专利名称：导辊用铁基高温合金材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金材料及其处理方法，特别是涉及一种导辊用铁基高温 合金材料及其制备方法。
二背景技术：
导辊是轧机的重要部件，用来输送型材和线材使其顺利的进入轧机。随着 轧机轧制速度的提高，滑动导卫(导辊)逐渐被滚动导卫取代。因为工作环境 的复杂，导辊使用寿命短，导辊己成为高速线材轧机上的主要消耗部件。目前， 国内外通常采用的导辊材料有三种，第一种是具有奥氏体组织的耐热钢；第二 种是具有马氏体组织的耐磨钢或耐磨铸铁；第三种是硬质合金。奥氏体耐热钢 具有良好的高温稳定性及韧性，但耐磨性差、磨损快；而且奥氏体与线材(组 织为铁素体或奥氏体)本身的相互粘附倾向性较大，易发生粘钢。马氏体组织 耐磨钢和耐磨铸铁在室温下具有良好的耐磨性，但随着使用温度的提高，马氏 体发生回火，耐磨性会降低。硬质合金导辊具有良好的耐磨性和高温稳定性， 但该导辊的冲击韧性较差。
导卫装置设计的关键之一是高温抗磨材料的选择，传统的导辊材料已经不 能满足目前导辊的高性能要求，发展新型的导辊材料是目前迫切需要解决的问 题。
镍基高温合金是随着航空业对高温材料不断提高的要求发展起来的，主要 用在叶片材料等高温部件。叶片的工作环境也很恶劣，高温叶片不仅受高温作用，而且受动静载荷、热疲劳、高频振动、低周疲劳、氧化和高温腐蚀的作用。 所以要求材料具有很高的高温拉伸强度、持久强度性能及良好的抗蠕变能力。 根据镍基高温合金在航空业中的应用，结合导辊的工作环境及其各方面的性能 要求，清华大学发明研制了一种导辊用的镍基高温合金材料及其热处理工艺， 采用镍基高温合金材料制备的导辊，虽然具有良好的抗高温氧化性能、抗热冲 击性能和高温强度，其使用寿命相对于传统导辊材料有所提高，但是成本较高。 为了降低导辊的生产成本，使生产的导辊寿命提高，并且具有良好的抗高 温氧化性能、高温强度、抗冲击高温韧性和抗高温摩擦磨损。郑州神牛铸造有 限公司经过长期的研究.，研制出一种导辊用的新型高温合金材料及其热处理工 艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种导辊用铁基高温合金材料及其制备方 法。采用该发明技术制备的导辊成本低、使用寿命有了较大提高，并且具有良 好的抗高温氧化性能、高温强度、抗冲击高温韧性和抗高温摩擦磨损。
本发明采用的技术方案是-
本发明提供一种导辊用铁基高温合金材料，以重量百分含量表示，所述导
辊用铁基高温合金材料的化学组成为C 1.0 1.5%, Mn 0.3 0.8%， Si 0.4
1.0%, Cr 18 24%， V0.25 0.5%， Mo 1.5 4.5%，稀土 0.01 0.05%， S^0.040/o，
PS0.04°/。，余量为Fe。
一种利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，该方法包括以下步骤: a、精密铸造按照权利要求1所述的导辊用铁基高温合金材料的化学组成
配制铁基高温合金材料，采用硅溶胶熔模精密铸造工艺加工成导辊，精密铸造过程中首先使用低温蜡基模料做出导辊模型，釆用硅溶胶型壳工艺制成模型型 壳，在硅溶胶型壳工艺过程中，在导辊模型上涂抹硅溶胶层数为6 8层，蒸汽
脱蜡后得到导辊模型型壳，然后焙烧型壳，焙烧温度为950 105(TC，保温时间 为30 45分钟，焙烧结束后将配制的铁基高温合金材料即钢水倒入模型型壳内 进行浇注，钢水浇注温度为1580 1620°C，模型型壳温度为600 80(TC，浇注 后将精密铸造成的导辊自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到导辊；
b、退火将步骤a加工成的导辊由室温升温至86(TC保温110 130分钟， 然后将温度降至69(TC保温80 100分钟，再降至60(TC出炉，出炉后自然冷却
至室温；
C、粗加工采用常规刀具对导辊进行车削加工；
d、 淬火将车削加工后的导辊由室温升温至1060'C保温40 60分钟，然 后出炉以油作为冷却介质，冷却至室温；
e、 回火将经过淬火处理的导辊由室温升温至20(TC保温110 130分钟， 然后出炉自然冷却至室温；
f、 精加工将经淬火、回火处理后的导辊用硬质合金刀具精加工成成品导辊。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤a中经 精密铸造工艺加工成的导辊中各种化学成分的组成符合上述导辊用铁基高温合 金材料中的各种化学成分组成。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤a所述 焙烧型壳是采用柴油炉进行焙烧。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤b退火过程中由室温升温至86(TC是按照每小时升温100 150t:的速度进行升温；由 86(TC降至690"C和由690'C降至600'C是按照每小时降温90 11(TC的速度进行降温。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤d淬火 过程中由室温升温至106(TC是按照每小时升温100 150'C的速度进行升温。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤e回火 过程中由室温升温至200°C是按照每小时升温100 120°C的速度进行升温。
