專利名稱：合金球鐵連軋組合輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)熱軋鋼管的連軋管機(jī)用的合金球鐵組合輥，可應(yīng)用于第1～6架連軋管機(jī)上。
目前，連軋管機(jī)用的軋輥均為整體澆注的合金球鐵整體輥，其組織為上貝氏體或索氏體基體上分布一定數(shù)量的碳化物，以此獲得所需的硬度與耐磨性。整體輥由于澆注后冷卻緩慢，其組織中石墨和碳化物的形態(tài)很不好，碳化物多呈網(wǎng)狀、魚骨狀、鏈狀、條狀、塊狀分布，由于碳化物強(qiáng)度極低且硬而脆，使用中稍一受力很容易碎裂成裂紋并沿其分布迅速擴(kuò)展，碳化物既是裂紋源也是其容易擴(kuò)展的途徑。而且組織中石墨和碳化物的形態(tài)愈往內(nèi)部愈差，這不僅嚴(yán)重削弱了金屬基體的強(qiáng)度，特別是疲勞強(qiáng)度、塑性和韌性，也造成了由表及里的硬度降，造成所車出的半圓孔型槽底硬度較低，隨著重車次數(shù)的增加愈來愈低，因而降低了每次重車的使用壽命，增加了換機(jī)架次數(shù)，造成了連軋條件的不穩(wěn)且難以調(diào)整控制，導(dǎo)致了產(chǎn)量、質(zhì)量成材率的降低和輥耗增大。為確保證軋出鋼管的表面質(zhì)量，又必須采用鑄鐵輥而不能使用鋼輥，而軋輥輥徑與軸徑的比值又較小，還要在輥身中部車出半圓形深孔型，并留有較寬的(15～20％D)使用范圍，如使用組合輥則輥套較薄，而現(xiàn)有技術(shù)中難以找到能耐高交變載荷周期性沖擊作用的能作連軋輥的薄壁輥套材料的合金球鐵，因此至今仍在使用合金球鐵整體輥。
本發(fā)明的目的是得到一種合金球鐵連軋組合輥，其使用壽命較高，可滿足對(duì)連軋管機(jī)較高強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性等的使用要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的該合金球鐵連軋組合輥由輥套和鍛鋼的輥軸組裝而成，輥套為下貝氏體合金球鐵，輥套外側(cè)有半圓形深孔型，澆注時(shí)在輥套的孔型周圍圍有冷卻鐵塊以加快冷速。
輥套的合金成份(Wt％)為C3.0～3.5，Si1.9～2.4，Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，Ni3.0～3.5，Mo0.2～0.4，Cu0.5～0.8，R ≤0.02，Mg≤0.04，其余為Fe，同時(shí)Mo∶Cu＝1∶2。
冷卻鐵塊內(nèi)側(cè)有一凸出的半圓形與孔型配合。
澆注時(shí)輥套的端部有冷卻鐵塊。
輥套和輥軸的裝配方法是用厭氧膠過盈加熱裝配而成。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳述。


圖1為該連軋組合輥結(jié)構(gòu)示意圖。1為輥軸，2為輥套。
圖2為輥套澆注時(shí)冷卻鐵塊位置示意圖。3為澆道，4為冷卻鐵塊，5為冒口，6為泥芯。
本發(fā)明輥套為下貝氏體合金球鐵，為獲得所需的細(xì)針狀下貝氏體同時(shí)不使碳化物析出，本發(fā)明在合金成份和澆注工藝上均進(jìn)行了改進(jìn)。
1.合金成份本發(fā)明的下貝氏體合金球鐵輥套的各合金元素的作用為c是穩(wěn)定奧氏體促進(jìn)石墨元素，炭當(dāng)量高可提高球鐵的石墨化程度，但過高會(huì)產(chǎn)生石墨漂浮。
Si是石墨化元素，可細(xì)化石墨球，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變使形成針狀下貝氏體，其最大優(yōu)點(diǎn)是在貝氏體轉(zhuǎn)變中抑制碳化物析出。
