專利名稱：復合鑄鐵軋輥及其鑄造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種冶金軋輥及其鑄造方法，特別涉及一種鑄鐵軋輥及其鑄造方法的改進，屬于冶金工業(yè)大型消耗工具的鑄造技術(shù)。
目前，冶金軋輥的生產(chǎn)，特別是鑄鐵軋輥，為了提高其綜合性能，采取不同的方法，其中復合鑄鐵軋輥是以沖洗法或半沖洗法置換輥芯鐵水提高軋輥強度，或采用離心鑄造方法。
在《鑄鐵軋輥生產(chǎn)》(1988年1月冶金工業(yè)出版社第53頁)中，介紹了一種冷硬球墨復合軋輥，其目的提高軋輥強度和輥身表面硬度，增強抗裂紋性能，其構(gòu)成是將鐵液球化處理后，使輥身表面形成冷硬白口層，然后用高強度鑄鐵澆注輥芯，或者采取內(nèi)層鐵液中沖入一定數(shù)量硅鐵粒，改變輥芯組織和性能，有時也用所謂沖洗法或者半沖洗法置換芯部鐵液提高輥芯強度，構(gòu)成灰口區(qū)與輥身的表面白口區(qū)之間形成一個過渡層。這些組織的形成，其中影響軋輥性能的重要因素是化學成分，按現(xiàn)行鑄鐵軋輥化學成分的標準規(guī)定，往往因為鑄造方法和生產(chǎn)實踐影響因素復雜難于掌握，特別如寬厚板軋機軋輥，因輥身長，軋輥的重量大，工作負荷條件刻苛，往往不能滿足要求，表面剝落，生產(chǎn)中斷輥事故時有發(fā)生，特別采用沖洗法或半沖洗法，軋輥強度，輥身工作層硬度及抗剝落性、耐磨性難于同時提高，鑄造時鐵水利用率只有30～60%，浪費大。此外，球化處理鐵水時往往用壓力加鎂或敝口包包底加筑堤方法，工藝復雜。當離心鑄造軋輥時勢必提高鐵水溫度，往往球化及孕育衰退嚴重，影響提高軋輥強度，不能滿足現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)要求。
在中國專利CN85102836A中，公開了一種離心鑄造雙金屬套管的方法，其目的是簡化工藝降低成本，構(gòu)成是將金屬套的外層和芯部用兩種金屬離心鑄造形成內(nèi)外兩層套管冶金結(jié)合，其外層套管內(nèi)表面熔渣須在內(nèi)層金屬液中游浮到內(nèi)層金屬液內(nèi)表面，但這對于輥身長重量大的軋輥，因鑄件大不僅離心鑄造和雙金屬結(jié)合難度大，而且無保護渣時的熔浮也是很難解決。只限于立式離心鑄造，不能滿足要求。
在中國專利CN86107631A中，公開了一種離心復合釩鈦鑄鐵軋輥及其鑄造方法，其目的是利用就地釩鈦生鐵資源，放寬工藝參數(shù)的控制范圍，簡化操作，構(gòu)成是輥身與輥芯鐵水成分匹配，均采用離心鑄造，通過控制轉(zhuǎn)速和溫度等工藝參數(shù)，達到冶金結(jié)合，但其只限于立式離心機上鑄造一般要求重量較小的軋輥，而對于輥身長2m以上，重量10t左右的重型鑄件，特別寬厚板軋機要求重量大，強度高的軋輥鑄造，受離心鑄造設備條件的限制，通過控制轉(zhuǎn)速和溫度來清理表面夾雜和氧化膜，不僅操作和掌握困難，而且往往因鑄件大，冷凝時間長，結(jié)晶組織變化影響提高軋輥性能及效果，不能滿足要求。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中不足之處，提供一種合金鑄鐵與球墨鑄鐵復合的軋輥及其離心鑄造與靜態(tài)鑄造的復合鑄造方法，提高軋輥強度和輥面硬度及其抗剝落性及耐熱耐磨性能，以滿足軋制力大的寬厚板軋機要求的復合鑄鐵軋輥。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到輥身工作層為高鎳鉻合金鑄鐵和輥芯為球墨鑄鐵構(gòu)成的復合鑄鐵軋輥，兩種鑄鐵含C為同量控制在3.0～3.4%，輥芯球墨鑄鐵Si含量1.7～2.8%，Mn 0.5～0.9%，P 0.1～0.3%，S ≤0.02%，此外含有合金元素Ba、ca、Sb、Y，其含量百分比各為微量至0.2，0.01，0.02及0.03，輥身工作層高鎳鉻合金鑄鐵中Si含量0.8～1.0%，Mn/0.5～0.8%，P 0.1～0.2%，S ≤0.03%，另外含Mo 0.2～0.4%，Cr 1.4～1.8%，Ni 4.0～4.3%，鑄造輥身工作層內(nèi)表面用保護熔劑，離心鑄造時形成內(nèi)表面具有3～10mm保護熔劑層，再靜鑄輥芯部分，使其熔鑄冶金結(jié)合。