根据上述利用导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其中步骤e经回 火处理后的导辊硬度HRC为55 60。
本发明的积极有益效果
1、 本发明材料设计以主导合金元素与辅助元素相结合的原则，立足国内资 源，成功研制了一种无镍型马氏体耐热耐磨钢，即研制出一种导辊用的铁基高 温合金材料。本发明以较低的成本获得具有优良性能的铁基高温合金材料，可 以代替进口导辊，具有较好的社会经济效益。
2、 本发明制备的导辊的各项指标完全能够满足导辊耐高温、耐磨、抗热冲 击、热疲劳等各项性能的要求(详见表一)。
3、 采用本发明铁基高温合金材料制造的导辊成本低，经用户证明其使用 寿命比原来导辊的使用寿命提高4倍以上。
4、 本发明产品导辊在高温下具有良好的抗氧化性能，即在850 95(TC下抗 氧化，辊面不脱皮，不变色；具有足够的高温强度，有较高的抗高温蠕变强度 极限和持久强度，在95(TC 20(TC的温度循环下，不产生热疲劳裂纹；在高温 状态下组织温度，有足够的硬度，从而具有良好的抗高温摩擦磨损(详见表二和表三)；具有良好的抗冲击高温韧性(详见表一)。
表一 本发明导辊的机械性能试验报告
试样编号抗拉强度(CIb) N/mm冲击值(AfaO冲击韧性(akn) J/m2
11460//
212.516.3
38.010.7
411.014.3
表二 本发明产品导辊抗氧化性能试验报告
试验氧化氧化前氧化后平均氧化
试样试样规格
温度时间重量重量速度
编号(mm)
(。C)(h)(g)(g)(g/m2h)
19509.卯x49.35x29.61150跳640109.6510.0167
29509.66x50.57x30.03150111.256111.2920.0519
395010.03x49.78x30.01150113.642113.6650.0327
495010.46x49.90x29.98150115.824〗15.8430.0278
试验说明抗氧化试验按照GB/T13303-91进行，氧化前重量和氧化后重量均不包括 所用坩埚的重量。
表三本发明导辊的机械性能试验报告
试样编号硬度(HRC)备注
4-155.5 56.0 57.0ZG10Cr20Mo3VRe
4-256.5 56.5 57.0ZG10Cr20Mo3VRe
表一、表三中的检测数据是由机械工业部郑州机械研究所所作出的机械性 能试验报告。
8具体实施例方式
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。 实施例1
本发明导辊用铁基高温合金材料的化学组成
C 1.0%， Mn 0.4%， Si 0.5%， Cr 18%， V 0.25%， Mo 2%，稀土 0.02%， S 0.03%， P0.02%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其详细步骤如下
a、 精密铸造按照上述导辊用铁基高温合金材料的化学组成配制铁基高温
合金材料，采用硅溶胶熔模精密铸造工艺加工成导辊，精密铸造过程中首先使 用低温蜡基模料做出导辊模型，采用硅溶胶型壳工艺制成模型型壳，在硅溶胶
型壳工艺过程中，在导辊模型上涂抹硅溶胶层数为6 8层，蒸汽脱蜡后得到导 辊模型型壳，然后采用柴油炉焙烧型壳，焙烧温度为IOO(TC,保温时间为35分 钟，焙烧结束后将配制的铁基高温合金材料即钢水倒入模型型壳内进行浇注， 钢水浇注温度为1600°C，模型型壳温度为600 800'C，浇注后将精密铸造成的 导辊自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到导辊，经精密铸造工艺加工成 的导辊中各种化学成分的组成符合上述导辊用铁基高温合金材料中的各种化学 成分组成；
b、 退火将步骤a加工成的导辊由室温升温至860'C保温120分钟，然后 将温度降至690。C保温90分钟，再降至60(TC出炉，出炉后自然冷却至室温； 退火过程中由室温升温至860。C是按照每小时升温100 15(TC的速度进行升温, 由860°C降至690"C和由690°C降至600°C是按照每小时降温90 110°C的速度进 行降温；C、粗加工采用常规刀具对导辊进行车削加工；
d、 淬火将车削加工后的导辊由室温升温至106(TC保温50分钟，然后出 炉以油作为冷却介质，冷却至室温；淬火过程中由室温升温至106(TC是按照每 小时升温100 150'C的速度进行升温；
