一种耐热碳套辊辊芯及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种耐热碳套辊辊芯，组成辊芯的成分以及各成分的质量百分比为：Mg：10-25%，Ti：7-12%，Li：10-15%，Ta：5-8%，Co：1-3%，Ni：10-20%，V：3-6%，Mn：0.5-1%，Mo：0.2-0.7%，Nb：0.2-0.5%；其余为辅助原料。本发明还提供了精确配置原料、原料初炼、钢水精炼、反复精炼、浇注成型、二次处理、石墨化处理以及机加工的制造方法。本方法简单、成本低、生产率高；并且所得辊芯的耐热、耐腐蚀性能优异、强度高、经久耐用，寿命长。
【专利说明】一种耐热碳套辊辊芯及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械制造领域，具体涉及一种耐热碳套辊辊芯及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 炉辊是在对物料进行退火处理时，带动物料进入炉内后的定位辊。炉辊的质量是 影响作业率以及产品表面质量的主要因素之一，并且炉辊长期处于高温或者超高温的工作 环境下，因此对其的耐热性具有一定要求。而现有的炉辊在进行高温作业后很容易出现辊 面氧化、疏松剥落等现象，影响正常生产作业。
[0003] 因此，研制出一种耐热性能优异的辊芯是本领域技术人员所需解决的难题。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明公开了一种耐热碳套辊辊芯及其制造方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种耐热碳套辊辊芯，组成辊芯的成分以及各成分的质量百分比为：Mg :10-25%，Ti : 7-12%, Li ： 10-15%, Ta ：5-8°/〇, Co ：1-3°/〇, Ni ： 10-20%, V ：3-6°/〇, Μη ：0. 5-1%, Mo ：0. 2-0. 7%, Nb ： 0. 2-0. 5% ;其余为辅助原料。
[0006] 在上述成分设计中，Mg具有优秀的热消散性。Ti具有稳定的化学性质，同时具有 良好的耐高温性。Ta的质地十分坚硬，并且有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。 Μη可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时容易产生偏析，显著提高韧脆 转变温度，降低合金的塑性以及韧性，因此将Μη的质量百分比控制在0. 5-1%。Ni为强增加 淬透性元素，可充分提高紧固件淬透性以及抗冲击韧性。微量的V可以赋予合金一些特殊 机能，如提高抗张强度和屈服点。少量的Nb可使合金的晶粒细化，降低合金的过热敏感性 以及回火脆性，提高强度和抗蚀性。
[0007] 其具体制造步骤如下： (1) 原料精确配制 将准备好的配料破碎或者碾磨成粉状，进行多次取样，通过光谱分析仪得到原料中的 金属元素种类，并通过密度检测仪得到配料中各元素的密度；所得数据经电脑分析对比，得 到各元素的质量百分比；根据所得各元素配比适当添加相应元素，使配比达到组成耐热碳 套辊辊芯中各元素的质量百分比的要求，形成制造耐热碳套辊辊芯的原料； (2) 原料初炼 将原料放入真空中频感应炉中熔炼，升温至1580-1680°C ;使用造渣剂进行造渣，并通 过置于炉底的喷嘴将底吹气体吹入炉内；同时搅拌钢水； (3) 钢水精炼 将经过初炼的钢水在真空或者充满惰性气体的容器中进行脱气、脱氧以及脱硫处理， 去除钢水中的夹杂物；并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得钢水中夹杂物的含量； (4) 反复精炼 重复步骤（3)对钢水反复精炼，直到钢水中夹杂物的含量不再降低； (5) 浇注成型 将步骤（4)中得到的钢水升温至1450-1550°C，保持5-10min后出炉镇静；将钢水镇静 3-5min后，将钢水浇注于辊芯模具中； (6) 二次处理 将初步成型的辊芯使用浸渍剂进行浸渍；按照不高于55°C /h的速度在电炉中升温 至850-950°C，并保温4. 5-5. 5h ;炉冷至室温；随后再按照不高于78°C /h的速度升温至 750-840°C，保温至3-4h后出炉至67-83°C的水中淬火至200-280°C ;淬火完成后再将其升 温至320-380°C，保温5-6h，进行低温回火处理并出炉空冷； (7) 石墨化处理 将步骤（6)中得到的辊芯放入石墨化电炉中进行石墨化处理，得到碳套辊辊芯半成 品； (8) 机加工 对步骤（7)中得到的碳套辊辊芯半成品进行机加工，对其进行校直，并对其外圆面、两 侧端面以及内孔进行加工，得到碳套辊辊芯成品。
