专利名称：一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，特别是离心铸造超强耐磨高合金钢/低合金钢辊压机辊套及其制造方法，属于建材行业铸造技术领域。
背景技术：
目前，生产的辊压机辊套主要采用锻件，并在表面堆焊一层耐磨层，以提高其耐磨性。但是，由于辊套在碾压破碎时受物料反复切削磨损，在工作中承受巨大的压力引起的周期性交变压力以及反复磨损，使辊套表面产生沟壑和凸棱，且表面堆焊层极易出现龟裂、掉肉现象，这样更加快部件的损坏，使用寿命短，需多次堆焊修复，且受生产场地等诸多因素的限制，堆焊很难达到标准要求，严重影响辊压机的使用效率。
发明内容
本发明目的是提供一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，使用寿命长， 具有高耐磨性、高强度及韧性，解决背景技术存在的上述问题。本发明技术方案是
一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为=C 1. 5-2. 8、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9、Cr 5. 0-9. 0、Ni 0. 5-2. 5,Mo 5. 0-9. 0、V 0. 9 2· 5、Ρ ( 0. 035, S ( 0. 035, Re 0. 2，余量为 Fe ； 内层材料化学成分重量百分比为:C 0.32-0. 62、Si 0. 2-0. 9, Mn 0. 2-0. 9, Cr 0. 2-0. 9, Ni 0. 4-1. 5, Mo ^ 2. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。根据辊压机辊套特性，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢，使用寿命长，具有高耐磨性、高强度及韧性。一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序，所述复合辊套热处理工序按照以下步骤进行
a、退火
以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30°C /h升温至 750-8500C，并保温4-6小时后，炉冷至550_680°C，保温6_10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，进行粗加工；
b、淬火
自室温开始，以10°C / h缓慢加热到350°C并保温8-10小时，然后以15°C / h缓慢加热到650°C并保温8-10小时，然后以20°C / h缓慢加热到750_850°C并保温8_10小时，然后以30°C / h升温至950-1050°C，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至 300°C，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C ； C、回火
待辊套在回火炉中冷却到150°C后，执行第一次回火工艺；自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温12-15小时，随炉冷却至1500C ；
第二次回火；自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温12-15小时，随炉冷却至 150 0C ；
第三次回火；自150°C以15°C/ H缓慢加热到550°C并保温10小时，缓慢随炉冷却至
室温出炉。本发明的主要技术要点体现在如下几个方面
1、优选辊套外层材质配比，提高外层合金元素含量，以确保提高辊套的耐磨性、断裂韧性。合金元素在产品组织中形成各种碳化物，同时还影响金属基体的转变特性。碳化物的硬度、形貌、数量、分布和金属基体的组织、性能对产品的耐磨性、韧性等性能起着决定性作用。通过提高C、Cr、Mo、V、W等合金的含量可以强化基体，增加碳化物总量，有利于辊套摩擦表面的平滑性。辊套的断裂韧性受合金元素含量(特别是碳含量)，碳化物形态、数量和分布及热处理制度的影响。本发明通过验证Kk随C量增加呈直线规律下降，随V量增加而提高。这是因为C量增加使组织中碳化物的体积分数增大，对基体的割裂作用增大；而V量增加，MC增多，较之M2C等碳化物对基体的割裂作用大为减缓。2、通过合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。通过对浇注温度、浇注时间、离心机转速等严格的控制，确保结合层状态良好。3、采取退火、淬火和回火的热处理工艺。达到改善碳化物形态、促进组织转变和细化组织的目的，以提高辊套的耐磨性和断裂韧性。特别是通过高温回火，增加回火次数，析出细小弥散的碳化物，减少了晶格畸变，并起到沉淀强化的作用，故Kk值增大。本发明的积极效果1、优选辊套内外层材料配比，外层采用高合金元素，通过提高 C、Cr、Mo、V、W等合金的含量可以强化基体，增加碳化物总量，提高摩擦表面的平滑性；2、采用合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。3、根据辊套高合金的特点，制定合适的热处理工艺，特别是通过提高回火温度，经多次回火过程，加强了辊套的断裂韧性；通过以上发明彻底解决了原来锻造焊接辊套容易起皮、剥落、掉块，修复麻烦，焊条昂贵的弊病。经过验证，本发明辊套外层硬度为6(T64HRC，冲击韧性12J/cm2，内层硬度为 26^30HRC,抗拉强度80(T900Mpa，屈服强度730Mpa，使用寿命比以前锻造堆焊辊套提高2倍以上。
