型钢万能轧机用的高碳石墨钢辊环及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乳辊及其制造方法，具体的说是一种用于型钢万能乳机用的高碳 石墨钢辊环及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 我国线材生产已经取得长足发展，2014年线材总产量达到1000 OMt以上。辊环是 线材乳机上的关键备件，万能乳机是主要的线材乳机，万能乳机主要用来乳制各类型钢，例 如：H型钢、钢轨、工字钢、槽钢、钢板粧、U型钢、L型钢、不等边角钢等各种类型的型钢，因其 适用于多品种钢材乳制，故而得名万能乳机。万能乳机用的辊环在工作中除了受线材磨损 外，还受高温线材的加热及冷却水的激冷，辊环要求具有高强度、高韧性及高热冲击抗力， 常用的无限冷硬铸铁辊环和高铬铸铁辊环高温强度低、耐磨性差、更换频繁，硬质合金辊环 成本高，半钢辊环因良好的性能应用越来越广。
[0003] 半钢乳辊定义在20世纪40年代末，美国冶金学家研究开发了碳含量介于铸铁和 铸钢之间的乳辊新材料，称之为"ADAMITE"，其碳含量在1. 3% - 2. 2%范围内，力学性能处 于钢和铁之间。它既具有铸钢乳辊的高强度和韧性，又兼有铸铁乳辊的良好耐磨性，国内 通称为"半钢"，通过合理的化学成份与热处理工艺，半钢乳辊可以获得良好的抗折断、抗磨 损、抗表面粗糙、抗热裂等性能。当半钢乳辊的碳含量大于1.8%时，又称之为高碳半钢乳 辊。
[0004] 目前万能型钢乳机所用的水平辊环一般采用高碳半钢材质制作。高碳半钢材质的 乳辊一般用在一些大中型的乳机立式机座的粗中乳机架上，其耐磨性及抗事故冲击能力较 强，但抗热裂性略差，使用中易产生龟裂，另外部分型钢厂家乳制使用半钢材质乳辊存在粘 钢现象，给型钢厂正常乳制及生产组织带来较大影响，因此需要在高碳半钢材质的基础上， 研制出一种新型的万能型钢乳机用辊环，以适应市场的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明需要解决的技术问题是针对现有技术的不足，在高碳半钢材质的基础上， 提出一种高碳石墨钢辊环及其制造方法，具有较强的耐磨性、抗破断强度和韧性，以及抗热 裂性和抗事故冲击能力，并极大降低了粘钢倾向，使用中能较好的满足乳制型材的需求。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种型钢万能乳机用的高碳石墨钢辊环，包括高碳石墨钢的外层和低碳低合金 石墨钢的芯部，所述外层的化学组分及其质量百分含量为：C:1. 70~2. 30%，Si:1. 50~ 2. 20%，Mn:0. 50 ~1. 20%，Cr:1. 00 ~1. 80%，Ni:0. 20 ~1. 20%，Mo:0. 20 ~0. 80%， P彡0. 03%，S彡0. 03%，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0008] 所述芯部的化学组分及其质量百分含量为：C:1. 00~2.00%，Si:1.00~ 2. 00%，Mn:0? 50 ~I. 50%，P彡 0? 03%;S彡 0? 03%，Cr:彡 0? 5%，其余为Fe和不可避免 的杂质。
[0009] 本发明的进一步改进在于：所述外层的化学组分及其质量百分含量为：C:1. 90~ 2. 20%，Si:1. 65 ~2. 00%，Mn:0. 85 ~1. 15%，Cr:1. 10 ~1. 40%，Ni:0. 80 ~1. 20%， Mo:0. 30~0. 60%，P彡0. 03%，S彡0. 03%，其余为Fe和不可避免的杂质；
[0010] 所述芯部的化学组分及其质量百分含量为：C:1. 10~1.40%，Si:1.00~ I. 40%，Mn:0? 50 ~0? 80%，P彡 0? 03%;S彡 0? 03%，Cr:彡 0? 4%，其余为Fe和不可避免 的杂质。
[0011] -种型钢万能乳机用的高碳石墨钢辊环的制造方法，包括如下步骤：
[0012] A、外层材料和芯部材料的熔炼：在中频炉内分别熔炼外层原材料和芯部原材料， 熔炼温度均为1500°C~1600°C，得到外层材料钢液和芯部材料钢液；
[0013] B、孕育及球化处理：将步骤A熔炼好的外层材料钢液和芯部材料钢液分别转移 到钢包中，钢包中预先加入Si-Ca粒和FeSiMgRE合金，出钢过程中随钢液冲入1#合金 和Si-Fe粒，其中的Si-Ca粒、FeSiMgRE合金、1#合金和Si-Fe粒的添加量分别为0. 3~ I. 1%、1. 0~L6%、0. 8~L2%、0. 4~L0%，孕育及球化处理温度为1500~1600°C，然 后进行镇静处理，镇静处理结束后进行浇注；
