專利名稱：多元高鉻鑄鋼軋鋼機組合式導(dǎo)板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為各類型鋼軋機導(dǎo)入鋼坯用導(dǎo)板及其制造方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域。
導(dǎo)板是軋鋼廠軋制型材過程中具有導(dǎo)入坯料和護衛(wèi)作用的部件，是軋鋼生產(chǎn)中必不可少的模具。它們在服役過程中承受著熾熱坯的熱負(fù)荷、沖擊、高速磨損、擠壓和冷卻水的激冷激熱作用，因而要求其材質(zhì)具有較高的強度、韌性、耐磨性、抗激冷激熱性能和抗氧化性能等。它是軋鋼機上的易損件，全國每年消耗數(shù)萬噸。導(dǎo)板的質(zhì)量直接影響到軋鋼廠型材的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低導(dǎo)板成本，提高導(dǎo)板使用壽命是軋鋼行業(yè)急待解決的難題。
目前國外的型鋼軋機上普遍采用組合式導(dǎo)板。組合式導(dǎo)板具有體積小，重量輕和安裝方便等優(yōu)點，在國內(nèi)也得到了推廣應(yīng)用。組合式導(dǎo)板對材質(zhì)性能要求較高，除有整體式導(dǎo)板所必須的性能外，還要有足夠高的韌性，國外至今仍普遍使用高鎳鉻合金制作，但生產(chǎn)成本高，在我國采用這一材質(zhì)不利于組合式導(dǎo)板的推廣使用。采用低碳鋼作本體，在工作部位堆焊硬質(zhì)合金制作導(dǎo)板的方法，存在工藝復(fù)雜和硬質(zhì)合金易開裂剝落的不足。用高鉻鑄鐵制作導(dǎo)板，其耐磨、耐熱性能都很好，但材質(zhì)脆性大，使用中易發(fā)生斷裂事故。用普通白口鑄鐵、球墨鑄鐵制作的導(dǎo)板則更難滿足生產(chǎn)要求。
本發(fā)明的目的是提供一種多元高鉻鑄鋼導(dǎo)板的化學(xué)組成成分及其制造方法。本發(fā)明是采用一種多元高鉻鑄鋼合金制作組合式導(dǎo)板，并采用濕砂型鑄造成形。其主要特點是在高鉻鑄鋼合金中加入適量的K、Na、RE和Ti，使其組織細化，特別是使共晶碳化物團球化，有利于高鉻鑄鋼力學(xué)性能的大幅度提高，最終將導(dǎo)致高鉻鑄鋼導(dǎo)板使用性能的提高。此外，導(dǎo)板制作過程中，采用高溫?zé)衢_箱工藝和亞臨界淬火工藝，可降低導(dǎo)板生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施采實現(xiàn)本發(fā)明導(dǎo)板的化學(xué)組成成分是(重量％)C0.4～1.2 Si 0.8～1.8Mn 0.5～1.5 Cr 12.0～18.0Ni 0.6～2.0 Mo 0.6～1.2K0.04～0.12 Na 0.05～0.15
Ti 0.1～0.5 RE 0.03～0.15其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
本發(fā)明導(dǎo)板可電爐生產(chǎn)，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、生鐵、低碳鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵和鎳板混合加熱熔化；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1580～1620℃，加入脫氧劑鋁，而后出爐；③將含鉀、鈉的變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)250℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進行復(fù)合變質(zhì)處理；④用濕砂型造型，澆鑄溫度為1440～1480℃；⑤澆鑄4～6分鐘后開箱風(fēng)冷導(dǎo)板；⑥導(dǎo)板在520～580℃下進行亞臨界淬火處理，保溫時間2～4小時，然后空氣冷卻至室溫。
合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的CC是影響高鉻鑄鋼硬度和韌性的主要元素，其含量高時，組織中碳化物數(shù)量多，基體硬度高，耐磨性好，但含量過高，使韌性下降，若含量過低，則使熔點升高，流動性下降，且降低耐磨性，因此C含量以0.4～1.2％為宜。
CrCr部分溶于基體中，增加高鉻鋼的淬透性和抗氧化性，部分形成碳化物，有利于耐磨性的增加和抗粘鋼性能的改善，Cr含量過高，基體轉(zhuǎn)變成鐵素體，耐磨性急劇下降，因此Cr含量以12～18％為宜。
SiSi在高溫下能形成致密的氧化膜，提高抗氧化性，但Si含量過高導(dǎo)致脆性增大，因此Si含量控制在0.8～1.8％。
MnMn能提高淬透性和強化基體，使碳化物穩(wěn)定和彌散，Mn含量小于1.5％時還可增加鋼的熱強性，Mn還有脫氧去硫作用，但Mn含量較高時，有使鋼的晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，因此Mn含量控制在0.5～1.5％。
