大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法，軋輥由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內層組成，外層的化學成分按質量百分比計為：碳３．２－３．６，硅＜１．０，錳０．８－２．０，硫＜０．０５，磷０．１－０．３，鉻１．２－１．８，鎳３．６－４．２，鉬０．３－０．６，鈦＜０．１，釩＜０．２，其余為鐵和不可避免的雜質，其特征在于：軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分數在１０－３５％之間。其制造方法包括以下步驟：（１）電爐熔煉；（２）離心澆注軋輥外層，（３）離心澆注軋輥內層；（４）內層澆注完成后，冷卻到９００－８００℃時，將軋輥從模具中取出空冷至４００－３００℃時放入保溫爐內保持５－１５小時，然后再取出空冷；（５）將成型的合金軋輥經機械加工制得成品。本發明專利技術不易開裂，軋輥面硬度均勻，性能優良。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種糧油機械用，屬于輕 工機械制造

技術介紹
為提高生產效率，糧油破碎機械用軋輥的尺寸越來越大，直徑達到800mm以 上。傳統的直徑在600mm以下的糧油破碎機械用軋輥外層主要為鉻鉬冷硬鑄鐵，采用 離心鑄造成型，顯微組織由骨架狀碳化物和珠光體組成。采用鉻鉬冷硬鑄鐵，離心鑄造 成型800mm以上軋輥時，由于軋輥尺寸大，液態金屬帶入的熱量多，凝固和冷卻過程產 生的鑄造應力、相變應力和熱應力很大，從而引起裂紋和硬度不均勻，軋輥面硬度差超 過10HSD，造成成品率低，且耐磨性和韌性不高，使用過程中出現輥身表面剝落。國內 外公開了一些用于熱軋鋼材的軋輥及其制造方法，如中國專利200710178689.7公開了一 種離心復合改進型無限冷硬鑄鐵軋輥及其制備方法，其特征是軋輥外層化學成分是(重 量％) 3.2-3.8% C, 3.8-3.5% Ni, 1.2-1.8% Cr, 0.2-0.4% Mo, 0.2-0.5% Cu, 1.0-1.8% Si, < 0.8 % Mn, 0.10-0.30 % Nb, 0.05—0.20 % Ti, 0.04—0.07 % Mg, 0.02—0.05 % Y, 0.01-0.03% Sb,其余為Fe和不可避免的微量雜質，為提高軋輥的熱疲勞性能和潤滑性 能，加入了較多的Si和球化元素Mg、Y形成球狀石墨；中國專利CN1598030公開了 改進的鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵及復合軋輥，其特征是在含2.90-3.70% C，0.60-1.20% Si, 0.4-1.2% Mn, 3.01-5.00% Ni, 1.00-2.00% Cr, 0.20-0.60% Mo,余量為 Fe 組成的鎳鉻 鉬無限冷硬鑄鐵軋輥中，加入0.03-0.1% B和0.2-1.5% Nb，由于部分硼溶入基體后，增 大了基體的脆性。國外專利W096/39544公開了一種含Nb的無限冷硬鑄鐵軋輥，在含 2.5-4.0% C, 4.2-4.6% Ni, 0.3-0.5Mo%, 1.5-2.0% Cr, 0.7_1.2Si 和 0.7_1.0Mn 的無限冷 硬鑄鐵軋輥中，加入0.3-6.0%的Nb，來提高軋輥表面硬度和耐磨性，但對韌性改善不明 顯。糧油機械用大尺寸軋輥與熱軋鋼材軋輥的工作環境不同，對性能要求也不一樣，按 軋鋼軋輥的生產技術無法制造糧油機械用大尺寸軋輥。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種能克服上述缺陷、無裂紋且硬度均勻的大尺寸高韌性 耐磨合金軋輥及其制造方法。其技術方案為一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥，由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內層 組成，其中外層的化學成分按質量百分比計為碳3.2-3.6，硅<1.0，錳0.8-2.0，硫 <0.05，磷 0.1-0.3，鉻 1.2-1.8，鎳 3.6-4.2，鉬 0.3-0.6，鈦<0.1，釩< 0.2，其余為鐵和 不可避免的雜質，其特征在于軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中 奧氏體的體積分數在10-35%之間。