輥芯部分的鐵水，鑄前經(jīng)過球化處理，在爐前的敝口平底鐵水包內(nèi)底部的一側(cè)，依照如下順序加入孕育劑、球化劑1)加含Ba 4.0～9.0%的鐵硅鋇孕育劑0.8～1.8%，2)再加含Sb不小于99%的銻合金0～0.02%，3)再加含Y 1.0～6.0%的重稀土鎂合金球化劑0.8～2.0%。
向包內(nèi)沖入鐵水至包底的另一側(cè)，沖入后20秒至100秒之內(nèi)，加入含C量55～62%的炭化稻殼抑制劑。鑄后保溫。至輥體＜100℃開箱本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到輥芯部分的球墨鑄鐵中除含C 3.0～3.4%，Si 1.7～2.8%，Mn 0.5～0.9%，P 0.1～0.3%，S ≤0.02%外還含有合金元素成分%Mg 0.02～0.09，Ba 0.001～0.2，Ca 0.001～0.01，Sb 0～0.02，Y 0.006～0.03，余量Fe。通過選用重稀土鎂球化劑和鐵硅鋇孕育劑，控制球化及化學成分。
所選用的球化劑，化學成分%Mg 5.0～10.0，Y 1.0～6.0，Si 30.0～50.0，余為Fe。
所選用的孕育劑，化學成分%Ba 4.0～9.0，Ca 1.0～3.0，Si 40.0～60.0，其余Fe。
所選用的銻合金為含銻量不小于99%。
輥身工作層高鎳鉻合金鑄鐵中，除含C 3.0～3.4%，Si 0.8～1.0%，Mn 0.5～0.8%，P 0.1～0.2%，S ≤0.02%外還含有合金元素成分%Ni 4.0～4.3，Cr 1.4～1.8，Mo 0.2～0.4，其余Fe。
輥身工作層采用離心鑄造，澆注溫度為1200～1420℃，重力倍數(shù)為70～100，注速為50～100kg/s，鐵水澆注后即時加入足可以在鑄件內(nèi)表面形成3～10mm厚的保護熔劑層，選用的保護劑為玻璃渣，再澆注輥芯部分，使輥芯與輥身熔鑄冶金結(jié)合。
在輥芯鐵水球化處理及澆注過程中，鐵水表層始終有含C量55～62%多孔隙炭化稻殼抑制劑，用以控制球化劑與孕育劑的燒損和鐵水保溫。
復合鑄造時，可以在臥式離心機上，把事先經(jīng)過予熱到150～300℃、噴涂料后再加熱到250～350℃的鑄型裝好，選用上述的工藝參數(shù)，進行離心澆注，鐵水全部澆注后，在離心機同等轉(zhuǎn)速下，投入保護劑。停機之后，將鑄型連同鑄件作為鑄型體，豎立置于鑄造底座上，加裝鑄造冒口等組成合箱，進行靜態(tài)澆注輥芯部分。工藝參數(shù)澆注溫度1340～1420℃，注速18～30kg/s。使其與輥身工作層部分，熔鑄冶金結(jié)合。鑄后保溫至＜100℃。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點1、調(diào)整輥身與輥芯的化學成分，使輥身工作層硬度、耐磨性、抗剝落性均有提高，高溫性能改善，輥芯強度及綜合性能提高。由于輥身有高鎳鉻合金元素及離心鑄造，使輥身形成貝氏體+萊氏體+碳化物組織，表面硬度達Hs70～85，提高了軋輥強度，改善韌性和高溫性能。輥芯球墨鑄鐵中有Y，Sb，Ba，Ca合金元素使軋輥強度提高，改善綜合性能，減少和消除斷輥事故。釔在可以在較高的球化處理溫度及較長的凝固時間內(nèi)保證長時間的球化效果，鋇、鈣則保證長時間的孕育效果，銻抑制石墨出現(xiàn)碎塊改善芯部球化。這些元素都使輥芯的組織細化，增加石墨球數(shù)，減小石墨球徑。