e、 回火将经过淬火处理的导辊由室温升温至200'C保温120分钟，然后 出炉自然冷却至室温，经回火处理后的导辊硬度HRC为55 60;回火过程中由 室温升温至20(TC是按照每小时升温100 120。C的速度进行升温；
f、 精加工将经淬火、回火处理后的导辊用硬质合金刀具精加工成成品导辊。
实施例2:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.1%， Mn 0.3%, Si 0.4%， Cr 200/0， V 0.3%, Mo 1.50/0，稀土 0.01%， S 0.04%, P0.03%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法，与实施例一不同之处在于-
a、 精密铸造焙烧温度为1050°C，保温时间为30分钟，钢水浇注温度为 1580°C，模型型壳温度为800。C;
b、 退火导辊由室温升温至86(TC保温110分钟，然后将温度降至690°C 保温100分钟；退火过程中由室温升温至86(TC是按照每小时升温12(TC的速度 进行升温，由86(TC降至690"C和由69(TC降至600。C是按照每小时降温IO(TC的 速度进行降温；
d、 淬火将车削加工后的导辊由室温升温至106(TC保温60分钟；淬火过 程中由室温升温至106(TC是按照每小时升温15(TC的速度进行升温；
e、 回火将经过淬火处理的导辊由室温升温至20(TC保温130分钟；回火过程中由室温升温至200。C是按照每小时升温ll(TC的速度进行升温。
实施例3:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.2%， Mn 0.5%， Si 0.6%， Cr 19%， V 0.35%, Mo 3%，稀土 0.04%, S 0.01%, P0.04%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法，与实施例一不同之处在于
a、 精密铸造焙烧温度为950°C，保温时间为45分钟，钢水浇注温度为 1620。C，模型型壳温度为70(TC;
b、 退火导辊由室温升温至86(TC保温130分钟，然后将温度降至69CTC 保温80分钟；退火过程中由室温升温至86(TC是按照每小时升温150'C的速度 进行升温，由86(TC降至6卯°0和由6卯t:降至600'C是按照每小时降温9(TC的 速度进行降温；
d、 淬火将车削加工后的导辊由室温升温至106(TC保温40分钟；淬火过 程中由室温升温至1060'C是按照每小时升温13(TC的速度进行升温；
e、 回火将经过淬火处、理的导辊由室温升温至20(TC保温IIO分钟；回火 过程中由室温升温至20(TC是按照每小时升温12(TC的速度进行升温。
实施例4:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.3%， Mn 0.6%, Si 0.8%, Cr 21%, V 0.4%， Mo 3.5%，稀土 0.05%， S 0.01%， P 0.025%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法，与实施例一不同之处在于-
a、 精密铸造焙烧温度为1020°C，保温时间为40分钟，钢水浇注温度为 1600°C，模型型壳温度为600°C;
b、 退火导辊由室温升温至86(TC保温120分钟，然后将温度降至6卯。C保温90分钟；退火过程中由室温升温至86(TC是按照每小时升温IOO'C的速度 进行升温，由86(TC降至69(TC和由69(TC降至60(TC是按照每小时降温ll(TC的 速度进行降温；
d、 淬火将车削加工后的导辊由室温升温至1060'C保温50分钟；淬火过 程中由室温升温至1060。C是按照每小时升温IO(TC的速度进行升温；
e、 回火将经过淬火处理的导辊由室温升温至20(TC保温120分钟；回火 过程中由室温升温至20(TC是按照每小时升温10(TC的速度进行升温。
实施例5:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.4%， Mn 0.8%, Si 1.0%， Cr 23%， V 0.5%， Mo 4%，稀土 0.03%, S 0.02%， P0.03%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法同实施例一。
实施例6:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.5%， Mn0.4%， Si 0.7%， Cr24%， V0.45%， Mo 4.5%,稀土 0.035%， S0.01%， P 0.025%，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法同实施例一。 实施例7:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.0%, Mn0.3%， Si0.40/0， Cr 18%， V 0.25o/o， Mo 1.5%，稀土 0.01%， S 0.01%， P0.010/o，余量为Fe。
