一种梯状贝氏体‑马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法与流程

一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法技术领域本发明涉及一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。

背景技术：
立磨、雷蒙磨等骨料破碎研磨设备，广泛应用于水泥、电力、煤炭等工业领域。作为这些设备的主要功能性部件，磨辊辊套的工作表现直接制约着整个设备的工作效率。由于在严酷的磨损条件下进行工作，对磨辊辊套的抗磨性能提出了严苛的要求，尤其是辊套表面直接承受着高强度磨损和交变强压力作用，因此现有的辊套多采用复合结构，辊套的表层选用高抗磨材料进行强化。目前，磨辊辊套的复合生产工艺主要有两种，一种采用堆焊方式，以具有足够韧性的碳钢作为基体，在表面对焊高铬铸铁等高抗磨材料，提升辊套的抗磨性能。但此种方式，由于堆焊时，基体材料和表层增强材料间存在着应力，且在工作过程中，两种材料间的弹性模量差别较大，持续工作将引起界面处交变应力的产生，在两种应力的共同作用下表面的强化层易发生脱落，导致正常生产受到影响。另一种成形方式，将高抗磨性的高铬铸铁等材料与碳钢进行离心复合，先浇铸外圈抗磨层，后浇铸内圈基体层，铸件成形冷却后，进行热处理，但由于要考虑到两种不同材料的热物理性能以及力学性能的差异，往往热处理的工艺较为复杂，也易于在工作过程两种材料的界面处产生较大应力。此外，这两种复合方式的复合强化层所选用的材料合金元素含量较高，提升了复合辊套的生产成本。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，所述复相钢耐磨辊套包括：外层和内层，外层为高硬度耐磨层，内层为韧性基体层。所述外层的化学组成按重量百分比为：C含量0.50~0.60%，Si含量1.80-2.00%，Mn含量2.50-3.00%，P含量≤0.03%，S含量≤0.03%。所述内层的化学组成按重量百分比为：C含量0.35-0.45%，Si含量1.40~1.75%，Mn含量2.00-2.40%，P含量≤0.03%，S含量≤0.03%。优选的，本发明所述外层与内层的厚度比例为1:1.5-1:3。本发明的另一目的在于提供梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法，通过简单热处理方法就可以得到高耐磨性、低生产成本的优质辊套；具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700-800r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃～1350℃时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为750-850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000-1050℃，离心机转速将至350-450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃~300℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450-600℃之间，并保温90-150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以3~6℃/min的速度加热至900~950℃，保温120~240min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280-320℃，盐浴时间为2-4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。优选的，本发明所述外层钢水出炉温度为1550~1580℃，浇注温度为1470~1530℃。优选的，本发明所述内层钢水的出炉温度为1580~1600℃，浇注温度为1480~1540℃。本发明的有益效果（1）本发明所述贝氏体-马氏体复相材料，主要由廉价的C、Si、Mn元素组成，而现有的其它技术所选用的原材料成分中含有大量的Cr、Ni、Mo等昂贵元素，而通过热处理后，贝氏体-马氏体复相材料能够获得与高铬铸铁等抗磨材料相近的性能，辊套外层硬度为57~62HRC，冲击韧性10-13J/cm2，内层硬度为50-55HRC，冲击韧性19-21J/cm2，使得本发明所述方法具有明显竞技性优势。（2）与现有技术相比，本专利所采用的热处理工艺简单，只需要进行等温淬火+回火的处理工艺，在热处理过程中，无需考虑内、外圈材料热物理性能差异较大所引起的热变形应力的不利影响，而将热处理工艺复杂化。（3）磨辊辊套在服役过程中，工作面承受着持续的交变应力作用，导致内圈和外圈之间产生交变应力作用，由于本专利的内外圈均为同系列材料，两者间的弹性模量等力学性能差别较小，大大削弱了这种应力作用，保证了辊套工作过程中的服役可靠性，避免因应力引起的裂纹等缺陷的产生。附图说明图1本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的轴向剖面图；图2本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的径向截面图。图1~2中：1-辊套外圈，2-辊套内圆，3-辊套安装轴。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为200mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表1所示：表1本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1550℃，浇注温度为1470℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1580℃，浇注温度为1480℃）；并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000℃，离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450℃之间，并保温150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃，保温120min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280℃，盐浴时间为4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为57HRC，冲击韧性为13J/cm2；内层硬度为50HRC，冲击韧性为21J/cm2。实施例2本实施例制备5吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为300mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表2所示：表2本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1560℃，浇注温度为1500℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为750r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1300℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1590℃，浇注温度为1540℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为800r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1050℃，离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至250℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在500℃之间，并保温120min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃，保温180min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为300℃，盐浴时间为3小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为60HRC，冲击韧性为12J/cm2；内层硬度为52HRC，冲击韧性为20J/cm2。实施例3本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为150mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表3所示：表3本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1580℃，浇注温度为1530℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为800r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1350℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1600℃，浇注温度为1500℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为750r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1025℃，离心机转速将至450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至300℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在600℃之间，并保温90min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以6℃/min的速度加热至930℃，保温240min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为320℃，盐浴时间为2小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为62HRC，冲击韧性为11J/cm2；内层硬度为55HRC，冲击韧性为19J/cm2。实施例4本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为80mm，内层壁厚为120mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表4所示：表4本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1568℃，浇注温度为1510℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为750r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1300℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1595℃，浇注温度为1525℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为800r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1050℃，离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至250℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在500℃之间，并保温120min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃，保温180min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为300℃，盐浴时间为3小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为57.5HRC，冲击韧性为11J/cm2；内层硬度为51HRC，冲击韧性为19J/cm2。实施例5制造3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，设计其外层壁厚为80mm，内层壁厚为120mm。其内外两层材料的化学成分质量百分比表5所示：表5本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1555℃，浇注温度为1475℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1587℃，浇注温度为1486℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000℃，离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃后，从金属型内取出。（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450℃之间，并保温150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。（4）将步骤（3）得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃，保温120min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280℃，盐浴时间为4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为59HRC，冲击韧性为11.5J/cm2；内层硬度为51.5HRC，冲击韧性为20J/cm2。