好的導(dǎo)熱能力和高強(qiáng)度，其材質(zhì)選用HT200。鑄型壁厚時(shí)輥環(huán)質(zhì)量影響較大，輥環(huán)熱裂率與鑄型壁厚有很大關(guān)系，在輥環(huán)澆鑄厚度一定的情況下，鑄型壁厚越小，輥環(huán)越易開裂，因此為確保輥環(huán)不開裂，應(yīng)提高鑄型壁厚，但鑄型壁厚過大，將顯著增加鑄型的制造和使用難度。對(duì)于輥環(huán)澆鑄厚度50～120mm時(shí)，鑄型壁厚取120～200mm較為合理。鑄型在噴涂料前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度過低，涂料與鑄型結(jié)合強(qiáng)度低，涂料不易噴上，預(yù)熱溫度過高，涂料易開裂，因此選擇預(yù)熱溫度為200～260℃。涂料5選用耐火度高的涂料，其厚度以1.5～2.5mm為宜。
選擇合適的轉(zhuǎn)數(shù)是保證離心鑄造輥環(huán)質(zhì)量的首要條件，離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n按下面計(jì)算公式來選定n=5520ρ·r·β]]>式中n-鑄型轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)p-金屬密度(g/cm3)r-輥環(huán)內(nèi)半徑(cm)β-調(diào)整系數(shù)(鑄鐵為1.2～1.5)。
經(jīng)實(shí)際使用，β＝1.3～1.4時(shí)獲得了比較理想的轉(zhuǎn)數(shù)，因此選定鑄型轉(zhuǎn)數(shù)為550～650rpm。
鐵水澆鑄溫度對(duì)輥環(huán)質(zhì)量影響較大，根據(jù)鑄鐵結(jié)晶學(xué)原理，鑄件凝固過程中，冷卻時(shí)間與冷卻速度由鑄件結(jié)構(gòu)、鐵水澆鑄溫度、金屬熱物理常數(shù)及鑄型的散熱系數(shù)來確定。在特定情況下，鑄型結(jié)構(gòu)、金屬熱物理性能都不變化，而鐵水澆鑄溫度及散熱條件卻是人為因素。尤其以澆鑄溫度對(duì)凝固速度影響極大，澆鑄溫度過高，鐵水凝固慢，結(jié)晶組織粗大，降低輥環(huán)機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度，最終將影響輥環(huán)的使用效果，實(shí)踐證明，澆鑄溫度控制1350～1450℃是合理的。
當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)穩(wěn)定后，將溫度為1350～1450℃和化學(xué)成分符合要求的多元鎢合金鑄鐵鐵水澆入直澆道6內(nèi)，直澆道6用支架7固定。鐵水在離心力的作用下，在金屬型內(nèi)迅速凝固并冷卻，鐵水澆鑄完后，應(yīng)使鑄型在此轉(zhuǎn)數(shù)下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)3～6min，然后緩慢降低轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)輥環(huán)完全凝固后停機(jī)。輥環(huán)在型內(nèi)冷卻20～60min后取出，可直接入退火爐進(jìn)行軟化退火處理，也可埋在干砂子里，以防輥環(huán)因冷卻過快而開裂。
輥環(huán)經(jīng)軟化退火處理后進(jìn)行粗加工，經(jīng)淬火處理和回火處理后進(jìn)行精加工。
本發(fā)明效果(1)用本發(fā)明制造的輥環(huán)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，金相組織中共晶碳化物硬度高，導(dǎo)致輥環(huán)宏觀硬度高，輥環(huán)表面硬度達(dá)到85～92Hs，比普通輥環(huán)高3～5％，耐磨性能好，比普通輥環(huán)提高10～15％，具有優(yōu)良的抗粘鋼性能和抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。
(2)本發(fā)明輥環(huán)用離心鑄造方法制造，晶粒明顯細(xì)化，碳化物的形態(tài)更趨于斷網(wǎng)狀，分布均勻，輥環(huán)內(nèi)部疏松和夾雜等鑄造缺陷明顯減少，輥環(huán)沖擊韌性明顯提高，平均可提高25～40％，輥環(huán)輥面的硬度均勻性增大，輥面硬度差小于3個(gè)Hs，比普通輥環(huán)提高35～50％。
(3)用本發(fā)明生產(chǎn)輥環(huán)，工藝出品率在90～95％之間，而用常規(guī)方法生產(chǎn)鎢合金鑄鐵輥環(huán)，工藝出品率僅為55～65％。
(4)用本發(fā)明生產(chǎn)鎢合金鑄鐵輥環(huán)，鑄件表面質(zhì)量好，加工量明顯減少，節(jié)省加工時(shí)間20～35％。