Mo加入少量(0.2Mo％)促使等溫轉(zhuǎn)變時(shí)生成貝氏體，同時(shí)可提高淬透性，細(xì)化石墨球，提高疲勞強(qiáng)度。
Cu當(dāng)與Mo以1∶2合用可收良好效果，明顯提高疲勞強(qiáng)度。
Ni提高淬透性，提高貝氏體球鐵的塑性和韌性，因?yàn)樗诘葴剞D(zhuǎn)變時(shí)能抑制貝氏體中碳化物的形成。
選用Ni、Mo、Cu做合金化元素，且Mo∶Cu＝1∶2比例加入，可提高疲勞強(qiáng)度、塑性和韌性。
為保證達(dá)到預(yù)期的性能，還需嚴(yán)格控制三種有害元素Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，且越低越好，這是為了防止能成為裂紋源及傳播通道的碳化物與磷共晶，并控制其產(chǎn)生，以防止裂紋產(chǎn)生及其擴(kuò)展，在備料時(shí)應(yīng)盡量降低Mn、P、S含量，越低越好。
2.澆注工藝由于輥套的制造工藝為鑄造輥套坯→粗車加工→熱處理(等溫淬火及低溫回火)→精車因此在澆注輥套時(shí)就應(yīng)注意控制澆注工藝。對(duì)于這種大截面的鑄件，由于澆注時(shí)其冷卻速度很慢，會(huì)導(dǎo)致石墨形狀很不好，因此在澆注時(shí)在輥套孔型外圍一圈冷卻鐵塊，而冷卻鐵塊內(nèi)側(cè)有一凸出的半圓形與孔型配合，這樣可提高冷卻速度，以便獲得石墨球細(xì)小圓整，共晶團(tuán)細(xì)而均勻，鐵素體數(shù)量較多，沒有游離滲碳體的原始鑄態(tài)組織，這樣的鑄態(tài)組織經(jīng)等溫淬火后可得到細(xì)小短針狀下貝氏體，其韌性和疲勞強(qiáng)度較高，得到鑄態(tài)組織的球化級(jí)別為1～2級(jí)，大小級(jí)別為2～3級(jí)。
輥套的熱處理制度為等溫淬火和低溫回火，即將輥套加熱至850～870℃保溫200～250分鐘進(jìn)行奧氏體化，吊出輥套放入290～310℃鹽槽中，保溫250～300分鐘進(jìn)行等溫淬火，然后放入回火爐中加熱到300～320℃保溫200～250分鐘進(jìn)行低溫回火處理，得到的基體組織為2～3級(jí)細(xì)針狀或中等針狀下貝氏體和少量和殘余奧氏體及微量(＜3％，在視場上幾乎看不到)的碳化物和磷共晶。
輥套和輥軸的裝配方法是用厭氧膠(如GY340)過盈加熱裝配而成，當(dāng)輥套用廢后卸去廢輥套再換裝一個(gè)新輥套。
與現(xiàn)有技術(shù)的整體輥相比，本發(fā)明是通過合金成份、澆注和熱處理工藝方面的控制，來獲得一種幾乎不含碳化物的高耐磨性合金球鐵，靠其針狀下貝氏體的高硬度及其分散的球狀石墨潤滑獲得更高耐磨性，其中碳化物含量幾乎為零(看不到)，極大限度地減少了碳化物這個(gè)裂紋源及傳播通道的產(chǎn)生，且具有相當(dāng)高的強(qiáng)度、較高的疲勞強(qiáng)度、一定的塑性和沖擊韌性，很高的內(nèi)外均勻一致的硬度，可應(yīng)用于大、中載荷的1～6架連軋管機(jī)，其力學(xué)性能為σb≥1000MPa σ-1≥320MPa，δ≥3％，αK≥50J/Cm2，HS=58-65，HRC=43～47。而現(xiàn)有技術(shù)中的合金球鐵整體連軋輥是靠碳化物來獲得耐磨性的，組織中碳化物含量占10～30％，故隨著重車使用次數(shù)的增加，用后槽底與側(cè)壁裂紋愈來愈嚴(yán)重，甚至?xí)斐奢伱鎵K狀剝離或斷輥等嚴(yán)重質(zhì)量和操作事故。經(jīng)軋管試驗(yàn)表明，本發(fā)明這種無碳化物連軋輥套其耐磨性(每次車削的使用壽命)比現(xiàn)用的合金球鐵整體輥可提高50％以上，而其輥套重量僅為整體輥的1／3，故可以將連軋輥消耗降低到現(xiàn)在的1／4～1／5，在提高軋輥每次車削的使用壽命的同時(shí)，減少了換輥次數(shù)，穩(wěn)定了連軋條件，提高了鋼管質(zhì)量、產(chǎn)量及成材率。