2、鑄造工藝簡化，特別輥芯鐵水球化處理，無需壓力加鎂或包底筑堤，由于使用抑制劑，可以控制球化劑與孕育劑燒損，并有鐵水保溫的效果。
3、復合鑄造，離心鑄造與靜鑄造分別使用，使其適應各自特性要求而提高軋輥綜合性能，與沖洗法和半沖洗法置換軋輥芯部鐵水的方法比，提高鐵水利用率分別為40-70%及10-30%，具有節(jié)約能源，降低成本的經(jīng)濟效果。
本發(fā)明下面將結(jié)合實施例作進一步詳述在2300寬厚板軋機上使用輥身工作直徑760mm，輥身長2300mm，重量10t的復合鑄鐵軋輥及其鑄造方法，實施前準備輥身工作層鐵水2850kg，可以在工頻爐熔煉，選取鐵水的化學成分%C 3.27，Si 0.935，Mn 0.71，P 0.207，S ＜0.03，Ni 4.16，Cr 1.68，Mo 0.33。制備離心機鑄型，冷型予熱溫度250℃。在離心機轉(zhuǎn)速4.84轉(zhuǎn)/秒時噴涂高鋁粉涂料，涂料層厚2.0～3.0mm，再次加熱到280℃，調(diào)整離心機轉(zhuǎn)速到10.83轉(zhuǎn)/秒，將對輥身工作層進行離心澆注，溫度1380℃，注速70kg/s，鐵水澆注后，即將玻璃渣25kg加入，使其在鑄件內(nèi)表面形成3～10mm保護渣層，至980秒后，停機，將鑄件連同鑄型豎起置于制備的鑄造底座上，組裝相應的冒口、組成合箱，準備澆注輥芯。
制備輥芯鐵水10t，可以在反射爐內(nèi)熔煉調(diào)整和控制鐵水化學成分%C 3.22，Si 1.038，Mn 0.57，P 0.26，S ＜0.03，出爐前準備10t敝口平底包，在包底的一側(cè)，按順序加入孕育劑含鋇4.0～9.0%的鐵硅鋇合金150kg，其化學成分%Ba 7.0，Si 58.0，ca 2.8，其余Fe;再加入含Sb≥99%的Sb合金0.5kg，然后加球化劑，含釔1.0～6.0%的重稀土鎂合金170kg，其化學成分%Mg 7.8，Y 1.8，Si 43，其余Fe。
鐵水出爐時，進行鐵水球化處理，應將鐵水沖入事先準備好的敝口平底包內(nèi)的另一側(cè)，避開直接沖在放好的料劑上，沖入50秒左右，當見閃出鎂光時即向包內(nèi)一次加入2kg炭化稻殼抑制劑，其含C量55～62%，直至包內(nèi)鐵水充滿，球化處理完成后，在已合箱的鑄型中進行輥芯部分的靜鑄。
澆注溫度1380℃注速24kg/s鑄后保溫至輥體溫度低于100℃時開箱。
該復合鑄鐵軋輥綜合強度提高，石墨情況改善。水口端σb達到340至390MPa(一般現(xiàn)有技術(shù)只有270MPa)，石墨情況球狀十團絮狀(一般現(xiàn)有技術(shù)為蠕蟲狀十團絮狀)。
權(quán)利要求
1.一種復合鑄鐵軋輥，由輥身工作層為高鎳鉻合金鑄鐵和輥芯球墨鑄鐵冶金結(jié)合構(gòu)成，其特征在于，輥芯為含有合金元素Ba、Ca、Sb、Y的球墨鑄鐵，其含量百分比各為微量到0.2、0.01、0.02、及0.03，輥芯與輥身工作層鑄造冶金結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合鑄鐵軋輥，其特征在于輥身工作層高鎳鉻合金鑄鐵的成分為C 3.0～3.4%，Si 0.8～1.0%，Mn 0.5～0.8%，P 0.1～0.2%，S≤0.03%，Ni 4.0～4.3%，Cr 1.4～1.8%，Mo 0.2～0.4%，其余Fe，輥芯球墨球鑄鐵的成分為C 3.0～3.4%，Si 1.7～2.8%，Mn 0.5～0.9%，P 0.1～0.3%，S ≤0.02%，Y 0.006～0.03%，Mg 0.02～0.09%，Ba 0.001～0.2%，Ca 0.001～0.01%，Sb 0～0.02%，其余為Fe。