1--鑄型2--離心機(jī)3--定位銷
4--螺栓5--涂料6--直澆道7--支架8--型腔圖1輥環(huán)鑄造示意2為圖1的A-A視圖實(shí)施例本實(shí)施例為在直徑350mm、高150mm、壁厚90mm的輥環(huán)上采用本發(fā)明。
1、配料各種原料的用量(重量％)生鐵73.9 普通廢鋼8.0鎢鐵8.5碳素鉻鐵2.0鉬鐵1.0錳鐵0.5硅鐵0.3銅板0.5鎳板0.8稀土硅鐵1.0含鉀物質(zhì)1.5含鈉物質(zhì)2.0脫氧劑鋁占鐵水重量的0.3％。
2、熔煉用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉①將40公斤普通廢鋼、369.5公斤生鐵、42.5公斤鎢鐵、1.5公斤硅鐵、2.5公斤錳鐵、10公斤碳素鉻鐵、5公斤鉬鐵、4公斤鎳板和2.5公斤銅板混合放入電爐中加熱熔化；②將溫度升至1560℃，加入1.5公斤脫氧劑鋁后，即刻出鐵水到澆包內(nèi)，澆包底部預(yù)先放置有粒度小于15mm，并經(jīng)200℃烘干過的含鉀物質(zhì)7.5公斤、含鈉物質(zhì)10公斤和稀土硅鐵5公斤，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。
3、用金屬型鑄造，金屬型材質(zhì)是HT200，金屬型壁厚150mm，涂料采用水基鋯英粉涂料，涂料厚度1.8mm。鑄型在噴涂料前進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理溫度240℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。用離心鑄造方法澆鑄，選用立式離心機(jī)制造輥環(huán)，離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)620rpm，澆鑄溫度1390℃。鐵水澆鑄完后，使鑄型在620rpm下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)4min，然后緩慢降低低轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)輥環(huán)完全凝固后停機(jī)，輥環(huán)在型內(nèi)冷卻30min后取出，直接入退火爐進(jìn)行軟化退火處理。
4、軟化退火工藝步驟如下輥環(huán)在爐溫350℃入爐保溫1.5小時(shí)，以70℃/小時(shí)速度升至700℃，保溫2.5小時(shí)后，以90℃/小時(shí)速度升至930℃，保溫5小時(shí)后爐冷至600℃后空冷。
輥環(huán)經(jīng)軟化退火處理后進(jìn)行粗加工，粗加工后進(jìn)行淬火和回火處理。
5、淬火工藝步驟如下粗加工后的輥環(huán)在爐溫250℃時(shí)入爐，以80℃/小時(shí)速度升至630℃，保溫2小時(shí)后，再以110℃/小時(shí)速度升至980℃，保溫4小時(shí)后風(fēng)冷。
6、回火工藝步驟如下淬火后的輥環(huán)在爐溫200℃時(shí)入爐，保溫1.5小時(shí)后，以50℃/小時(shí)速度升溫至380℃，保溫6小時(shí)后爐冷至200℃以后空冷。輥環(huán)經(jīng)淬火處理和回火處理后進(jìn)行精加工。
從輥環(huán)上取樣分析，其化學(xué)成分見表1。表1輥環(huán)化學(xué)成分(余量為Fe)<
>輥環(huán)的機(jī)械能見表2，與一般輥環(huán)相比，硬度提高4.4％，硬度均勻性提高43.8％，沖擊韌性提高37.5％。表2輥環(huán)的機(jī)械性能
采用本發(fā)明配比和工藝制取的多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)與已有的輥環(huán)相比，硬度高，硬度均勻性好，淬硬層深，取代高鉻鑄鐵輥環(huán)、鎳鉻鉬球墨鑄鐵輥環(huán)和貝氏體球鐵輥環(huán)后，使用性能可獲得顯著改善。
權(quán)利要求
1.一種多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)，其特征在于所說的輥環(huán)的化學(xué)成分為(重量％)C 2.5～3.5％，Si 0.5～1.5％，Mn 0.5～1.2％，W 3.5～10％，RE 0.05～0.2％，K 0.03～0.2％，Na 0.08～0.25％，Cr 0.8～1.5％，Mo 0.1～1.0％，Ni 0.5～1.2％，Cu 0.1～1.0％，S＜0.05％，P＜0.05％，Cr+Mo+Ni+Cu2.5～3.5％，其余為Fe。