[0008] 作为优选，辅助原料为无机矿物；无机矿物为娃灰石。
[0009] 本发明中使用硅灰石作为辊芯的填充料，硅灰石的力学性能优良，耐化学腐蚀、热 稳定性以及尺寸稳定性好。
[0010] 作为优选，步骤（2)中的造渣剂为低碳埋弧造渣剂；低碳埋弧造渣剂的组成成分 以及各成分所占质量百分比分别为：CaO :68-75%，Si02 :5-15%，MgO :3-5%，A1203 :7-14%， A1：4-5%〇
[0011] 本发明采用的低碳埋弧造渣剂进行造渣能够生成足够流动性和碱度的熔渣，能够 把原料中含有的S和P降到最低。
[0012] 作为优选，步骤（2)中的底吹气体为N2或者Ar。
[0013] 本发明使用N2或者Ar作为底吹气体，可以使原料加速熔化，缩短冶炼时间，降低 能耗，提高金属和合金的收得率，改善合金质量，降低成本，提高生产率。
[0014] 本发明与现有的辊芯以及制造辊芯的方法相比，有益效果为：（1)所得辊芯的耐 热、耐腐蚀性能优异、强度高；（2)所得辊芯经久耐用，寿命长；（3)制作辊芯的方法简单、成 本低、生产率高。
【具体实施方式】
[0015] 以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体 实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0016] 实施例1 本发明为一种耐热碳套辊辊芯，组成炉辊的成分以及各成分的质量百分比为：Mg: 25%，Ti :7%，Li :10%，Ta :5%，Co :1%，Ni :10%，V :3%，Μη :0· 5%，Mo :0· 2%，Nb :0· 2% ;其余为硅 灰石。
[0017] 其具体制造步骤如下： (1)原料精确配制 将准备好的配料破碎或者碾磨成粉状，进行多次取样，通过光谱分析仪得到原料中的 金属元素种类，并通过密度检测仪得到配料中各元素的密度；所得数据经电脑分析对比，得 到各元素的质量百分比；根据所得各元素配比适当添加相应元素，使配比达到组成耐热碳 套辊辊芯中各元素的质量百分比的要求，形成制造耐热碳套辊辊芯的原料。
[0018] (2)原料初炼 将原料放入真空中频感应炉中熔炼，升温至1580°C ;使用低碳埋弧造渣剂进行造渣， 其中低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：CaO :75%，Si02 :5%， MgO :5%，A1203 :10%，A1 :5% ;并通过置于炉底的喷嘴将N2吹入炉内；同时搅拌钢水。
[0019] (3)钢水精炼 将经过初炼的钢水在真空或者充满惰性气体的容器中进行脱气、脱氧以及脱硫处理， 去除钢水中的夹杂物；并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得钢水中夹杂物的含量。
[0020] (4)反复精炼 重复步骤（3)对钢水反复精炼，直到钢水中夹杂物的含量不再降低。
[0021] (5)浇注成型 将步骤（4)中得到的钢水升温至1450°C，保持5min后出炉镇静；将钢水镇静3min后， 将钢水浇注于辊芯模具中。
[0022] (6)二次处理 将初步成型的辊芯使用浸渍剂进行浸渍；按照55°C /h的速度在电炉中升温至850°C， 并保温4. 5h ;炉冷至室温；随后再按照78°C /h的速度升温至750°C，保温至3h后出炉至 67°C的水中淬火至200°C ;淬火完成后再将其升温至320°C，保温5h，进行低温回火处理并 出炉空冷。
[0023] (7)石墨化处理 将步骤（6)中得到的辊芯放入石墨化电炉中进行石墨化处理，得到碳套辊辊芯半成品。
[0024] (8)机加工 对步骤（7)中得到的碳套辊辊芯半成品进行机加工，对其进行校直，并对其外圆面、两 侧端面以及内孔进行加工，得到碳套辊辊芯成品。
[0025] 通过以上方法制得的碳套辊辊芯与现有的碳套辊辊芯相比，其抗拉强度提升15%， 其硬度提升17%，使用寿命延长32%。