具体实施例方式以下结合实施例，对本发明作进一步说明。一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为c 1.5-2.8、Si 0. 2-0. 9, Mn 0. 2-0. 9,Cr 5. 0-9. 0、Ni 0. 5-2. 5,Mo 5. 0-9. 0、V 0. 9 2· 5、Ρ 彡 0. 035,S 彡 0. 035,Re 0. 2， 余量为Fe ；内层材料化学成分重量百分比为C 0.32-0. 62、Si 0. 2-0. 9, Mn 0. 2-0. 9, Cr 0. 2-0. 9、Ni 0. 4-1. 5, Mo ^ 2. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序，更具体的步骤如下
1、熔化外层超强耐磨高合金钢(1)将磷硫含量合格的废钢、生铁、电极块、镍板、铬铁、硅铁、锰铁、钨铁和钼铁混合加热熔化，炉前调整成份合格后，将温度升至1590-1620°C，依次加入钛铁、铝脱氧，然后加入钒铁，而后出炉；超强耐磨高合金钢化学成分重量百分比为C 1. 5-2. 8、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9,Cr 5. 0-9. 0、Ni 0. 5-2. 5,Mo 5. 0-9. 0、V 0. 9 2· 5、Ρ 彡 0. 035,S 彡 0. 035,Re 0. 2，
余量为狗；
(2)将稀土硅铁破碎到粒度小于IOmm的小块，与碱面、铝一起，于180_220°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理，得到外层钢水；
2、熔化内层低碳中合金钢将废钢、电极、硅铁、锰铁混合加热熔化，炉前调整成分合格后，将温度升至1620-1650°C，在浇包内加入占内层钢水总重量的0. 1-0. 15%的稀土镁合金、0. 5-0. 8%的硅-钙合金和0. 05-0. 12%的Al、碱面0. 1-0. 15%，并用铁屑覆盖，随后将内层钢水冲入浇包，待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣，包内钢水加保温剂覆盖；低碳中合金钢化学成分重量百分比为:C 0.32-0. 62、Si 0.2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9, Cr 0.2-0. 9、Ni
0.4-1. 5, Mo ^ 2. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe ；
3、离心浇注复合辊套选择离心机转速400rpnT50()rpm;铸型材质是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢，壁厚200mnT300mm，预热温度为15(T220°C，喷上一层耐火涂料，涂料厚度
1.5mnT5. Omm ；铸型烘干后安装在离心机上待浇注；当铸型温度为150-220°C时浇注外层钢水，外层钢水浇注温度1480-1500°C，外层钢水总重的70%-80%浇入铸型后，将已预热的保护渣在浇道内随流均勻撒入，待铸型内层钢水内表面温度降到U80-1320°C时，开始浇注内层钢水，内层钢水浇注温度为1580-1600°C，当复合辊套凝固成型后脱模；
4、复合辊套热处理(1)退火，退火的目的，一是使基体内的溶质原子均勻分布，二是消除铸造应力；具体工艺是以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30°C /h升温至750-850°C，并保温4_6小时后，炉冷至550_680°C，保温6_10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，并进行粗加工；(2)淬火，淬火使奥氏体组织转变成马氏体和少量贝氏体，以使基体获得足够的硬度；具体工艺是自室温以10°C / h缓慢加热到350°C并保温8-10小时，然后以15°C/ h缓慢加热到650°C并保温8-10小时，然后以20°C / h缓慢加热到750-850°C并保温8-10小时，然后以30°C / h升温至950_1050°C，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至300°C，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C; (3)回火，析出细小弥散的碳化物，减少了晶格畸变，并起到沉淀强化的作用，提高断裂韧性，消除淬火中产生的应力；具体工艺是第一次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到 550°C并保温12-15小时，随炉冷却至150°C。第二次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到 550°C并保温12-15小时，随炉冷却至150°C ；第三次回火，自150°C以15°C / H缓慢加热到 550°C并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。5、上述辊套经粗加工、精加工，超强耐磨高合金钢辊压机辊。以下提供几个实施例
实施例1 辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为c 2.4、Si 0.6,Mn 0. 7,Cr 7. 0、Ni 1. 5,Mo 7. 0、V 1. 25、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 2，余量为 Fe ；内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为:C 0. 45,Si 0. 5,Mn 0. 6,Cr 0. 7,Ni 0. 8、Mo彡2. 0、 P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行a、退火以辊套脱模温度为依据，进行2小时的保温均温过程。