專利名稱：一種抗磨蝕沉沒輥軸套及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉沒輥軸套及其制造方法，特別涉及一種抗磨蝕沉沒輥軸套及其制造方法，屬于沉沒輥軸套技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)時，鋼帶通過浸在鋅液(溫度為46(T480°C)中的沉沒輥而改變方向，即由進入鋅鍋浸鋅變?yōu)槌鲣\鍋、鍍鋅層凝固冷卻。隨鋼帶的運動而轉(zhuǎn)動的沉沒輥通過兩側(cè)的軸套支撐在固定架上，軸套起滑動軸承的作用。國內(nèi)外目前熱鍍鋅機組使用的軸套材料，包括鈷基合金Stellite 6B、低碳Cr-Ni合金鋼與奧氏體耐熱鋼等，其中鈷基合金具有抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、高硬度等優(yōu)良特性，用做沉沒輥軸套，使用效果最好，但是，鈷基合金價格昂貴，推廣使用困難。而Cr-Ni合金鋼與奧氏體耐熱鋼軸套由于受鋅液侵蝕而在表面形成了含Zn約13at%的Al5Fe2塊狀相，這些平均硬度約為HV700、直徑約為50 μ m的脆性塊狀相成為磨粒而使軸套受劇烈的磨粒磨損。軸套受腐蝕磨損和磨粒磨損的聯(lián)合作用而迅速失效。因此，要提高軸套的使用壽命應從以下兩方面著手一是提高軸套材料耐鋅液侵蝕的能力，二是提高軸套本身硬度以減輕磨粒磨損程度。由于軸套在鋅液中工作，因此要求材料應有較高的高溫硬度。軸套采用電弧焊安裝在固定架和沉沒輥上，使用后也采用電弧焊將軸套最薄處燒裂而卸下。因而，軸套材料要有一定的可焊性。為了提高沉沒輥軸套的使用壽命，中國發(fā)明專利CN101205598公開了一種沉沒輥軸套，由不銹鋼基體I和鈷基激光熔覆層2兩部分組成，鈷基激光熔覆層2覆蓋在不銹鋼基體I之上。該發(fā)明還提供沉沒輥軸套的制造方法，其特征在于工序如下1.加工不銹鋼基體I ;2.機械加工；3.激光熔覆，在不銹鋼基體I外圓上，先熔覆打底層，再熔覆功能層；激光熔覆工藝參數(shù)為激光功率3000 5000W，光斑直徑為2 5mm，掃描速度2 10mm/s ；
4.機械加工至設(shè)計尺寸。該發(fā)明提供的沉沒輥軸套及其制造方法，其優(yōu)點在于材料利用率高；耐熔鋅腐蝕層厚，可以達到2mm以上；軸套強度高；而且該制造方法適應性強、操作簡便、規(guī)范性強。中國發(fā)明專利CN102128208A還公開了一種高結(jié)合強度沉沒輥軸套的制備方法。通過陶瓷表面金屬化及釬焊技術(shù)，對不銹鋼和陶瓷基體進行連接。主要工序有1、陶瓷表面金屬化；2、采用Co基釬料釬焊連接陶瓷和不銹鋼基體。Co基釬料中含有Co、Si、Cu、Cr、B、W、C和粘結(jié)劑，原料可以是單質(zhì)粉末或合金或化合物，也可以是這幾種材料的組合；粘結(jié)劑可以是無機物質(zhì)，還有部分添加劑和助劑混合。該發(fā)明提供的高結(jié)合強度軸套的制備方法，其優(yōu)點在于陶瓷與金屬的結(jié)合強度高、耐熔鋅腐蝕層厚，可以達到2_以上，大大地延長了耐高溫鋅液腐蝕壽命；而且該制造方法適應性強、操作簡便、規(guī)范性強、生產(chǎn)成本較低，具有巨大的實用價值。中國發(fā)明專利CN101596634還公開了一種熱浸鍍用沉沒輥和穩(wěn)定輥兩端的軸瓦和軸套的復合堆焊方法，其基體采用不銹鋼鐵基材料，在其基體上堆焊有鈷基合金材料工作面，采用的步驟為將制成的軸瓦和軸套的基體預熱至500 650°C，保溫I 3h，而后以50-150°C /h的速度緩冷至250-350°C，在其基體上堆焊鈷基合金材料，將堆焊好的軸瓦和軸套加熱到500 650°C，保溫I 3h，而后以10-50°C /h的速度緩冷到室溫，最后對復合堆焊的軸瓦和軸套進行粗加工和精加工；該發(fā)明的沉沒輥和穩(wěn)定輥用軸瓦軸套在熱鍍鋁、鋁鋅、鋅、鋅鋁、純鋁液等條件下工作，具有足夠的基體與工作面結(jié)合強度，以及良好的耐腐蝕、耐磨損性能，提高了沉沒輥或穩(wěn)定輥用軸瓦軸套的使用壽命和可靠性。但是上述軸套表面處理方法，存在合金層厚度不易控制，且合金層使用過程中易開裂和剝落的不足。為此，中國發(fā)明專利CN101597722公開了一種抗鋅液腐蝕的多元鐵硼合金及其制備方法，其化學組成成分是(質(zhì)量分數(shù)，％ ) :<0.06C，4.5 8.5B，4.0 5.0Si，4.5