2.一種制造如權(quán)利要求1所述輥環(huán)的方法，其特征在于所說的方法為①、將普通廢鋼、生鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵、碳素鉻鐵、鉬鐵、鎳板和銅板按符合權(quán)利要求1所述的成分要求混合放人電爐中加熱熔化；②、按權(quán)利要求1所述的成分要求爐前調(diào)整化學(xué)成分合格后，將溫度升至1520～1580℃，加入占鐵水重量0.2～0.5％的鋁作脫氧劑，而后出爐；③、將含鉀、鈉的變質(zhì)劑及稀土硅鐵破碎至粒度小于15mm的小塊，在250℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鐵水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；④、選用金屬型輥環(huán)鑄型，用離心鑄造方法澆鑄，將符合權(quán)利要求1所述成分要求的鐵水澆入經(jīng)200～260℃預(yù)熱的金屬鑄型中，離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為550～650rpm，澆鑄溫度為1350～1450℃；⑤、鐵水澆鑄完后，使鑄型在550～650rpm轉(zhuǎn)數(shù)下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)3～6分鐘，然后緩慢降低轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)輥環(huán)完全凝固后停機(jī)，輥環(huán)在鑄型內(nèi)冷卻20～60分鐘后取出，然后放入退火爐中進(jìn)行軟化退火處理；⑥、輥環(huán)經(jīng)軟化退火處理后進(jìn)行粗加工，經(jīng)淬火處理和回火處理后再進(jìn)行精加工。
3.如權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于所述的軟化退火處理過程為將所述輥環(huán)放入爐溫低于500℃的退火爐中保溫1～2小時(shí)后，以≤80℃/小時(shí)的速度將爐溫升至650～720℃，保溫1～3小時(shí)后，再以≤100℃/小時(shí)的速度將爐溫升至900～950℃，保溫4～6小時(shí)后爐冷至580～620℃后爐冷或空冷至室溫。
4.如權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于所述的淬火處理過程為將粗加工后的輥環(huán)在爐溫低于300℃時(shí)放人爐中，以60～100℃/小時(shí)的速度將爐溫升至600～650℃，保溫1～3小時(shí)后，再以100～120℃/小時(shí)的速度將爐溫升至930～1000℃，保溫3～6小時(shí)后風(fēng)冷。
5.如權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于所述的回火處理過程為將淬火后的輥環(huán)放入爐溫低于250℃的爐中，保溫1～2小時(shí)后，以≤60℃/小時(shí)的速度將爐溫升至350～400℃，保溫4～8小時(shí)后爐冷至200℃后爐冷或空冷。
6.如權(quán)利要求2或3或4或5所說的方法，其特征在于所述輥環(huán)的澆鑄厚度為50～120mm時(shí)，所述金屬型鑄型壁厚為120～200mm。
7.如權(quán)利要求2或3或4或5所說的方法，其特征在于所述鑄型在澆鑄前表面噴涂料，噴涂前進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為200～260℃，所噴涂料厚度為1.5～2.5mm。
全文摘要
本發(fā)明為一種多元鎢合金鑄鐵輥環(huán)及其制造方法,屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。所述輥環(huán)的成分為(重量%):C2.5～3.5%,Si0.5～1.5%,Mn0.5～1.2%,W3.5～10%,RE0.05～0.2%,K0.03～0.2%,Na0.08～0.25%,Cr0.8～1.5%,Mo0.1～1.0%,Ni0.5～1.2%,Cu0.1～1.0%,S< 0.05%,P< 0.05%,Cr+Mo+Ni+Cu:2.5～3.5%,其余為Fe。所述制造方法為:按上述成分范圍配料→冶煉→離心鑄造→軟化退火→粗加工→淬火→回火→精加工。本發(fā)明輥環(huán)輥面硬度高,硬度均勻性好,淬硬層深,耐磨性和抗粘鋼性能好。
文檔編號(hào)C22C37/08GK1251864SQ9812060
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月15日
發(fā)明者符寒光, 吳建中, 姚書典, 許軍, 孫力, 李志萍 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部北京冶金設(shè)備研究院