專利名稱：一種混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及軋輥制造，特別涉及一種由鎢絲和碳化 物顆?；祀s增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥及其制造方法。
背景技術(shù)：
軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的主要消耗部件，其質(zhì)量直接影響軋機(jī)效率、軋材質(zhì) 量、以及軋材成本，開發(fā)新型軋輥，滿足軋鋼生產(chǎn)需要，是軋輥工作者不斷 關(guān)注的課題。軋輥的使用工況，要求復(fù)合層(工作層)金屬具有相當(dāng)高的硬 度和耐磨性，而內(nèi)層則應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和韌性，為滿足此目的，目前軋輥 生產(chǎn)主要有兩種方法。
一種方法是采用單一材料離心澆注軋輥，該方法具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)
成本低、操作方法簡便等優(yōu)點。通常軋輥是在普通高速鋼的基礎(chǔ)上增加c
含量，同時大量添加V、 W、 Cr、 Mo、 Nb等元素，可以形成MC、 M2C、 M6C等多種類型合金碳化物，硬度很高，且均勻細(xì)化，具有優(yōu)異的耐磨性 能。但是，高速鋼中含有較多的W、 Cr、 Mo、 V等合金元素，而這些元素 及其形成的碳化物密度差別很大，在普通離心鑄造條件下，高速鋼軋輥中合 金元素偏析嚴(yán)重，離心鑄造高速鋼軋輥偏析主要是MC型碳化物的偏析， 嚴(yán)重影響軋輥耐磨性。同時使用單一材質(zhì)來制造軋輥，往往消耗掉大量的資 源。
另一種方法是采用雙金屬液離心澆注復(fù)合軋輥，目前這方面的專利較 多，但是實施較困難，往往難以控制兩種熔體的澆注時間和溫度，結(jié)果復(fù)合 出的軋輥質(zhì)量不高，例如澆注時夾雜物不得排出，存在與結(jié)合部位造成鑄造 缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)外層難以達(dá)到優(yōu)良的冶金結(jié)合，導(dǎo)致制造和使用過程中容 易發(fā)生開裂。因此，開發(fā)新的軋輥及其制備方法，減少合金元素的加入量，
并克服雙金屬液澆注帶來的缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員共同關(guān)注的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種混 雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥及其制造方法，本發(fā)明制作的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋 輥的復(fù)合層(工作層)為鎢絲和碳化物顆?；祀s增強(qiáng)的鑄鐵基復(fù)合材料，軋 輥的輥芯為高強(qiáng)度灰口鑄鐵，可大大提高軋輥的耐磨性和高溫紅硬性。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案
一種混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，包括輥芯和輥芯上包覆的復(fù)合層，所述 的輥芯為高強(qiáng)度灰口鑄鐵，其特征在于，所述的復(fù)合層(工作層)為鎢絲和 碳化物顆粒混雜增強(qiáng)的鑄鐵基復(fù)合材料，其厚度為2mm 8mm。
所述的碳化物顆粒由部分鉤絲和高強(qiáng)度灰口鑄鐵原位反應(yīng)得到。
上述混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥的制造方法，其特征在于，包括序列步驟
步驟一，選用直徑為0.25mm的鉤絲作為增強(qiáng)相的原材料，將鎢絲編織 成網(wǎng)，絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm,諱向間距8mm;
步驟二，在離心澆鑄前，根據(jù)合軋輥的大小和復(fù)合層厚度，截取一定大 小的鎢絲網(wǎng)，并用3。/。HN03酒精除去油污和氧化物后15(TC烘干，將鎢絲網(wǎng) 緊貼離心機(jī)的鑄型內(nèi)壁布置，其層數(shù)為1 4層；
步驟三，選用高強(qiáng)度灰口鑄鐵，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué)成分及其質(zhì)量百 分比為C: 3.10% 3.25%， Si: 2.01% 2.20%， Mn: 0.85% 0.95%， P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué)性能為315N/mm2 360N/mm2， HB為180-220;
步驟四，將高強(qiáng)度灰口鑄鐵在130(TC 135(TC之間澆注到離心機(jī)鑄模 內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為500 rpm ~600 rpm，離心澆注鑄模不用預(yù)加熱，凝固 2min 3min后拔出得到鑄態(tài)的軋輥；
步驟五，澆注完成后的軋輥，轉(zhuǎn)移到1100'C的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理, 熱處理的氣氛為氬氣氛圍，熱處理工藝參數(shù)為1100。C下熱擴(kuò)散4 6小時，