然后以30°C /h升温至800°C，并保温4小时后，炉冷至660°C，保温7小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火自室温以10°C / h缓慢加热到350°C并保温8小时，然后以15°C / h缓慢加热到650°C并保温 8小时，然后以20°C / h缓慢加热到7800C并保温8小时，然后以30°C / h升温至980°C，并保温12小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至300°C，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C。C、回火第一次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温13小时， 随炉冷却至150°C。第二次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温13小时，随炉冷却至150°C。第三次回火，自150°C以15°C / H缓慢加热到550°C并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。实施例2 辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为C 1. 5、Si 0. 9, Mn 0. 9、Cr9. 0、Ni 2. 5, Mo 5. 0、V2. 5、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 2，余量为 Fe ；内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为=C 0. 62、Si 0. 2、Mn 0. 9、Cr 0. 8、Ni 1. 5、 Mo 彡 2. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行a、退火以辊套脱模温度为依据，进行2. 5小时的保温均温过程。然后以30°C /h升温至780°C，并保温5小时后，炉冷至620°C，保温8小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火自室温以10°C/ h缓慢加热到350°C并保温9小时，然后以15°C / h缓慢加热到650°C 并保温9小时，然后以20°C/ h缓慢加热到800°C并保温9小时，然后以30°C/ h升温至 1000 V，并保温14小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至300 V，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C。C、回火第一次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温 13小时，随炉冷却至150°C。第二次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温13 小时，随炉冷却至150°C。第三次回火，自150°C以15°C / H缓慢加热到550°C并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。实施例3 辊套外层超强耐磨高合金钢的化学成分重量百分比为C 2. 8、Si 0. 2、 Mn 0.2、Cr 5. 0、Ni 0. 5、Mo 9. 0、V 0. 9、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0.2，余量为 Fe;内层低碳中合金钢材料化学成分重量百分比为C 0.32、Si 0.9、Mn 0. 2、Cr 0.6, Ni 0.4、 Mo 彡 2. 0、P 彡 0. 035、S 彡 0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。上述实施例辊套制造过程包括熔化外层超强耐磨合金钢、熔化内层低碳中合金钢、浇注辊套、辊套热处理等工序，其中热处理工序按照下列步骤进行a、退火以辊套脱模温度为依据，进行3小时的保温均温过程。然后以30°C /h升温至760°C，并保温6小时后，炉冷至580°C，保温10小时，然后辊套随炉温冷却至室温出炉，并进行粗加工。b、淬火 自室温以10°C / h缓慢加热到350°C并保温10小时，然后以15°C / h缓慢加热到650°C 并保温10小时，然后以20°C/ h缓慢加热到820°C并保温9小时，然后以30°C/ h升温至 1050 并保温15小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至300 °C，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C。C、回火第一次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温 13小时，随炉冷却至150°C。第二次回火，自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温13 小时，随炉冷却至150°C。第三次回火，自150°C以15°C / H缓慢加热到550°C并保温10小
7时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
权利要求