下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
該軋輥全長為1842mm，輥套外徑D為600～500mm，內(nèi)徑d為282mm，高H為284mm，輥軸為鍛鋼(如圖1示)，輥套合金球鐵成份為(Wt％)c3.08,Si2.08,Mn0.24,P0.0045,S0.01,Cu0.58,Mo0.22,Ni3.05。
在鑄造工藝中采用沖入法加入鐵水量2％的由30％的RE-Mg球化劑＋70％鎂團(tuán)塊球化劑，加入0.8％抗衰退能力較強(qiáng)的含鋇硅鐵作孕育劑進(jìn)行球化孕育。
澆注時(shí)，在孔型外有一圈冷卻鐵塊，為進(jìn)一步提高冷速在輥套端部還放有冷卻鐵塊(如圖2示)。
熱處理制度為在井式爐中加熱至860℃保溫200分鐘，然后從爐口吊出放進(jìn)300℃等溫鹽槽中淬火保溫250分鐘，再放進(jìn)回火爐中加熱到300℃保溫200分鐘進(jìn)行低溫回火，得到的金相組織為石墨的球化級(jí)別1～2級(jí)，大小級(jí)別1～3級(jí)，基體組織為2～3級(jí)細(xì)針或中等針狀下貝氏體；力學(xué)性能為σb=1050MPa，σ-1=330MPa，δ=3.5％，αK=80J/Cm2，HRC=45，經(jīng)在第3架連軋管機(jī)軋管試驗(yàn)的單道次使用壽命為5000根／次，而第3架連軋機(jī)整體輥壽命為3000根／次。
權(quán)利要求
1.一種合金球鐵連軋組合輥，其特征是是由輥套和鍛鋼的輥軸組裝而成，輥套為下貝氏體合金球鐵，外側(cè)有半圓型深孔型，澆注時(shí)在輥套的孔型周圍圍有冷卻鐵塊以加快冷速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金球鐵成份(Wt％)為C3.0～3.5，Si1.9～2.4，Mn≤0.5，P＜0.07，S＜0.03，Ni3.0～3.5，Mo0.2～0.4，Cu0.5～0.8，R ≤0.02，Mg≤0.04，其余為Fe，同時(shí)Mo∶Cu＝1∶2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金球鐵連軋組合輥，其特征是所述的冷卻鐵塊內(nèi)側(cè)有凸出的半圓形與孔型配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金球鐵連軋組合輥，其特征是澆注時(shí)輥套的端部有冷卻鐵塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的合金鐵組合輥，其特征是輥套和輥軸的裝配方法是用厭氧膠過盈加熱裝配而成。
全文摘要
一種合金球鐵連軋組合輥，由下貝氏體合金球鐵的輥套和鍛鋼的輥軸組裝而成，輥套外側(cè)有半圓形深孔型，在澆注輥套時(shí)孔型周圍圍有一圈冷卻鐵塊以加快冷速，該輥套的組織為針狀下貝氏體基體上分布著細(xì)小圓整的球狀石墨和少量的殘余奧氏體及微量碳化物與磷共晶，力學(xué)性能為σ
文檔編號(hào)B21B27/03GK1107392SQ9411825
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月17日
發(fā)明者胡連君, 程燮忠, 秦長燈, 付明喜, 林雄軍 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司