利用铁基高温合金材料制备导辊的方法同实施例一。
实施例8:与实施例一基本相同，不同之处在于
C 1.5%， Mn 0.8%, Si 1.0%， Cr 24°/。， V 0.5%， Mo 4.5%，稀土 0.05%, S 0.04%， P0.04%，余量为Fe。
12利用铁基高温合金材料制备导辊的方法同实施例一<
权利要求
1、一种导辊用铁基高温合金材料，其特征在于，以重量百分含量表示，所述导辊用铁基高温合金材料的化学组成为C 1.0～1.5％，Mn 0.3～0.8％，Si 0.4～1.0％，Cr 18～24％，V 0.25～0.5％，Mo 1.5～4.5％，稀土0.01～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，余量为Fe。
2、 一种利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制备导辊的方法，其 特征在于，所述方法包括以下步骤 'a、 精密铸造按照权利要求1所述的导辊用铁基高温合金材料的化学组成 配制铁基高温合金材料，采用硅溶胶熔模精密铸造工艺加工成导辊，精密铸造 过程中首先使用低温蜡基模料做出导辊模型，采用硅溶胶型壳工艺制成模型型壳，在硅溶胶型壳工艺过程中，在导辊模型上涂抹硅溶胶层数为6 8层，蒸汽 脱蜡后得到导辊模型型壳，然后焙烧型壳，焙烧温度为950 105(TC，保温时间 为30 45分钟，焙烧结束后将配制的铁基高温合金材料即钢水倒入模型型壳内 进行浇注，钢水浇注温度为1580 1620°C，模型型壳温度为600 80(TC，浇注后将精密铸造成的导辊自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到导辊；b、 退火将步骤a加工成的导辊由室温升温至86(TC保温110 130分钟， 然后将温度降至69(TC保温80 100分钟，再降至60(TC出炉，出炉后自然冷却 至室温；C、粗加工采用常规刀具对导辊进行车削加工；d、淬火将车削加工后的导辊由室温升温至106(TC保温40 60分钟，然 后出炉以油作为冷却介质，冷却至室温；e、 回火将经过淬火处理的导辊由室温升温至20(TC保温110 130分钟， 然后出炉自然冷却至室温；f、 精加工将经淬火、回火处理后的导辊用硬质合金刀具精加工成成品导辊。
3、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤a中经精密铸造工艺加工成的导辊中各种化 学成分的组成符合权利要求1所述的导辊用铁基高温合金材料中的各种化学成 分组成。
4、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤a所述焙烧型壳是采用柴油炉进行焙烧。
5、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤b退火过程中由室温升温至86(TC是按照每小 时升温100 150。C的速度进行升温；由86(TC降至6卯。C和由690。C降至600°C 是按照每小时降温90 110°C的速度进行降温。
6、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤d淬火过程中由室温升温至106(TC是按照每 小时升温100 150。C的速度进行升温。
7、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤e回火过程中由室温升温至20(TC是按照每小 时升温100 12(TC的速度进行升温。
8、 根据权利要求2所述的利用权利要求1所述导辊用铁基高温合金材料制 备导辊的方法，其特征在于步骤e经回火处理后的导辊硬度HRC为55 60。
全文摘要
本发明公开了一种导辊用铁基高温合金材料及其制备方法。以重量百分含量表示，导辊用铁基高温合金材料的化学组成为C 1.0～1.5％，Mn 0.3～0.8％，Si 0.4～1.0％，Cr 18～24％，V 0.25～0.5％，Mo 1.5～4.5％，稀土0.01～0.05％，S≤0.04％，P≤0.04％，余量为Fe。本发明以铁基高温合金材料为原料，采用硅溶胶熔模精密铸造工艺加工成粗成品导辊，然后依次经过退火、粗加工、淬火、回火和精加工，得到成品导辊。采用本发明技术制备的导辊成本低、使用寿命有了较大提高，并且具有良好的抗高温氧化性能、高温强度、抗冲击高温韧性和抗高温摩擦磨损。
文档编号C21D1/26GK101597715SQ20091006537
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者亢同忠, 姚万林 申请人:郑州神牛铸造有限公司