NiNi能提高鋼對疲勞的抗力，還與鐵以互溶的形式存在于鋼中，使之強化，Ni由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度和降低鋼中各元素的擴散速度，因而提高鋼的淬透性，但Ni價格較高，因此將其含量控制在0.6～2.0％。
MoMo可顯著提高鋼的熱強性、回火穩(wěn)定性和淬透性，Mo還能顯著降低鋼的熱脆傾向，但加入量過多，對鋼的上述性能影響不大，反而促使成本增加，因此將Mo含量控制在0.6～1.2％。
K和NaK、Na可降低多元高鉻鑄鋼的初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度，初晶結(jié)晶溫度和共晶結(jié)晶溫度的下降，有助于鋼水在液相線和共晶區(qū)過冷，而合金的結(jié)晶過冷度增大，會使形核率大大增加，因此，K、Na使初晶奧氏體晶核增多，初晶奧氏體得以細化，初晶奧氏體的細化導(dǎo)致共晶反應(yīng)時殘留鋼液相互被隔開的趨勢增強，進而導(dǎo)致共晶組織的細化。此外，K、Na在共晶結(jié)晶時選擇性地吸附在共晶碳化物擇優(yōu)生長方向的表面上，形成吸附薄膜，阻礙鋼液中的Fe、Cr、C等原子長入共晶碳化物晶體，降低了共晶碳化物〔010〕擇優(yōu)方向的長大速度，導(dǎo)致〔010〕方向長大減慢，而〔001〕、〔100〕方向長大速度增大，，導(dǎo)致共晶碳化物變成不規(guī)則的團塊狀。K、Na不僅吸附在碳化物擇優(yōu)長大方向表面上阻礙碳化物在該方向的生長，而且易促進碳化物的孿晶形成，導(dǎo)致碳化物形態(tài)的團球化。初晶奧氏體的細化和共晶碳化物形態(tài)的改善，有利于高鉻鑄鋼機械性能，特別是沖擊韌性的大幅度提高，K、Na加入量過少，對高鉻鑄鋼的性能影響不大，加入量過多，導(dǎo)致合金中夾雜物數(shù)量增多，對機械性能也有不良影響，綜合考慮，將K含量控制在0.04～0.12％，Na含量控制在0.05～0.15％。
Ti加入Ti的目的是為了細化鋼的組織，提高其強度和韌性，Ti還可提高鋼的抗氧化性，加入量過少，對鋼的性能影響不大，加入量過多，增大鋼的熱裂傾向，因此Ti含量控制在0.1～0.5％。
RERE加入鋼中具有脫硫、除氣的作用，同時RE與液態(tài)金屬反應(yīng)生成的細小粒子，加速凝固的形核作用，表面活性RE元素在流動的晶體表面形成吸附原子薄膜，降低流動離子的速度，RE元素的這些特性能細化多元高鉻鑄鋼的晶粒，限制樹枝晶偏析，提高機械性能、抗氧化性和耐磨性。RE加入量過多，使RE夾雜物增多，反而降低鋼的性能，因此RE含量控制在0.03～0.15％。
不可避免的微量雜質(zhì)是原料中帶入的，其中有P和S，均是有害元素，為了保證導(dǎo)板的強度、韌性和耐磨性，我們將P含量控制在0.06％以下，S含量控制在0.05％以下。
合金材質(zhì)的性能還與熱處理工藝有直接關(guān)系，其制訂依據(jù)是組合式導(dǎo)板體積小，重量輕，壁厚薄(壁厚小于15mm)，在高溫開箱風(fēng)冷條件下，固溶于奧氏體中的C、Cr、Mo、Mn、Ni等元素不易析出，增大了高溫奧氏體的穩(wěn)定性，室溫下合金組織是奧氏體加共晶碳化物。熱處理的目的是使奧氏體穩(wěn)定化，因為導(dǎo)軋在較高溫度下工作，除要求有較高的耐磨性，還要求有一定的耐熱性和組織穩(wěn)定性，熱處理溫度較低時，因過飽和奧氏體中含有較多的合金元素，有較高的穩(wěn)定性，因此不易分解，熱處理溫度大于500℃時，過飽和奧氏體分解析出細小的特殊碳化物，從而使奧氏體中C及含金元素含量降低，提高了Ms點，使奧氏體在隨后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變成馬氏體。溫度超過600℃時，過飽和奧氏體已全部轉(zhuǎn)變成馬氏體，二次碳化物顆粒顯著長大，使二次碳化物的彌散度降低，影響材料的力學(xué)性能。為此本發(fā)明選用熱處理工藝為520～580℃保溫2～4小時后空冷。導(dǎo)板熱處理后的金相組織為共晶碳化物+二次碳化物+馬氏體+殘余奧氏體。
上述熱處理工藝取消了高溫淬火工藝，只需進行一次低溫亞臨界淬火處理，節(jié)約能源，降低成本，簡便易行，低溫?zé)崽幚磉€可確保導(dǎo)板不變形、不開裂，材料最終硬度在50HRC以上，沖擊韌性在20J/cm以上，抗拉強度大于840MPa，綜合性能優(yōu)良。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述實施例1、配料各種物料的用量(重量％)生鐵 13.1， 普通廢鋼 56.9，低碳鉻鐵 22.4， 錳鐵 0.7，硅鐵 1.0， 鉬鐵 1.1，鎳板 0.7， 含鉀物質(zhì) 1.2，含鈉物質(zhì) 1.5， 稀土硅鐵 0.6鈦鐵 0.8。
脫氧劑鋁占鋼水重量的0.4％。