然后在850'C 90(TC之間保溫4 8小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即制成 混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥。
本發(fā)明制備的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
1、 通過一種金屬液體的離心澆鑄和熱處理工藝，即可得到復(fù)合層(工 作層)為混雜增強(qiáng)鐵基材料，芯部為灰口鑄鐵的復(fù)合軋輥，大大提高了軋輥 的耐磨性和高溫紅硬性。
2、 本發(fā)明將增強(qiáng)相鎢絲編織成網(wǎng)，只對復(fù)合層(工作層)進(jìn)行強(qiáng)化， 大大節(jié)約了資源。


圖l是離心澆注前的鎢絲網(wǎng)布置圖； 圖2是熱處理后的復(fù)合軋輥以及試樣截取的示意圖； 圖3是試樣的水平面的形貌圖； 圖4是試樣的端部形貌圖片；
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案的理論支撐是金屬鎢絲和灰口鑄鐵有較好 的潤濕性，復(fù)合過程中能夠達(dá)到冶金結(jié)合的程度。因此，預(yù)先將鎢絲布置于 離心鑄模的內(nèi)壁，通過離心澆鑄一種金屬液體和熱處理，即可得到軋輥的復(fù) 合層(工作層)為鴇絲和顆?；祀s增強(qiáng)的復(fù)合軋輥，軋輥的復(fù)合層(工作層) 具有較高的硬度和較好的紅硬性，芯部仍為灰口鑄鐵，不但達(dá)到了雙金屬液 澆注的目的，而且大大節(jié)約了資源。
本發(fā)明制備的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，包括輥芯和輥芯上包覆的復(fù)合 層，所述的輥芯為高強(qiáng)度灰口鑄鐵，其中復(fù)合層(工作層)為鎢絲和碳化物 顆?；祀s增強(qiáng)的鑄鐵基復(fù)合材料，其厚度為2mm 8mm，碳化物顆粒由部 分鴇絲和高強(qiáng)度灰口鑄鐵原位反應(yīng)得到。 (1) 鎢絲首先編織成絲網(wǎng)，絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm，緯向 間足巨8mm。
(2) 根據(jù)合軋輥的大小和復(fù)合層厚度，截取一定大小的鎢絲網(wǎng)，并用 3%HN03酒精除去油污和氧化物。
(3) 將截取的鎢絲網(wǎng)緊緊緊貼在離心機(jī)鑄模的內(nèi)壁布置，其布置層數(shù) 為l-4層，如附圖l所示，圖中，標(biāo)號l表示離心機(jī)鑄模，標(biāo)號2表示l-4 層鎢絲網(wǎng)。
(4) 將高強(qiáng)度灰口鑄鐵在130(TC 135(TC之間澆注到離心機(jī)鑄模內(nèi)， 凝固2min 3min后拔出，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為500 600rpm，離心澆注鑄模不用 預(yù)加熱，凝固2 3min后拔出得到鑄態(tài)的軋輥，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué)成分 為C: 3.10%~3.25%, Si: 2.01o/o~2.20%， Mn: 0.85%~0.95%， P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué)性能為315~360N/mm2， HB為180-220。
(5) 拔出的鑄態(tài)的軋輥很快轉(zhuǎn)移到IIO(TC的熱處理爐內(nèi)4~6小時熱擴(kuò) 散，然后在850'C 90(TC時保溫4 8小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即可 得到混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，如附圖2所示，圖中，標(biāo)號3表示試樣位置， 4表示熱處理后的復(fù)合層，5表示灰口鑄鐵基體。所有熱處理的氣氛為氬氣 氛圍。
制備的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥復(fù)合層(工作層)的顯微組織如圖3 和圖4所示，實驗證明，該混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥復(fù)合層具有較高的紅硬 性和較好的耐磨性，與輥芯結(jié)合良好，其內(nèi)應(yīng)力小、可大大延長軋輥的使用 壽命。
以下是發(fā)明人給出的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明不限于這些實施 例，在本發(fā)明給出的范圍內(nèi)，均能夠制造合格的混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥。 實施例l:
制備尺寸為O219咖X1000咖，壁厚為35咖的混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥,
要求復(fù)合層(工作層)厚度為2mm 3皿。
本實施例的制備工藝步驟如下
A:用直徑為0.25mm的鎢絲作為增強(qiáng)相的原材料，將鎢絲編織成網(wǎng)， 鴇絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm，緯向間距8mm;截取鎢絲網(wǎng)，其長 度取1000mm，寬度為3.14X219Xl=686.7mm，取700mm的值。
B:將鉤絲網(wǎng)緊貼鑄模的內(nèi)壁，鴇絲網(wǎng)在鑄模的內(nèi)壁基本圍成一圈(如 圖1所示)。
C:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為500rpm時，將溫度為130(TC 135(TC的高強(qiáng)度灰口 鑄鐵澆注到離心機(jī)的鑄模內(nèi)，凝固2min 3min后拔出，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的 化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C: 3.10%~3.25%， Si: 2.01%~2.20%， Mn: 0.85%~0.95%, P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe。高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué) 性能315 360N/mm2， HB為180-220。
D:拔出的鑄模立即轉(zhuǎn)移到熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，氣氛為氬氣氛圍， 工藝參數(shù)為熱處理爐升溫至IIOO'C，保持4小時，進(jìn)行熱擴(kuò)散，然后降 溫至850"C，保溫4小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即可得到混雜增強(qiáng)鐵 基復(fù)合軋輥(如圖2)，該混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥復(fù)合層(工作層)與輥芯 結(jié)合良好，其顯微組織如圖3和圖4所示。 實施例2:
本實施例是制備尺寸為O315mmX1000mm，壁厚為45mm的混雜增強(qiáng)鐵 基復(fù)合軋輥，要求復(fù)合層(工作層)厚度為4mm 5mm。
本實施例的制備工藝步驟如下-
A:用直徑為0.25mm的鎢絲作為增強(qiáng)相的原材料，將鎢絲編織成網(wǎng)， 鉤絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm，緯向間距8mm，截取鎢絲網(wǎng)，其長 度為1000mm，寬度為3.14X315X2=1978.2mm，取2000mm的值。
B:將鉤絲網(wǎng)緊貼鑄模的內(nèi)壁，鴨絲網(wǎng)在鑄模的內(nèi)壁基本圍成兩圈(如 圖1所示)。
C:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為550rpm時，將溫度為130(TC 135(TC的高強(qiáng)度灰口 鑄鐵澆注到離心機(jī)的鑄模內(nèi)，凝固2 3min后拔出，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué) 成分及其質(zhì)量百分比為C: 3.10%~3.25%, Si: 2.01%~2.20%， Mn: 0.85%~0.95%, P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe。高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué) 性能315~360N/mm2， HB為180-220。
D:拔出的鑄模立即轉(zhuǎn)移到熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，氣氛為氬氣氛圍， 工藝參數(shù)為熱處理爐升溫至IIOO'C,保持5小時，進(jìn)行熱擴(kuò)散，然后然 后降溫至85(TC，保溫6小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即可得到混雜增 強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥(如圖2)，該混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥復(fù)合層(工作層)與 輥芯結(jié)合良好，其顯微組織與實施例1與的圖3和圖4基本相同。 實施例3:
本實施例是制備尺寸為O315,X1800咖，壁厚為45咖的混雜增強(qiáng)鐵 基復(fù)合軋輥，要求復(fù)合層(工作層)厚度為6 mm 8mm。
本實施例的制備工藝步驟如下
A:用直徑為0.25mm的鎢絲作為增強(qiáng)相的原材料，將鎢絲編織成網(wǎng)， 鉤絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm，諱向間距8mm，截取鉺絲網(wǎng)，其長 度為1800mm，寬度為3.14X315 X4=3956.4mm，取4000mm的值。
B:將絲網(wǎng)緊貼鑄模的內(nèi)壁，鎢絲網(wǎng)在鑄模的內(nèi)壁基本圍成四圈(如圖 l所示)。
C:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為600rpm時，將溫度為130(TC 135(TC的高強(qiáng)度灰口 鑄鐵澆注到離心機(jī)的鑄模內(nèi)。凝固2 3min后拔出，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué) 成分及其質(zhì)量百分比為c: 3.10%~3.25%， Si: 2.01%~2.20%， Mn: 0.85%~0.95°/。， P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe。高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué) 性能315 360N/mm2， HB為180-220。
