专利名称：改进的贝氏体球墨离心复合(Ⅰ)或珠光体球墨(Ⅲ)的球墨铸铁及用该球墨铸铁制备的轧辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(in)的球墨铸铁
及用该球墨铸铁制备的轧辊，属于金属热轧、冷轧加工轧辊技术。
背景技术：
方/板坯初轧机、大中型型钢、钢管、线材和窄带钢轧机用轧辊，一般所采用的是珠光体球墨(III)球墨铸铁轧辊，或者采用贝氏体球墨离心复合(I)球墨铸铁轧辊。
上述珠光体球墨(III)和贝氏体球墨离心复合(I)球墨铸铁的组分及各组分的重量百分含量，已由国家标准化管理委员会和国家质量监督检验局，以国家标准GB/T1504-2008于2008年8月5日发布，并于2009年4月1日实施。所述标准规定的珠光体球墨(III)的组分及各组分的重量百分含量是C2. 9 3. 6， Sil. 0 2. 0， MnO. 4 0. 8，CrO. 2 1. 2， Ni2. 51 3， Mo 0. 2 0. 8， Mg > 0. 04， P《0. 15， S《0. 03 ;所述标准规定的贝氏体球墨离心复合(I)的组分及各组分的重量百分含量为C2. 9 3. 6， Sil. 2 2. 2，MnO. 2 0. 8，CrO. 2 1. 0，Ni3. 01 3. 5，Mo 0. 5 1. O，Mg > 0. 04，P《0. IO，S《0. 03 ;
根据所述标准规定的组分及组分百分含量制备的两种球铁轧辊，在生产实践中，其耐磨性能和抗热裂纹性能，都表现得不够理想，仍不能满足钢厂用户的要求，尤其是在同等条件下轧辊的使用寿命，显现得相对较差，给现代钢铁工业节能高效的大生产造成了不利的影响。 然而，人们通过高耐磨材料的基础性研究，已经开始认识铌(Nb)在铸铁、铸钢中的重要作用。铌对铸件的抗磨性、耐热性、耐蚀性、表面性状、铸件的尺寸稳定性，以及铸件的最基本的强度、硬度、韧性，可焊接性等均有贡献。因而铌已在轧辊、活塞环和高铬铸铁等现代铸件中应用。诸如中国专利授权公告号①CN1327022C，②CN1320150C和③公开号CN101120112A等，都成功地在相关铸件的组分中添加了铌(Nb)，并且取得了显著的效果。但终究由于第①②两项专利均为灰铸铁，而第③项专利申请为半钢材质(高镍、铬、钼合金铸铁)。它们的应用范围分别是①号专利为小型型钢、线材、热轧薄板平整轧机。②号专利为内燃机部件。③号专利为经受高热应力构件，如内燃机的排气歧管和涡轮增压器壳体。尤其是三项专利(申请)的物化性能特别是硬度和耐热裂纹等性能，都还不能全面满足金属热、冷轧加工对轧辊的要求。
发明内容
本发明旨在对GB/T1504-2008国标所规定的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)轧辊用球墨铸铁的组分和组分重量百分含量作优化组合，提供一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁，以有效提高其硬度和使用寿命，满足钢铁工业生产的需求。 与此同时，本发明旨在提供一种采用改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁的轧辊。 本发明实现其所要实现目的的构想是，通过添加铌进一步提高所述改进球墨铸铁的硬度和使用寿命。 本发明实现其第1个目的的技术方案是 —种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(in)的球墨铸铁，它所包括的组分及各组分的重量百分含量为C 2. 9 3. 6， Si 1. 0 2. 2 ;MnO. 2 0. 8 ;CrO. 2 1. 2， Ni 2. 51 3. 0， Mo 0. 5 1. 0， Mg > 0. 04， P《0. 1， S《0. 03和Fe余量，其创新点在于，还包括重量百分含量为0. 2 1. 7的Nb。 铌是一种VB族金属元素。铌与元素周期表中与它相邻的其它元素一样，具有熔点高的特点。铌是强碳化物形成元素。Nbc的熔点为3513t:，其稳定性在碳化物形成元素中仅次于Tac(碳化钽)。它在融熔铁中的溶度，与温度成正比，温度越高，溶度积亦越大。由于初生Nbc是在各向同性的匀质液相中形成，是以球对称生长，而且高度分散，颗粒微细、量多且分布均匀，可成为球墨的核心。因而在这样存在Nbc条件下得到的球铁组织为组织致密的细化球墨铸铁。且由于Nbc是Mc型，有极高的硬度(2000HV)，在合金基体中形成分布均匀的硬相质点，因而本发明的强度、硬度和耐磨性等，都有非常明显的提高。从而实现了本发明所要实现的目的。 铸铁碳含量在2 4X范围内，Nb含量可在0.01 3.0%范围内。铌的加入量经
试验认为可以在0. 2 1. 7%范围内，明显低于下限值，对提高本发明性能作用不明显，而
加入量明显大于上限值，则对本发明性能的更进一步提高作用也不明显，相反会引起制备
成本的明显提高。因此，本发明从性价比角度确定，铌的添加量在0. 2 1. 7Wt %范围内。
本发明优选的铌加入量为0. 2 0. 5Wt%。 本发明实现其第2个目的的技术方案是 —种轧辊，包括工作层和芯部，其创新点在于，所述工作层是如以上所述本发明改进的球墨铸铁工作层。也就是说，采用本发明改进的球墨铸铁作工作层，以球铁或灰铁作轧辊芯部，制成轧辊。 上述技术方案得以具体实施后，本发明所述改进的球墨铸铁，其所具有的耐磨性能和抗热裂缝性能高，轨辊结构合理，制备成本较低等特点，是显而易见的。
图1是已有贝氏体球墨离心复合(I)的100X球化状态照片；