2、熔煉用150公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉①將19.65公斤生鐵、85.35公斤普通廢鋼、33.6公斤低碳鉻鐵、1.65公斤鉬鐵、1.05公斤錳鐵、1.5公斤硅鐵、1.05公斤鎳板混合裝入爐中熔化；②溫度升至1610℃時加入0.6公斤鋁作脫氧劑，即刻出鋼水到澆包內(nèi)，澆包內(nèi)預(yù)先放置有粒度小于12mm，并經(jīng)200℃烘干過的1.8公斤含鉀物質(zhì)、1.05公斤含鈉物質(zhì)、1.2公斤鐵鐵和0.9公斤稀土硅鐵；③用濕砂型鑄造，澆鑄溫度為1460℃；④澆鑄5分鐘后開箱用吹風(fēng)機冷卻導(dǎo)板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤導(dǎo)板放入電阻爐中，在550℃時保溫3小時，取出導(dǎo)板空氣冷卻。從導(dǎo)板上取樣進行化學(xué)分析，其成分如下(重量％)C 0.77， Si 1.13， Mn 0.83，Cr 13.84，Ni 0.68， Mo 0.70，K 0.07， Na 0.09， Ti 0.17，RE 0.07， S 0.03， P 0.04。
其余為Fe。
在導(dǎo)板實體上切取20mm薄片測試硬度為51～53HRC。
在與導(dǎo)板同爐澆鑄的Y型試塊上切取10mm×10mm×55mm試樣，測試材質(zhì)的沖擊韌性為22～26J/cm。
在與導(dǎo)板同爐澆鑄的Y型試塊上切取Φ20mm×320mm試樣，測試材質(zhì)的抗拉強度為847～863MPa。
取本發(fā)明導(dǎo)板進行裝機使用，結(jié)果如下使用條件是250線材軋鋼機生產(chǎn)線上的K11機架上，軋Φ6.5mm線材，線材軋制速度12m/sec，本發(fā)明導(dǎo)板的平均使用壽命是240小時，平均軋鋼量676噸，原高鉻鑄鐵導(dǎo)板的平均使用壽命是60小時，平均軋鋼量169噸，原高鎳鉻導(dǎo)板的平均使用壽命是177小時，平均軋鋼量503噸。
本發(fā)明導(dǎo)板與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點本發(fā)明導(dǎo)板強度高，韌性好，耐磨性和抗氧化性優(yōu)良，抗激冷激熱性能也很好，使用過程中不斷裂、不起皮、不發(fā)生龜裂、不粘鋼，使用性能明顯優(yōu)于高鉻鑄鐵導(dǎo)板和高鎳鉻合金導(dǎo)板，生產(chǎn)工藝簡單，不需要進行高溫?zé)崽幚?，因而生產(chǎn)成本低。使用本發(fā)明導(dǎo)板可以顯著提高軋鋼機作業(yè)率，降低軋材生產(chǎn)成本，具有很好的經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
1.一種用于各類型鋼軋機導(dǎo)入鋼坯用多元高鉻鑄鋼導(dǎo)板，其特征在于導(dǎo)板的化學(xué)成分是(重量％)C0.4～1.2 Si 0.8～1.8Mn 0.5～1.5 Cr 12.0～18.0Ni 0.6～2.0 Mo 0.6～1.2K0.04～0.12 Na 0.05～0.15Ti 0.1～0.5RE0.03～0.15其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所說的導(dǎo)板制造方法，其特征在于用電爐生產(chǎn)，其工藝步驟是①將普通廢鋼、生鐵、低碳鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵和鎳板混合加熱熔化；②溫度升至1580～1620℃，加入脫氧劑鋁，而后出爐；③將含鉀、鈉的變質(zhì)劑、稀土硅鐵和鈦鐵破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)250℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進行復(fù)合變質(zhì)處理；④用濕砂型鑄造，澆鑄溫度為1440～1480℃；⑤澆鑄4～6分鐘后開箱風(fēng)冷導(dǎo)板；⑥導(dǎo)板在520～580℃下進行亞臨界淬火處理，保溫時間2～4小時，然后空氣冷卻。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于各類型鋼軋機導(dǎo)入鋼坯用多元高鉻鑄鋼導(dǎo)板及其制造方法。其化學(xué)組分為C.Si..Mn..Cr.Ni.Mo.K..Na.Ti.RE.,其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明采用上述成分的合金制作組合式導(dǎo)板。其制作方法是采用濕砂型鑄造成型,采用高溫?zé)衢_箱和亞臨界淬火工藝。其主要特點是在高鉻鑄鋼合金中加入適量的K,Na,RE和TI,使其組織細化,特別是使共晶碳化物團球化。本發(fā)明可提高導(dǎo)板使用性能和降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C22C38/50GK1180759SQ97116908
公開日1998年5月6日 申請日期1997年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月18日
發(fā)明者符寒光, 吳建中 申請人:冶金工業(yè)部北京冶金設(shè)備研究院