本发明涉及一种新型高碳石墨钢辊环及其制备方法。
背景技术：
经济建设的发展对辊环的数量和质量提出了更高的要求，现有辊环在生产过程中易产生合金元素严重偏析，密度大的元素富集于辊环外层，密度小的元素富集于辊环内层，这样使得辊环存在硬度低、耐磨性差、制备周期长，同时容易出现热裂纹及抗热疲劳性不佳等问题，直接影响辊环的产量和质量。因此，需研发一种新型的来解决上述弊端。
技术实现要素：
本发明的针对上述弊端，首先，提供一种新型高碳石墨钢辊环的技术方案。
一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法，其特征在于：该新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C：2.30-2.50％；Si：1.40-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.50-1.00％；Ni：3.00-3.50％；Mo：0.50-1.00％；V：0.30-0.60％；Nb：0.30-0.50％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ba+Ca≥0.45％；Re≥0.20％；中间层化学成分C：2.00-2.20％；Si：1.40-1.60％；Mn：0.60-0.80％；Cr≥0.30％；Ni≥0.20％；Mo≥0.15％；P≤0.025％；S≤0.025％；芯部化学成分C：1.20-1.50％；Si：1.35-1.65％；Mn：0.50-0.80％；P≤0.025％；S≤0.025％。余量为Fe及少量残余元素。
所述的一种新型高碳石墨钢辊环，其特征在于：所述新型高碳石墨钢辊环浇注时，浇注温度为液相温度+60-80℃。
所述的一种新型高碳石墨钢辊环，其特征在于：所述新型高碳石墨钢辊环表面硬度为65-75HSD，辊环表面至孔型槽底硬度落差≤2HSD。
所述的一种新型高碳石墨钢辊环，其特征在于：所述新型高碳石墨钢辊环基体金相组织为：球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
其次，提供一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法的技术方案。
一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、确定化学成分：该新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C：2.30-2.50％；Si：1.40-1.60％；Mn：0.50-1.00％；Cr：0.50-1.00％；Ni：3.00-3.50％；Mo：0.50-1.00％；V：0.30-0.60％；Nb：0.30-0.50％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ba+Ca≥0.45％；Re≥0.20％；中间层化学成分C：2.00-2.20％；Si：1.40-1.60％；Mn：0.60-0.80％；Cr≥0.30％；Ni≥0.20％；Mo≥0.15％；P≤0.025％；S≤0.025％；芯部化学成分C：1.20-1.50％；Si：1.35-1.65％；Mn：0.50-0.80％；P≤0.025％；S≤0.025％。余量为Fe及少量残余元素。
步骤二、浇注：该新型高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺，通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金，液相温度至+120-150℃出钢，加BaCa0.30-0.60％球化处理，球化后加0.50-0.60％CaSi孕育剂孕育，然后镇静3-8分钟浇注。
步骤三、冷开箱热处理：经冷开箱特殊热处理，得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。
所述步骤二为：通过离心浇注，先浇注外层，再浇注中间层，中间层作为外层和芯部的连接层，减少两种不同材质的钢水浇注时的排他性，最后浇注芯部。
所述步骤三为：在热处理时先扩散退火，消除大部分铸造应力，再通过多次(2-3)正火+回火和水喷淬处理等工艺，使辊环形成更合理的结晶组织，达到符合设计要求的目标。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的优点：
(1)本发明通过浇注层为外层、中间层、芯部三层，尤其对要求工作层硬度在65-75HSD之间的大型辊环φ1050mm-1400mm，减少了两种不同材质钢水浇注凝固的排他性，减轻了浇注过程中积聚产生的大量铸造应力，为浇注合格毛坯辊环奠定了基础。
(2)本发明通过加入特殊碳化物元素，如Gr、Ni、Mo、V、Nb、Re等，对液相温度进行控制，减轻产品元素偏析，，减少产品的热裂纹及提升产品的抗热疲劳性。
(3)本发明经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育，培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨，从而提高辊环的综合性能，延长辊环的使用寿命。
(4)本发明通过特殊热处理，多次正火回火，热处理水平高于普通热处理水平，使辊环形成更合理的结晶组织，提高了产品的硬度，减少了产品的生产周期，进而提高辊环产量和质量，减低企业的生产成本。
具体实施方式