图2是图1所示球墨铸铁的100X金相照片；
图3是图1所示球墨铸铁的400X金相照片；
图4是本发明一种球墨铸铁的100X球化状态照片；
图5是图4所示球墨铸铁100X金相照片；
图6是图4所示球墨铸铁400X金相照片； 图7是本发明一种具体实施方式
的轧辊示意图；图中所示1为工作层，2为芯部。且工作层1与芯部2为冶金复合连接； 图8是本发明另一种具体实施方式
的轧辊示意图，图中所示1为工作层，2为芯部，其中，2-l为与工作层1冶金复合连接的外芯部，2-2为与外芯部2-1键或过盈配合连接的锻钢内芯轴。 附图1 3所示已有贝氏体球墨离心复合(I)的组分及各组分的重量百分含量是C 3. 4， Si 1. 4 ;Mn 0. 62 ;Cr 0. 61， Ni 2. 84， Mo 0. 75， Mg 0. 085， P 0. 032， S 0. 004， Fe余 附图4 6所示本发明改进的球墨铸铁的组分及各组分的重量百分含量是C3. 4， Si 1. 29 ;Mn 0. 63 ;Cr 0. 5， Ni 2. 95， Mo 0. 79， Mg 0. 068， Nb 0. 23， P0. 037， SO. 005， Fe
io、02S] 我们通过解读上述两种球铁的金相照片，并进行对比可以明了 ，本发明与已有技术相比较，其突出的实质性特点和显著的进步，是显而易见的。 试验结果昭示，若在本发明改进的球墨铸铁中，加入微量的Re (铼)，例如ReO. 015左右，则本发明的硬度、强度和抗热裂纹等物理性能，都将会更好、更稳定。若对其中Mo的含量进行微调，则同样有利于其硬度和抗热裂纹性能的提高。
具体实施例方式
实施例之一，在本发明所主张的GB/T1504-2008的珠光体球墨(III)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66X铌铁合金，使其Nb含量达到0. 2Wt%。 实施例之二，在本发明所主张的GB/T1504-2008的贝氏体球墨离心复合(I)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66X铌铁，使其Nb含量达到0. 5Wt%。 实施例之三，在本发明所主张的GB/T1504-2008的贝氏体球墨离心复合(I)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66%铌铁合金，使其Nb含量达到1. 7Wt%。 实施例之四，如附图7、8所示。采用上述实施例一至四之一所述改进的球墨铸铁制成工作层1，以球铁或灰铁制成芯部2，通过工作层1与芯部2的冶金复合连接，制成复合轧辊。当然，也可以采用所述改进的球墨铸铁，将工作层1与芯部2整体浇铸成型(请参读附图7)。 所述轧辊，通过在机例行试验，在同等条件下，可比已有技术轧辊的使用寿命，提
高40%以上。本发明两对轧辊初样，在宝钢分公司连轧线1号位的试用结果显示，试验轧辊
整体使用寿命，较普通连轧辊的使用寿命有很明显的提高。 本发明所述改进的球墨铸铁铸造工艺要点和工艺参数的建议是 a、采用工频炉或中频炉熔化铁水。 b、在其它合金料加入后再加入铌。铌加入以后，要在1500 155(TC温度条件下，
保温10 15min，使Nb充分熔解。 c 、浇注温度控制在1340 138(TC范围内。 d、所添加的Nb，最好是含Nb量为66%的铌铁合金。 e、球化和孕育处理按通常方法进行。
权利要求
一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁，它所包括的组分及各组分的重量百分含量为C 2.9～3.6，Si 1.0～2.2；Mn0.2～0.8；Cr 0.2～1.2，Ni 2.51～3.0，Mo 0.5～1.0，Mg≥0.04，P≤0.1，S≤0.03和Fe余量，其特征在于，还包括重量百分含量为0.2～1.7的Nb。
2. 根据权利要求l所述的改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁，其特征在于，所述Nb的重量百分含量为0. 2 0. 5。
3. —种轧辊，包括工作层(1)和芯部(2)，其特征在于，所述工作层(1)是如权利要求1 2所述改进的球墨铸铁工作层。
全文摘要
本发明所公开的是一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)球墨铸铁及用该球墨铸铁制备的轧辊，所述改进的球墨铸铁，它所包括的组分及各组分的重量百分含量为C 2.9～3.6，Si 1.0～2.2；Mn 0.2～0.8；Cr 0.2～1.2，Ni 2.51～3.0，Mo 0.5～1.0，Mg≥0.04，P≤0.1，S≤0.03和Fe余量，以其还包括重量百分含量为0.2～1.7的Nb，而采用本发明改进的球墨铸铁制备的轧辊，包括工作层和芯部，而工作层为本发明改进的球墨铸铁工作层为主要特征。本发明具有硬度高、抗热裂纹性能好等特点。采用本发明改进的球墨铸铁制备的轧辊，其使用寿命可比国标GB/1504-2008的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)制备的轧辊，提高40％以上。
文档编号C22C37/10GK101787483SQ20101010604
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者乔增国, 刘作林, 匡阿根, 唐克非, 张玲, 金小兵, 顾加峰 申请人:常州宝菱重工机械有限公司