[發明專利]大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法

無效

• 申請號: 201010601310.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102019294A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 殷鳳仕;張偉;薛冰;張建忠;姜學波;周麗;田麗倩
• 申請（專利權）人: 山東理工大學;山東淄博金泰軋輥有限公司
• 主分類號: B21B27/00
• 分類號: B21B27/00;C22C38/56;C22C33/04;B22D13/00;B22D19/16
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技術領域

本發明涉及一種糧油機械用大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法，屬于輕工機械制造技術領域。

背景技術

為提高生產效率，糧油破碎機械用軋輥的尺寸越來越大，直徑達到800mm以上。傳統的直徑在600mm以下的糧油破碎機械用軋輥外層主要為鉻鉬冷硬鑄鐵，采用離心鑄造成型，顯微組織由骨架狀碳化物和珠光體組成。采用鉻鉬冷硬鑄鐵，離心鑄造成型800mm以上軋輥時，由于軋輥尺寸大，液態金屬帶入的熱量多，凝固和冷卻過程產生的鑄造應力、相變應力和熱應力很大，從而引起裂紋和硬度不均勻，軋輥面硬度差超過10HSD，造成成品率低，且耐磨性和韌性不高，使用過程中出現輥身表面剝落。國內外公開了一些用于熱軋鋼材的軋輥及其制造方法，如中國專利200710178689.7公開了一種離心復合改進型無限冷硬鑄鐵軋輥及其制備方法，其特征是軋輥外層化學成分是(重量％)：3.2-3.8％C，3.8-3.5％Ni，1.2-1.8％Cr，0.2-0.4％Mo，0.2-0.5％Cu，1.0-1.8％Si，＜0.8％Mn，0.10-0.30％Nb，0.05-0.20％Ti，0.04-0.07％Mg，0.02-0.05％Y，0.01-0.03％Sb，其余為Fe和不可避免的微量雜質，為提高軋輥的熱疲勞性能和潤滑性能，加入了較多的Si和球化元素Mg、Y形成球狀石墨；中國專利CN1598030公開了改進的鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵及復合軋輥，其特征是在含2.90-3.70％C，0.60-1.20％Si，0.4-1.2％Mn，3.01-5.00％Ni，1.00-2.00％Cr，0.20-0.60％Mo，余量為Fe組成的鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵軋輥中，加入0.03-0.1％B和0.2-1.5％Nb，由于部分硼溶入基體后，增大了基體的脆性。國外專利WO96/39544公開了一種含Nb的無限冷硬鑄鐵軋輥，在含2.5-4.0％C，4.2-4.6％Ni，0.3-0.5Mo％，1.5-2.0％Cr，0.7-1.2Si和0.7-1.0Mn的無限冷硬鑄鐵軋輥中，加入0.3-6.0％的Nb，來提高軋輥表面硬度和耐磨性，但對韌性改善不明顯。糧油機械用大尺寸軋輥與熱軋鋼材軋輥的工作環境不同，對性能要求也不一樣，按軋鋼軋輥的生產技術無法制造糧油機械用大尺寸軋輥。

發明內容

本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷、無裂紋且硬度均勻的大尺寸高韌性耐磨合金軋輥及其制造方法。其技術方案為：

一種大尺寸高韌性耐磨合金軋輥，由高韌性耐磨合金外層和高強度鑄鐵內層組成，其中外層的化學成分按質量百分比計為：碳3.2-3.6，硅＜1.0，錳0.8-2.0，硫＜0.05，磷0.1-0.3，鉻1.2-1.8，鎳3.6-4.2，鉬0.3-0.6，鈦＜0.1，釩＜0.2，其余為鐵和不可避免的雜質，其特征在于：軋輥顯微組織由碳化物、下貝氏體和奧氏體組成，其中奧氏體的體積分數在10-35％之間。

如權利要求1所述的大尺寸高韌性耐磨合金軋輥的制造方法，步驟依次是：

(1)將廢鋼、釩鈦生鐵、鉻鐵、鉬鐵、純鎳或鎳鐵按化學成分配料放入電爐中熔化，熔清后加入錳鐵，調整成分合格后，加入占鋼水質量的0.10-0.20％的鋁脫氧后出爐；

(2)將出爐鋼水采用臥式離心機澆注軋輥外層，鋼水澆注溫度為1420-1380℃；

(3)軋輥外層澆注完成后，離心機繼續旋轉，直到內表面溫度冷卻到1170-1130℃時，澆注軋輥內層，澆注溫度為1400-1350℃；

(4)冷卻；

(5)將成型的合金軋輥經機械加工制得成品；

其特征在于：步驟(4)中待軋輥在旋轉的離心機中冷卻到950-800℃，將軋輥從模具中取出空冷至400-300℃，再放入保溫爐內保持5-15小時，然后再取出空冷。

其工作原理為：

本發明大尺寸軋輥的高韌性和高耐磨性是通過控制軋輥外層合金顯微組織來實現的。通過選擇化學成分和優化制造工藝參數獲得本發明規定比例的碳化物、下貝氏體和奧氏體，其中的碳化物和下貝氏體保證合金層具有高的硬度和耐磨性，下貝氏體與馬氏體、上貝氏體和珠光體相比本身就具有良好的強度和韌性，再與規定比例的韌性好的奧氏體配合，進一步保證了合金的高韌性。

對本發明軋輥外層合金化學成分的選擇理由解釋如下：

碳：碳是影響合金軋輥外層硬度和韌性的主要元素，其含量高時，組織中碳化物數量多，基體硬度高，耐磨性好，但含量過高，碳化物數量過多，使韌性下降，使用中易產生剝落，降低軋輥使用壽命，因此C含量以3.2-3.5％為宜。