如權利要求1所述的大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，步驟依次是(1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鉬鐵、純鎳或鎳鐵按化學成分配料放入電爐中熔化，熔清后加入錳鐵，調整成分合格后，加入占鋼水質量的0.10-0.20%的鋁脫氧后出 爐；(2)將出爐鋼水采用臥式離心機澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380°C ；(3)軋輥外層澆注完成后，離心機繼續旋轉，直到內表面溫度冷卻到 1170-1130°C時，澆注軋輥內層，澆注溫度為1400-1350°C ；(4)冷卻；(5)將成型的合金軋輥經機械加工制得成品；其特征在于步驟(4)中待軋輥在旋轉的離心機中冷卻到950_800°C，將軋輥從 模具中取出空冷至400-300°C，再放入保溫爐內保持5-15小時，然后再取出空冷。其工作原理為本專利技術大尺寸軋輥的高韌性和高耐磨性是通過控制軋輥外層合金顯微組織來實 現的。通過選擇化學成分和優化制造工藝參數獲得本專利技術規定比例的碳化物、下貝氏體 和奧氏體，其中的碳化物和下貝氏體保證合金層具有高的硬度和耐磨性，下貝氏體與馬 氏體、上貝氏體和珠光體相比本身就具有良好的強度和韌性，再與規定比例的韌性好的 奧氏體配合，進一步保證了合金的高韌性。對本專利技術軋輥外層合金化學成分的選擇理由解釋如下碳碳是影響合金軋輥外層硬度和韌性的主要元素，其含量高時，組織中碳化 物數量多，基體硬度高，耐磨性好，但含量過高，碳化物數量過多，使韌性下降，使用 中易產生剝落，降低軋輥使用壽命，因此C含量以3.2-3.5%為宜。鎳在軋輥外層合金中加入鎳，穩定奧氏體，提高淬透性，抑制珠光體形成， 增加組織中奧氏體量，提高合金軋輥的韌性和硬度均勻性，防止冷卻過程中出現開裂。 但加入量過多，會降低軋輥外層的硬度和耐磨性，且增加軋輥的成本。因此，合適的Ni 加入量是3.6-4.2%。鉻在軋輥外層合金中加入的鉻，穩定碳化物，阻礙碳化物的石墨化，從而提 高軋輥外層的硬度，提高耐磨性。但加入量過多，會增加碳化物的數量，增加軋輥外層 合金的脆性，制造和使用中易出現裂紋和剝落。因此，合適的鉻的加入量是1.2-1.8%。鉬在軋輥外層合金中加入少量鉬，可以改善淬透性，抑制珠光體形成，促進 下貝氏體的形成。但鉬是價格昂貴的元素，加入量過多，將增加軋輥生產成本，合適的 鉬加入量是0.3-0.6%。錳在軋輥外層合金中加入錳，可以代替鎳穩定奧氏體，提高淬透性，增加 組織中奧氏體的含量，降低成本，但Mn改善韌性方面不如鎳。合適的Mn加入量是 0.8-2.0%。硅硅是促進石墨化元素，在軋輥外層合金中加入硅，易促進石墨的析出，損 害軋輥的強度和韌性，其含量盡量降低。合適的硅含量是控制在1.0%以下。 釩和鈦釩和鈦是強碳化物形成元素，形成的碳化物熔點高、穩定性好，在軋 輥外層合金中含有少量釩和鈦，可使凝固組織細化，有利于碳化物斷網，提高軋輥的強 度和韌性，改善軋輥耐磨性。但含量過多，碳化物量增加，損害軋輥外層合金的強度和 韌性。因此，合適的含量為鈦< 0.1%，釩<0.2%。磷可防止軋輥離心鑄造成型過程中的產生開裂，但降低軋輥外層合金的韌性。合適的磷的加入量為0.1-0.3%。硫促進軋輥離心鑄造成型過程中的產生開裂，屬有害元素，其含量盡量降低。合適的S含量是控制在0.05%以下。本專利技術大尺寸高韌性耐磨軋輥的制造過程中，步驟(4)所述的冷卻方法是獲得 本專利技術規定的顯微組織、賦予軋輥外層合金高韌性、高耐磨性的關鍵。軋輥內層澆注完 成后，冷卻到950-800°C時，將軋輥從模具中取出空冷的目的是抑制珠光體的形成，空 冷至400-300°C時放入保溫爐內保持5-15小時的目的是獲得本專利技術規定比例的下貝氏體 和奧氏體，保證軋輥合金外層的韌性，同時還降低了軋輥凝固和冷卻過程中產生的內應 力，防止軋輥開裂。本專利技術與現有技術相比，其優點是1、通過選擇化學成分和優化制造工藝參數，克服了由于軋輥尺寸大，液態金屬 帶入的熱量多，導致凝固和冷卻過程產生的鑄造應力、相變應力和熱應力很大，從而引 起裂紋和硬度不均勻的缺點。2、采用本專利技術制造的高韌性耐磨合金軋輥的軋輥面硬度差小于5HSD，軋輥外 層合金的顯微本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥，由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內層組成，其中外層的化學成分按質量百分比計為：碳３．２－３．６，硅＜１．０，錳０．８－２．０，硫＜０．０５，磷０．１－０．３，鉻１．２－１．８，鎳３．６－４．２，鉬０．３－０．６，鈦＜０．１，釩＜０．２，其余為鐵和不可避免的雜質，其特征在于：軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分數在１０－３５％之間。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：殷鳳仕，張偉，薛冰，張建忠，姜學波，周麗，田麗倩，
申請(專利權)人：山東理工大學，山東淄博金泰軋輥有限公司，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]