【实施例1】本发明新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C：2.30％；Si：1.50％；Mn：1.00％；Cr：1.00％；Ni：3.20％；Mo：0.60％；V：0.30％；Nb：0.30％；P：0.025％；S：0.025％；Ba+Ca：0.45％；Re：0.20％；中间层化学成分C：2.00％；Si：1.40％；Mn：0.60％；Cr：0.30％；Ni：0.20％；Mo：0.15％；P：0.025％；S：0.025％；芯部化学成分C：1.20％；Si：1.35％；Mn：0.50％；P：0.025％；S：0.025％。余量为Fe及少量残余元素。
所述新型高碳石墨钢辊环浇注时，浇注温度为液相温度60℃。
所述新型高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为66.2HSD，辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.7HSD。
所述新型高碳石墨钢辊环基体金相组织为：球状石墨+Mo2C6、NbC、V4C3粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
一种新型高碳石墨钢辊环的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、确定化学成分：该新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、P、S、Ba+Ca、Re；中间层化学成分C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、P、S；芯部化学成分C、Si、Mn、P、S。余量为Fe及少量残余元素。
步骤二、浇注：该新型高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺，通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金，液相温度至125℃出钢，加BaCa0.35％球化处理，球化后加0.50％CaSi孕育剂孕育，然后镇静4分钟浇注。
步骤三、冷开箱热处理：经冷开箱特殊热处理，得到辊环表面硬度、基体金相组织符合要求的成品。
所述步骤二为：通过离心浇注，先浇注外层，再浇注中间层，中间层作为外层和芯部的连接层，减少两种不同材质的钢水浇注时的排他性，最后浇注芯部。
所述步骤三为：在热处理时先扩散退火，消除大部分铸造应力，再通过多次(2-3)正火+回火和水喷淬处理等工艺，使辊环形成更合理的结晶组织，达到符合设计要求的目标。
【实施例2】本发明新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C：2.40％；Si：1.40％；Mn：0.70％；Cr：0.60％；Ni：3.10％；Mo：0.80％；V：0.50％；Nb：0.35％；P：0.015％；S：0.010％；Ba+Ca：0.55％；Re：0.25％；中间层化学成分C：2.05％；Si：1.50％；Mn：0.70％；Cr：0.35％；Ni：0.25％；Mo：0.25％；P：0.020％；S：0.020％；芯部化学成分C：1.30％；Si：1.45％；Mn：0.60％；P：0.015％；S：0.010％。余量为Fe及少量残余元素。
所述新型高碳石墨钢辊环浇注时，浇注温度为液相温度70℃。
所述新型高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为67.4HSD，辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.8HSD。
步骤二、浇注：该新型高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺，通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金，液相温度至135℃出钢，加BaCa0.40％球化处理，球化后加0.55％CaSi孕育剂孕育，然后镇静6分钟浇注。
【实施例3】本发明新型高碳石墨钢辊环的三层化学成分为：外层化学成分C：2.50％；Si：1.60％；Mn：1.00％；Cr：0.90％；Ni：3.40％；Mo：0.80％；V：0.50％；Nb：0.50％；P：0.005％；S：0.005％；Ba+Ca：0.65％；Re：0.30％；中间层化学成分C：2.20％；Si：1.60％；Mn：0.80％；Cr：0.40％；Ni：0.40％；Mo：0.25％；P：0.010％；S：0.010％；芯部化学成分C：1.50％；Si：1.55％；Mn：0.70％；P：0.017％；S：0.018％。余量为Fe及少量残余元素。
所述新型高碳石墨钢辊环浇注时，浇注温度为液相温度80℃。
所述新型高碳石墨钢辊环表面硬度设计值为65-75HSD，实物产品实测为71.3HSD，辊环表面至孔型槽底硬度落差设计值为≤2HSD，实物产品实测为1.4HSD。
步骤二、浇注：该新型高碳石墨钢辊环采用离心三层复合铸造工艺，通过加入特殊碳化物元素V、Nb、Mo等合金，液相温度至150℃出钢，加BaCa0.60％球化处理，球化后加0.60％CaSi孕育剂孕育，然后镇静8分钟浇注。
采用本发明制备的新型高碳石墨钢辊环其优点在于，通过浇注层为外层、中间层、芯部三层，尤其对要求工作层硬度在65-75HSD之间的大型辊环φ1050mm-1400mm，减少了两种不同材质钢水浇注凝固的排他性，减轻了浇注过程中积聚产生的大量铸造应力，为浇注合格毛坯辊环奠定了基础；通过加入特殊碳化物元素，如Gr、Ni、Mo、V、Nb、Re等，对液相温度进行控制，减轻产品元素偏析，，减少产品的热裂纹及提升产品的抗热疲劳性；经BaCa球化处理和CaSi孕育剂孕育，培植分布均匀的特殊细颗粒状碳化物和具有抗氧化能力、起润滑作用的球状石墨，从而提高辊环的综合性能，延长辊环的使用寿命；通过特殊热处理，多次正火回火，热处理水平高于普通热处理水平，使辊环形成更合理的结晶组织，提高了产品的硬度，减少了产品的生产周期，进而提高辊环产量和质量，减低企业的生产成本。