大尺寸高韧性耐磨合金轧辊的制造方法
【专利摘要】一种大尺寸高韧性耐磨合金轧辊的制造方法，涉及轻工机机械制造【技术领域】。轧辊由高韧性耐磨合金外层和高强度铸铁内层组成，其中外层的化学成份按质量百分比计为：碳：3.2-3.6，硅：＜1.0，锰：0.8-2.0，硫＜0.05，磷：0.1-0.3，铬：1.2-1.8，镍：3.6-4.2，钼：0.3-0.5，钛＜0.1，钒＜0.2，其余为铁和不可避免的杂质，轧辊的外层显微组织由碳化物、下贝氏体和奥氏体组成，其中奥氏体的体积分数在10-35%之间，经熔炼、浇注、冷却、机械加工制得大尺寸高韧性耐磨合金轧辊。合格产品的关键。本发明克服了轧辊由于尺寸大，热太金属带入的热量多，导致凝固和冷却的过程中产生的应力很大，引起裂纹和应力不均匀的缺陷，轧辊面硬度差小于3HSD，轧辊外层硬度和耐磨性高。
【专利说明】大尺寸高韧性耐磨合金轧辊的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轻工机机械制造【技术领域】，具体是一种粮油机械用大尺寸高韧性耐磨 合金乳棍的制造方法。
【背景技术】
[0002] 为提高生产效率，粮油破碎机械用轧辊的尺寸越来越大，直径达到800mm以上， 传统的直径在600mm以下的粮油破碎机械用轧辊外层主要为铬钥冷硬铸铁，采用离心铸造 成型，显微组织由碳化物及珠光体组成，采用铬钥冷硬铸铁，离心成型800mm以上轧辊时， 由于轧辊尺寸大，液态金属带入的热量多，凝固和冷却过程产生的铸造应力，相变应力和热 应力很大，从而引起裂纹和硬度不均匀，乳辊面硬度差超过10HSD，造成成品率低，且耐磨性 和韧性不高，使用过程中出现辊身表面剥落。中国专利公开了 "一种离心复合改进型无限 冷硬铸铁轧辊及制造方法"，其特征是轧辊外层化学成份是(重量％):C: 3. 2-3.8%，Ni : 3. 8-3. 5%，Cr :1. 2-1. 8%，Mo :0· 2-0. 4%，Cu :0· 2-0. 5%，Si :1. 0-1. 8% Μη < 0. 8%, Nb ： 0· 1-0. 3%，Ti : 0· 05-0. 2%，Mg : 0· 04-0. 07%，Y :0· 02-0. 05%，Sb :0· 01-0. 03%，其余为 Fe 和不可避免的微量杂质，为提高轧辊的热疲劳性能和润滑性能，加入较多的Si和球化素 Mg，Y形成球状石墨；后中国专利又公开了改进的"镍铬钥无限冷硬铸铁及复合轧辊"，其 特征是在含 C :2· 9-3. 7%，Si :0· 6-1. 2%，Ni :3· 0-5. 0%，Mo :0· 2-0. 6%，Cr :1· 0-2. 0%，Μη : 0. 4-1. 2%，余量为铁组成的镍铬钥无限冷硬铸铁轧辊中，加入0. 03-0. 1% Β和0. 2-1. 5% Nb，但由于部分硼溶入基体后，增大了基体的脆性。国外专利公开了一种含Nb的无限冷硬 铸铁轧辊中，加入〇. 3-6. 0%的Nb，来提高轧辊表面硬度和耐磨性，但对韧性改善不明显。粮 油机械用大尺寸轧辊与热轧钢材轧辊的工作环境不同，对性能要求也不一样，按轧钢轧辊 的现有生产技术无法制造粮油机械用大尺寸轧辊。
【发明内容】
[0003] 为克服现有技术的不足，为本发明的目的在于提供一种大尺寸高韧性耐磨合金轧 辊的制造方法，以实现无裂纹且硬度均匀的目的。