[0014] C、离心浇注：首先将铸型装入离心机内，开启离心机，离心机的转速为300rpm~ 500rpm，同时将外层材料钢液浇注于浇包内，然后通过浇包将外层材料钢液浇注到高速旋 转的铸型内，外层材料钢液的浇注温度为1350~1450°C，控制外层材料钢液凝固3~8min 将芯部材料钢液浇入浇包内，最后通过浇包将芯部材料钢液浇注到高速旋转的铸型内，芯 部材料钢液的浇注温度为1400~1500°C，芯部钢水浇注完成后3~6h关闭离心机；
[0015] D、热处理：将检测合格的辊坯先进行去应力退火，退火温度为700°C~800°C，保 温时间120~200h，保温结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度；机械加工后进 行正火+回火处理，正火温度为900°C~980°C，正火完成后以风冷+空冷的冷却方式冷却 到400°C，然后进行回火处理，回火温度为560°C~610°C，回火完成后空冷至室温；
[0016] 回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成辊环，进行超声波检测、硬度测 试和金相组织检验。
[0017] 本发明的进一步改进在于：所述步骤B中的Si-Ca粒和Si-Fe粒的粒度均为5~ 15mm，娃含量均为75%。
[0018] 本发明的进一步改进在于：所述步骤B中的孕育处理至少为两次。
[0019] 本发明的进一步改进在于：所述步骤B中的1#合金的化学组分及其质量百分含量 为：稀土 ：20%，硅：35~40%，钙：2%，锰：2%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0020] 本发明的进一步改进在于：所述步骤B中的镇静处理时间< 8分钟。
[0021] 本发明的进一步改进在于：所述步骤D中热处理后的辊环的工作层硬度为58~ 62HSD，硬度均匀性彡4HSD。
[0022] 本发明的进一步改进在于：所述步骤D中热处理后的辊环的金相组织包括珠光 体基体、面积率为10. 36%碳化物和石墨，石墨的形态为团状或团虫状，石墨的面积率为 1. 7%。
[0023] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本发明结合型钢万能乳机 的自身特点及工作条件，确定乳辊中合金元素的成分及含量，设计合理的制作工艺，采用离 心铸造，完成了以半钢乳辊为基础的一种乳辊新材质一一型钢万能乳机用的高碳石墨钢辊 环及其制造方法研发。
[0024] 石墨钢是超高碳过共析钢，经过适当的热处理，一部分碳以石墨形态析出。这种钢 主要依靠石墨起润滑作用，是一种耐摩擦磨损的材料。石墨钢可用于制造初乳机的热乳辊， 也可用于板坯、型钢热乳带钢等乳机的粗乳机架上。这种材质由于组织中含有石墨，可以提 高热导性而降低热应力。使热裂纹的形成与扩展大为减少，提高乳辊耐磨性和咬入能力，延 长乳辊使用寿命。另外，这种材质的乳辊由表面至心部的硬度变化小，可以加工较深的孔 型，使槽底和侧壁有相同的耐磨性。石墨钢还可用于自润滑轴承材料。
[0025] 高碳石墨钢乳辊的碳含量大于1. 8 %时，又称之为高碳石墨钢乳辊。由于高碳石墨 钢其基体组织与半钢相似，硬度值设计合理，同时还含有一些细小、弥散分布的球型石墨， 因此不仅具有半钢乳辊硬度落差小、耐磨性能好的优点，同时由于球型石墨起润滑作用降 低了粘钢倾向，提高了水平辊环的使用性能及稳定性，是型钢万能机架理想的工作部件。
[0026] 本发明的耐磨型高碳石墨钢材质的辊环的工作层中含有较高含量的Cr、Ni、Mo等 多种合金元素，保证工作层的高耐磨性，及良好的抗热裂性、抗事故冲击能力，芯部采用低 碳低合金石墨钢，保证芯部韧性及强度。在生产过程中采用离心复合浇注方式，采用此种浇 注方式可兼顾外层的耐磨性及芯部的韧性及强度，使得辊环的工作层组织更加致密、均匀， 进一步增强了辊环的强度，延长了辊环的使用寿命，同时降低生产成本，提高生产效率，另 外夹杂物将在离心力的作用下向毛坯内孔运动，加工时可将这些缺陷去除。
[0027] 本发明采用Si-Ca粒、1#合金和Si-Fe粒组成的复合孕育剂及至少两次的孕育处 理次数，可保证在铸造余量较小（直径方向< 20mm)的情况下有石墨析出，提高加工精度； 且在FeSiM