1.一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套，其特征在于外层采用超强耐磨高合金钢， 内层采用低碳中合金钢复合而成，外层材料化学成分重量百分比为c 1.5-2.8、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9、Cr 5. 0-9. 0、Ni 0. 5-2. 5、Mo 5. 0-9. 0、V 0. 9 2. 5、P ≤ 0. 035、 S < 0. 035、Re 0. 2，余量为≤e ；内层材料化学成分重量百分比为C 0. 32-0. 62、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9、Cr 0. 2-0. 9、Ni 0. 4-1. 5、Mo ≤2. 0、P ≤ 0. 035、S ≤ 0. 035、Re 0. 25，余量为Fe。
2.一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于包含熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序，所述复合辊套热处理工序按照以下步骤进行a、退火以辊套脱模温度为依据，进行2-3小时的保温均温过程；然后以30°C /h升温至 750-8500C，并保温4-6小时后，炉冷至550_680°C，保温6_10小时，然后让辊套炉冷却至室温出炉，进行粗加工；b、淬火自室温开始，以10°C / h缓慢加热到350°C并保温8-10小时，然后以15°C / h缓慢加热到650°C并保温8-10小时，然后以20°C / h缓慢加热到750_850°C并保温8_10小时，然后以30°C / h升温至950-1050°C，并保温12-18小时后，将辊套由炉内取出，均勻风冷至 300°C，然后吊装到回火炉中，随炉缓慢冷却至150°C ；C、回火待辊套在回火炉中冷却到150°C后，执行第一次回火工艺；自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温12-15小时，随炉冷却至1500C ；第二次回火；自150°C以15°C / h缓慢加热到550°C并保温12-15小时，随炉冷却至 150 0C ；第三次回火；自150°C以15°C/ H缓慢加热到550°C并保温10小时，缓慢随炉冷却至室温出炉。
3.根据权利要求2所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的熔化外层超强耐磨高合金钢工序(1)将磷硫含量合格的废钢、生铁、电极块、镍板、铬铁、硅铁、锰铁、钨铁和钼铁混合加热熔化，炉前调整成份合格后，将温度升至1590-1620°C，依次加入钛铁、铝脱氧，然后加入钒铁，而后出炉；超强耐磨高合金钢化学成分重量百分比为C 1. 5-2. 8、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9,Cr 5. 0-9. 0、Ni 0. 5-2. 5,Mo 5. 0-9. 0、V 0. 9 2· 5、Ρ 彡 0. 035,S 彡 0. 035,Re 0. 2， 余量为狗；(2)将稀土硅铁破碎到粒度小于IOmm的小块，与碱面、铝一起，于180_220°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理，得到外层钢水。
4.根据权利要求2或3所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的熔化内层低碳中合金钢将废钢、电极、硅铁、锰铁混合加热熔化，炉前调整成分合格后，将温度升至1620-1650°C，在浇包内加入占内层钢水总重量的0. 1-0. 15%的稀土镁合金、0. 5-0. 8%的硅-钙合金和0. 05-·0. 12%的Al、碱面0. 1-0. 15%，并用铁屑覆盖，随后将内层钢水冲入浇包，待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣，包内钢水加保温剂覆盖；低碳中合金钢化学成分重量百分比为C 0. 32-0. 62、Si 0. 2-0. 9、Mn 0. 2-0. 9、Cr 0. 2-0. 9、Ni·0.4-1. 5, Mo ≤ 2. 0、P ≤ 0. 035、S≤0. 035、Re 0. 25，余量为 Fe。
5.根据权利要求2或3所述之一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套的制造方法，其特征在于所说的离心浇注复合辊套选择离心机转速400rpnT50()rpm ；铸型材质是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢，壁厚200mnT3(K)mm，预热温度为15(T220°C，喷上一层耐火涂料，涂料厚度1.5mnT5. Omm ；铸型烘干后安装在离心机上待浇注；当铸型温度为150-220°C时浇注外层钢水，外层钢水浇注温度1480-1500°C，外层钢水总重的70%-80%浇入铸型后，将已预热的保护渣在浇道内随流均勻撒入，待铸型内层钢水内表面温度降到U80-1320°C时，开始浇注内层钢水，内层钢水浇注温度为1580-1600°C，当复合辊套凝固成型后脱模。
全文摘要
本发明涉及一种超强耐磨高合金钢辊压机辊套及制造方法，属于建材行业铸造技术领域。技术方案是外层采用超强耐磨高合金钢，内层采用低碳中合金钢复合而成，通过熔化外层超强耐磨高合金钢、熔化内层低碳中合金钢、离心浇注复合辊套、复合辊套热处理工序制造而成。本发明的积极效果优选辊套内外层材料配比，采用合理的离心复合铸造工艺，使内外层实现冶金结合，结合状态好。根据辊套高合金的特点，通过提高回火温度，经多次回火过程，加强了辊套的断裂韧性。本发明辊套外层硬度为60~64HRC，冲击韧性12J/cm2，内层硬度为26~30HRC，抗拉强度800~900MPa，屈服强度730MPa，使用寿命比以前锻造堆焊辊套提高2倍以上。
文档编号B21B27/03GK102430582SQ20111045067
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张国芳, 李贺军, 王溪, 苏恒波, 贾术智, 赵红星, 邢和意, 郑海明, 郭振良, 魏天生 申请人:河北津西钢铁集团大方重工科技有限公司