[0004] 为实现上述目的，本发明的轧辊由高韧性耐磨合金外层和高强度铸铁内层组成， 其中外层的化学成份按质量百分比计为；碳：3. 2-3. 6，硅：< 1. 0,锰：0. 8-2. 0,硫< 0. 05， 磷：0. 1-0. 3,铬：1. 2-1. 8,镍：3. 6-4. 2,钥：0. 3-0. 5,钛< 0. 1，钒< 0. 2,其余为铁和不可 避免的杂质，乳辊显微组织由碳化物、下贝氏体和奥氏体组成，其中奥氏体的体积分数在 10-35 %之间，制造步骤依次是： (1)将废钢、钒钛生铁、铬铁、纯镍按化学成分配料放入电炉中熔化，熔清后加入锰 铁，调整成份合格后，加入占钢水质量的〇. 1-0. 2%的铝脱氧后出炉。
[0005] (2)将出炉钢水采用卧式离心机浇注机轧辊外层，钢水浇注温度为1420-1380度。
[0006] (3)轧辊外层浇注完成后，离心机继续旋转，直到内表温度冷却到1170-1120度， 浇注轧辊内层，浇注温度为1400-1350度。
[0007] (4)冷却；乳辊在模具内冷却至950-800度，将轧辊从模具中取出空冷至400-300 度，再放入保温炉内保持5-12小时，然后再取出空冷。
[0008] (5)将成型的合金轧辊经机械加工制得成品。
[0009] 其工作原理为：本发明大尺寸轧辊的高韧性和高耐磨性是通过控制轧辊外层合 金显微组织来实现的。通过选择化学成份和优化制造工艺参数获得本发明规定比例的碳化 物、下贝氏体和奥氏体，其中的碳化物和下贝氏体保证合金层具有高的硬度和耐磨性，下贝 氏体与马氏体、上贝氏体和珠光体相比本身就具有良好的强度和韧性，再与规定比例的韧 性好的奥氏体配合，进一步保证了合金的高韧性。
[0010] 对本发明轧辊外层合金化学成分的选择理由解释如下。
[0011] 碳：碳是影响合金轧辊外层硬度和韧性的主要元素，其含量高时，组织中碳化物数 量，基体硬度高，耐磨性好，但含量过高时，使韧性下降，使用中易产生剥落，降低轧辊使用 寿命，因此碳含量以3. 2-3. 5%为宜。
[0012] 镍：在轧辊外层合金中加入镍，稳定奥氏体，提高淬透性，抑制珠光体形成，增加组 织中奥氏体量，提高合金轧辊的韧性和硬度均匀性，防止冷却过程中出现开裂，但加入量过 多，会降低外层的硬度和耐磨性，且增加轧辊的成本。因此，合适的镍加入量是3. 6-4. 2%。
[0013] 铬：在轧辊外层合金中加入的铬，稳定碳化物，阻碍碳化物的石墨化，从而提高轧 辊的硬度，提高耐磨性。但加入量过多，会增加碳化物的数量，增加轧辊外层合金的脆性，制 造和使用中易出现裂纹和剥落。因此，合适的铬的加入量是1. 2-1. 8%。
[0014] 钥：在轧辊外层合金中加入少量钥，可以改善淬透性，抑制珠光体形成，促进下贝 氏体的形成，但钥是价格昂贵的元素，加入量过多，将增加轧辊生产成本，合适的钥加入量 是 0· 3-0. 6%。
[0015] 锰：在轧辊外层合金中加入锰，可以代替镍稳定奥氏体，提高淬透性，增加组织中 奥氏体的含量，降低成本，但锰改善韧性方面不如镍，合适的锰加入量是〇. 8-2. 0%。
[0016] 硅：硅是促进石墨化元素，在轧辊外层合金中加入硅，易促进石墨的析出，损害轧 辊的强度和韧性，其含量尽量降低。合适的硅含量是控制在1.0%以下。