[0026] 实施例2 本发明为一种耐热碳套辊辊芯，组成炉辊的成分以及各成分的质量百分比为：Mg: 20%，Ti :10%，Li :10%，Ta :8%，Co :3%，Ni :15%，V :4%，Μη :0· 5%，Mo :0· 4%，Nb :0· 3% ;其余为 娃灰石。
[0027] 其具体制造步骤如下： (1)原料精确配制 将准备好的配料破碎或者碾磨成粉状，进行多次取样，通过光谱分析仪得到原料中的 金属元素种类，并通过密度检测仪得到配料中各元素的密度；所得数据经电脑分析对比，得 到各元素的质量百分比；根据所得各元素配比适当添加相应元素，使配比达到组成耐热碳 套辊辊芯中各元素的质量百分比的要求，形成制造耐热碳套辊辊芯的原料。
[0028] (2)原料初炼 将原料放入真空中频感应炉中熔炼，升温至1600°C ;使用低碳埋弧造渣剂进行造渣， 其中低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：CaO :72%，Si02 :10%， MgO :4%，A1203 :10%，A1 :4% ;并通过置于炉底的喷嘴将N2吹入炉内；同时搅拌钢水。
[0029] (3)钢水精炼 将经过初炼的钢水在真空或者充满惰性气体的容器中进行脱气、脱氧以及脱硫处理， 去除钢水中的夹杂物；并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得钢水中夹杂物的含量。
[0030] (4)反复精炼 重复步骤（3)对钢水反复精炼，直到钢水中夹杂物的含量不再降低。
[0031] (5)浇注成型 将步骤（4)中得到的钢水升温至1500°C，保持8min后出炉镇静；将钢水镇静4min后， 将钢水浇注于辊芯模具中。
[0032] (6)二次处理 将初步成型的辊芯使用浸渍剂进行浸渍；按照50°C /h的速度在电炉中升温至900°C， 并保温5h ;炉冷至室温；随后再按照74°C /h的速度升温至800°C，保温至3. 5h后出炉至 75°C的水中淬火至240°C ;淬火完成后再将其升温至350°C，保温5. 5h，进行低温回火处理 并出炉空冷。
[0033] (7)石墨化处理 将步骤（6)中得到的辊芯放入石墨化电炉中进行石墨化处理，得到碳套辊辊芯半成品。
[0034] (8)机加工 对步骤（7)中得到的碳套辊辊芯半成品进行机加工，对其进行校直，并对其外圆面、两 侧端面以及内孔进行加工，得到碳套辊辊芯成品。
[0035] 通过以上方法制得的碳套辊辊芯与现有的碳套辊辊芯相比，其抗拉强度提升19%， 其硬度提升22%，使用寿命延长38%。
[0036] 实施例3 本发明为一种耐热碳套辊辊芯，组成炉辊的成分以及各成分的质量百分比为：Mg: 10%，Ti :12%，Li :12%，Ta :8%，Co :3%，Ni :20%，V :6%，Μη :1%，Mo :0· 7%，Nb :0· 5% ;其余为硅 灰石。
[0037] 其具体制造步骤如下： (1)原料精确配制 将准备好的配料破碎或者碾磨成粉状，进行多次取样，通过光谱分析仪得到原料中的 金属元素种类，并通过密度检测仪得到配料中各元素的密度；所得数据经电脑分析对比，得 到各元素的质量百分比；根据所得各元素配比适当添加相应元素，使配比达到组成耐热碳 套辊辊芯中各元素的质量百分比的要求，形成制造耐热碳套辊辊芯的原料。
[0038] (2)原料初炼 将原料放入真空中频感应炉中熔炼，升温至1680°C ;使用低碳埋弧造渣剂进行造渣， 其中低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：CaO :68%，Si02 :8%， MgO :5%，A1203 :14%，A1 :5% ;并通过置于炉底的喷嘴将N2或者Ar吹入炉内；同时搅拌钢水。
[0039] (3)钢水精炼 将经过初炼的钢水在真空或者充满惰性气体的容器中进行脱气、脱氧以及脱硫处理， 去除钢水中的夹杂物；并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得钢水中夹杂物的含量。
[0040] (4)反复精炼 重复步骤（3)对钢水反复精炼，直到钢水中夹杂物的含量不再降低。
[0041] (5)浇注成型 将步骤（4)中得到的钢水升温至1550°C，保持lOmin后出炉镇静；将钢水镇静5min后， 将钢水浇注于辊芯模具中。