D:拔出的鑄模立即轉(zhuǎn)移到熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，氣氛為氬氣氛圍，
工藝參數(shù)IIO(TC的熱處理爐內(nèi)6小時熱擴(kuò)散，然后在900'C條件下保溫8
小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即可得到混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥(如圖2)，
該混雜增強(qiáng)鐵基復(fù)合軋輥復(fù)合層(工作層)與輥芯結(jié)合良好。其顯微組織與
實施例1的圖3和圖4基本相同。
權(quán)利要求
1. 一種混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，包括輥芯和輥芯上包覆的復(fù)合層，所述的輥芯為高強(qiáng)度灰口鑄鐵，其特征在于，所述的復(fù)合層為鎢絲和碳化物顆?；祀s增強(qiáng)的鑄鐵基復(fù)合材料，其厚度為2mm～8mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，其特征在于，所述 的碳化物顆粒由部分鎢絲和高強(qiáng)度灰口鑄鐵原位反應(yīng)得到。
3. 如權(quán)利要求1所述的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥，其特征在于，所述 的高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C: 3.10% 3.25%， Si: 2.01% 2.20%， Mn: 0.85% 0.95%， P<0.1%， S<0.1%，其余含量為Fe， 高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué)性能315~360N/mm2， HB為180-220。
4. 權(quán)利要求1所述的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥的制造方法，其特征在 于，包括序列步驟步驟一，選用直徑為0.25mm的鎢絲作為增強(qiáng)相的原材料，將鎢絲編織 成網(wǎng)，絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為經(jīng)向間距0.5mm，緯向間距8mm;步驟二，在離心澆鑄前，根據(jù)合軋輥的大小和復(fù)合層厚度，截取一定大 小的鉤絲網(wǎng)，并用3MHN03酒精除去油污和氧化物后15'C烘干，將鎢絲網(wǎng) 緊貼離心機(jī)的鑄型內(nèi)壁布置，其層數(shù)為1 4層，步驟三，選用高強(qiáng)度灰口鑄鐵，高強(qiáng)度灰口鑄鐵的化學(xué)成分為C: 3.10% 3.25%， Si: 2.01% 2.20%， Mn: 0.85% 0.95%， P<0.1%， S<0.1%， 其余含量為Fe,高強(qiáng)度灰口鑄鐵的力學(xué)性能315N/mn2 360N/mm2， HB為 180~220;步驟四，將高強(qiáng)度灰口鑄鐵在130 1350'C之間澆注到離心機(jī)鑄模 內(nèi)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為500 rpm ~600 rpm,離心澆注鑄模不用預(yù)加熱，凝固 2min 3min后拔出得到鑄態(tài)的軋輥；步驟五，澆注完成后的軋輥，轉(zhuǎn)移到110'C的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理， 熱處理的氣氛為氬氣氛圍，熱處理工藝參數(shù)為110'C下熱擴(kuò)散4 6小時，然后在850TC 900TC之間保溫4 8小時進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，再爐冷至室溫，即制成 混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥及其制造方法，制得的該混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥的復(fù)合層(工作層)為鎢絲和碳化物顆?；祀s增強(qiáng)的鑄鐵基復(fù)合材料，軋輥的輥芯為高強(qiáng)度灰口鑄鐵。其制備方法是用鎢絲編制成的鎢絲網(wǎng)預(yù)先布置在離心機(jī)的鑄型內(nèi)，其層數(shù)布置1～4層，在1300℃～1350℃時將高強(qiáng)度灰口鑄鐵澆注到具有一定旋轉(zhuǎn)速度的離心機(jī)鑄型內(nèi)，鑄態(tài)的軋輥經(jīng)過熱處理熱擴(kuò)散和相轉(zhuǎn)變后爐冷至室溫，得到混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥。該混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥的復(fù)合層(工作層)與輥芯的結(jié)合良好，實驗證明，本發(fā)明制備的混雜增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合軋輥具有較高的紅硬性和較好的耐磨性，內(nèi)應(yīng)力小、可大大延長軋輥的使用壽命。
文檔編號B22D13/00GK101386029SQ200810232068
公開日2009年3月18日 申請日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者崔雅茹, 牛立斌, 許云華 申請人:西安建筑科技大學(xué)