[0017] 钒和钛：钒和钛是强碳化物形成元素，形成的碳化物熔点高，稳定性好，在轧辊外 层合金中含有少量钒和钛，可使凝固组织细化，有利于碳化物断网，提高轧辊的强度和韧 性，改善轧辊耐磨性。但含量过多，碳化物量增加，损害轧辊外层合金的强度和韧性。因此， 合适的含量为钛< 〇. 1%，钒< 〇. 2%。
[0018] 磷：可防止轧辊离心铸造成型过程中的产生开裂，但降低轧辊外层合金的韧性。合 适的磷的加入量为：〇. l-o. 3%。
[0019] 硫：促进轧辊离心铸造成型过程中的产生开裂，属有害元素，其含量尽量降低。合 适的S含量是控制在0. 05%以下。
[0020] 本发明大尺寸高韧性耐磨轧辊的制造过程中，步骤（4)所述的冷却方法是获得合 格广品的关键。
[0021] 本发明与现有技术相比，具有以下优点。
[0022] 1、克服了轧辊由于尺寸大，热太金属带入的热量多，导致凝固和冷却的过程中 产生的应力很大，引起裂纹和应力不均匀的缺陷。
[0023] 2、轧辊面硬度差小于3HSD，乳辊外层硬度和耐磨性高。
【具体实施方式】
[0024] 实施例1 : 采用中频感应电炉熔炼，乳辊外层合金的化学成分见表1，利用冲天炉熔炼轧辊内 层高强度灰铸铁。合金轧辊的外径800 IM，合金轧辊毛坯的总重量约3. 5吨，其制造工艺步 骤如下； ⑴将废钢、钒钛生铁、铬铁、钥铁、纯镍或镍铁按化学成分配料放入电炉中熔化，溶 清后加入锰铁，调整成分合格后，加入占钢水质量的〇. 20%的铝脱氧后出炉； ⑵将出炉钢水采用卧式离心机浇注轧辊外层，钢水浇注温度为1380°C ; ⑶轧辊外层浇注完成后，离心机继续旋转，直到内表面温度冷却到1170°C时，浇 注轧辊内层，浇注温度为1350°C ; ⑷轧辊内层浇注完成后，冷却到900°C时，将轧辊从模具中取出空冷至400°C时放 入保温炉内保持5小时，然后取出空冷； (5)将成型的合金轧辊机械加工制得成品。
[0025] 表1轧辊外层合金是化学成分(质量百分数）
【权利要求】
1. 一种大尺寸高韧性耐磨合金轧辊的制造方法，乳辊由高韧性耐磨合金外层和高强 度铸铁内层组成，其中外层的化学成份按质量百分比计为：碳：3. 2-3. 6，硅：< 1.0，锰： 0· 8-2. 0,硫 < 0· 05,磷：0· 1-0. 3,铬：1. 2-1. 8,镍：3· 6-4. 2,钥：0· 3-0. 5,钛 < 0· 1，钒 < 0. 2,其余为铁和不可避免的杂质，乳辊的外层显微组织由碳化物、下贝氏体和奥氏体组 成，其中奥氏体的体积分数在10-35%之间，制造步骤依次是： (1) 将废钢、铬铁、钥铁、纯镍或镍铁按化学成分配料放入电炉中熔化，熔清后加入锰 铁，调整成份合格后，加入占钢水质量的〇. 1-0. 2%的铝脱氧后出炉； (2) 将出炉钢水采用卧式离心机浇注轧辊外层，钢水浇注温度为1420-1380度； (3) 轧辊外层浇注完成后，离心机继续旋转，直到内表面温度冷却到1170-1120度时， 浇注轧辊内层，浇注温度为1400-1350度； (4) 冷却：乳辊在模具内冷却至950-800度，将轧辊从模具中取出空冷至400-300度， 再放入保温炉内保持5-12小时，然后再取出空冷； (5) 将成型的合金轧辊经机械加工制得成品。
【文档编号】B21B27/02GK104250712SQ201310262052
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】方勤波, 苏海根, 邓辉 申请人:湖北金标通用轧辊有限公司