[0042] (6)二次处理 将初步成型的辊芯使用浸渍剂进行浸渍；按照45°C /h的速度在电炉中升温至950°C， 并保温5. 5h ;炉冷至室温；随后再按照68°C /h的速度升温至840°C，保温至4h后出炉至 83°C的水中淬火至280°C ;淬火完成后再将其升温至380°C，保温6h，进行低温回火处理并 出炉空冷。
[0043] (7)石墨化处理 将步骤（6)中得到的辊芯放入石墨化电炉中进行石墨化处理，得到碳套辊辊芯半成品。
[0044] (8)机加工 对步骤（7)中得到的碳套辊辊芯半成品进行机加工，对其进行校直，并对其外圆面、两 侧端面以及内孔进行加工，得到碳套辊辊芯成品。
[0045] 通过以上方法制得的碳套辊辊芯与现有的碳套辊辊芯相比，其抗拉强度提升23%， 其硬度提升25%，使用寿命延长48%。
[0046] 最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方 案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种耐热碳套辊辊芯，其特征在于：组成辊芯的成分以及各成分的质量百分比为： Mg ： 10-25%,Ti ：7-12%,Li ： 10-15%, Ta ：5-8%,Co ：l-3%,Ni ： 10-20%, V ：3-6%,Mn ：0.5-1%,Mo ： 0. 2-0. 7%，Nb :0. 2-0. 5% ;其余为辅助原料。
2. 根据权利要求1所述的一种耐热碳套辊辊芯，其特征在于：其具体制造步骤如下： (1) 原料精确配制 将准备好的配料破碎或者碾磨成粉状，进行多次取样，通过光谱分析仪得到原料中的 金属元素种类，并通过密度检测仪得到配料中各元素的密度；所得数据经电脑分析对比，得 到各元素的质量百分比；根据所得各元素配比适当添加相应元素，使配比达到组成耐热碳 套辊辊芯中各元素的质量百分比的要求，形成制造耐热碳套辊辊芯的原料； (2) 原料初炼 将原料放入真空中频感应炉中熔炼，升温至1580-1680°C ;使用造渣剂进行造渣，并通 过置于炉底的喷嘴将底吹气体吹入炉内；同时搅拌钢水； (3) 钢水精炼 将经过初炼的钢水在真空或者充满惰性气体的容器中进行脱气、脱氧以及脱硫处理， 去除钢水中的夹杂物；并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得钢水中夹杂物的含量； (4) 反复精炼 重复步骤（3)对钢水反复精炼，直到钢水中夹杂物的含量不再降低； (5) 浇注成型 将步骤（4)中得到的钢水升温至1450-1550°C，保持5-10min后出炉镇静；将钢水镇静 3-5min后，将钢水浇注于辊芯模具中； (6) 二次处理 将初步成型的辊芯使用浸渍剂进行浸渍；按照不高于55°C /h的速度在电炉中升温 至850-950°C，并保温4. 5-5. 5h ;炉冷至室温；随后再按照不高于78°C /h的速度升温至 750-840°C，保温至3-4h后出炉至67-83°C的水中淬火至200-280°C ;淬火完成后再将其升 温至320-380°C，保温5-6h，进行低温回火处理并出炉空冷； (7) 石墨化处理 将步骤（6)中得到的辊芯放入石墨化电炉中进行石墨化处理，得到碳套辊辊芯半成 品； (8) 机加工 对步骤（7)中得到的碳套辊辊芯半成品进行机加工，对其进行校直，并对其外圆面、两 侧端面以及内孔进行加工，得到碳套辊辊芯成品。
3. 根据权利要求1所述的一种耐热碳套辊辊芯，其特征在于：所述辅助原料为无机矿 物；所述无机矿物为娃灰石。
4. 根据权利要求2所述的一种耐热碳套辊辊芯，其特征在于：所述步骤（2)中的造渣剂 为低碳埋弧造渣剂；所述低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为： CaO :68-75%，Si02 :5-15%，MgO :3-5%，A1203 :7-14%，A1 :4-5%。
5. 根据权利要求2所述的一种耐热碳套辊辊芯，其特征在于：所述步骤（2)中的底吹气 体为N2或者Ar。
【文档编号】C21C5/54GK104152799SQ201410346907
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】马中亮, 于兴仁 申请人:江苏南山冶金机械制造有限公司