3.一種復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，包括輥芯鑄鐵水鑄前的球化處理及其復合鑄造，其特征在于所說的輥芯鐵水鑄前球化處理是在敝口平底鐵水包底的一側(cè)，依照順序加入含鋇4.0～9.0%的孕育劑重量比0.8～1.8%，銻0～0.02%再加入含釔1.0～6.0%的球化劑重量比0.8～2.0%，之后向包底的另一側(cè)沖入鐵水，在20～100秒之間加入可以覆蓋金屬液表層的抑制劑，所說的復合鑄造是離心鑄造輥身工作層，靜態(tài)鑄造輥芯，并以鑄造保護熔劑使輥芯與輥身工作層鑄造冶金結(jié)合，鑄后保溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，其特征在于輥芯鐵水鑄前球化處理是通過加入球化劑、孕育劑和銻合金，控制鐵水球化及化學成分，選用球化劑為重稀土鎂合金化學成分%為Mg 5.0～10.0，Y 1.0～6.0，Si 30.0～50.0，余量為Fe。孕育劑為鐵硅鋇合金，化學成分%為Ba 4.0～9.0，Ca 1.0～3.0，Si 40.0～60.0，余量為Fe。銻合金中銻含量≥99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，其特征在于復合鑄造是在臥式離心機上鑄造輥身工作層，澆注溫度1200℃～1420℃，重力倍數(shù)70～100，注速50～100kg/s，完成鐵水澆注后，立即加入足可以在鑄件表面形成3～10mm保護熔劑的凝固層，然后立式靜態(tài)鑄造輥芯，輥身與輥芯在熔鑄中使其冶金結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或者權(quán)利要求5所述的復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，其特征在于選用的保護熔劑為玻璃渣，普通碎玻璃粒度≤3mm，在同等轉(zhuǎn)速下投入。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或者權(quán)利要求5所述的復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，其特征在于立式靜鑄輥芯的工藝參數(shù)澆注溫度 1340℃～1420℃，注速 18～30kg/s，鑄后保溫至輥體溫度＜100℃時開箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合鑄鐵軋輥的鑄造方法，其特征在于鐵水球化處理及待注鐵水保溫，通過加入含C量55～62%的炭化稻殼抑制劑浮于鐵水表面控制球化劑和孕育劑的燒損。
全文摘要
本發(fā)明為一種復合鑄鐵軋輥及其鑄造方法，其構(gòu)成是輥身工作層為高鎳鉻合金鑄鐵，輥芯為含有Ba，Ca，Sb，和Y的球墨鑄鐵，輥芯鐵水球化處理，通過球化劑及孕育劑，抑制劑控制球化及化學成分，輥身與輥芯各以離心鑄與靜鑄，復合鑄造，通過保護熔劑達到熔鑄冶金結(jié)合。本發(fā)明能使輥面硬度和沖擊韌性、耐高溫性能提高，抗剝落性能好。軋輥強度及綜合性能高，抗拉強度可以提高40～70％，鐵水利用率可以提高30～40％。鑄造工藝簡化，節(jié)約能源，降低成本，可以滿足軋制力大的寬厚板軋機要求。
文檔編號B22D19/16GK1077401SQ93100898
公開日1993年10月20日 申請日期1993年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月27日
發(fā)明者白云波, 鄭光華, 申德恩, 張林富, 周國寬 申請人:鞍山鋼鐵公司, 鞍山鋼鐵公司軋輥廠