5.5Mn,3. 5 5. 0Cr,0. 8 L 5Ni，S < O. 03，P < O. 03，余量 Fe。該發(fā)明多元鐵硼合金經(jīng)熔煉、鑄造后，在250 300°C進行去應力退火處理，多元鐵硼合金具有優(yōu)異的抗鋅液腐蝕性能，但存在耐磨性差等不足，且焊接性能較差。中國發(fā)明專利CN101215671還公開了一種抗鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法。該抗鋅液腐蝕磨損材料化學成分是(重量％)O. 6-0. 8C，4. 0-7. 0B, 4. 0-6. OCr, 4. 0-7. OMo, 2. 0-5. Off, O. 3-0. 6Si，0. 3-0. 6Mn, S < 0. 05，P< 0. 05，余量為Fe。該發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料利用電爐熔煉，采用鑄造方法成型，鑄件經(jīng)退火后進行粗加工，經(jīng)980-1020°C淬火和520-580°C回火后，進行精加工。該發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料常溫硬度高，達到62-65HRC，在500°C時的硬度也達到56-58HRC?？箯潖姸冗_到了 900-1100MPa。在鋅液腐蝕磨損環(huán)境下，具有優(yōu)良的使用效果，但該發(fā)明材料存在脆性大，使用中易開裂和剝落以及焊接性能差等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種抗高溫磨損和鋅液腐蝕性能好的沉沒輥軸套及其制造方法。本發(fā)明針對現(xiàn)有沉沒輥軸套存在的上述不足，本發(fā)明沉沒輥軸套在低碳高速鋼基礎(chǔ)上，加入硼元素，在保持高速鋼具有良好高溫紅硬性的前提下，還具有優(yōu)異的抗鋅液腐蝕能力。另外，本發(fā)明還加入了適量的釔、鎂、鈣、鈦、鈮、鉀，主要起脫氧、脫硫，細化組織，改善夾雜物形態(tài)和分布的作用，有利于提高沉沒輥軸套的機械性能，特別是沉沒輥軸套的強韌性。本發(fā)明沉沒輥軸套的具體成分及質(zhì)量分數(shù)％如下0. 15-0. 28C，3. 0-3. 5B，2. O-2. 5Cr, 9. 5-10. Off, 2. 5-3. OMo, O. 65-0. 80A1, I. 20-1. 50Si, O. 25-0. 50Mn, 0. 04-0. 08Y,0. 06-0. IOTi, 0. 06-0. IONb, 0. 03-0. 06Ca, 0. 05-0. 08Mg, 0. 08-0. 12K, S〈0. 04，P〈0. 05，余量為Fe。本發(fā)明沉沒輥軸套用電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、低碳鉻鐵、增碳劑、鎢鐵、鑰鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，繼續(xù)升溫至1590 1610°C，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入硼鐵、鈮鐵、鈦鐵和硅鈣合金，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1620 1650°C時出爐；②步驟①的鋼水出爐澆入鋼包的過程中，當鋼水出鋼達到40 - 60%時，再將包覆嚴實的釔基重稀土鎂硅鐵合金和包覆嚴實的含鉀物質(zhì)隨流扔入鋼包；③采用離心鑄造方法或消失模鑄造方法將步驟②鋼水進行沉沒輥軸套澆注，其中當采用離心鑄造方法澆注沉沒輥軸套時，鋼水澆注溫度為1440 - 14600C ;當采用消失模鑄造方法澆注沉沒輥軸套時，鋼水澆注溫度為1470 - 14900C ；④澆注O. 5 2. O小時后開箱空冷沉沒輥軸套，然后采用消失模鑄造方法澆注的沉沒輥軸套需打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套；采用離心鑄造方法澆注的沉沒輥軸套則只需清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套；⑤將待精加工的沉沒輥軸套經(jīng)1080 - 1100°C保溫I 一 3h后，進行油冷淬火，淬火油溫度控制在25-60°C，然后在550-580°C保溫6_8h后爐冷至150_180°C時空冷，最后精加工，得到規(guī)定尺寸和精度的成品沉沒輥軸套。在本發(fā)明的一個具體的實施例中，步驟②中所述的包覆是指采用厚度O. 10-0. 25mm的薄鋼片包覆。在本發(fā)明的另一個具體的實施例中，步驟②中所述的釔基重稀土鎂硅鐵合金的質(zhì)量百分比為5 8%的Y，7 10%的Mg，40 44%的Si，余量為Fe ;所述的含鉀物質(zhì)為經(jīng)350°C焙 燒過的KMnO4。沉沒輥軸套的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學成分及熱處理工藝，本發(fā)明沉沒輥軸套化學成分是這樣確定的碳碳是提高材料硬度和耐磨性的重要元素，碳含量過低，材料硬度低，耐磨性差，碳含量過高，材料脆性大，綜合考慮將碳含量控制在O. 15-0. 28%。硼沉沒輥軸套在鋅液中承受腐蝕和磨損，加入硼，主要是為了得到抗鋅液腐蝕性能優(yōu)良的Fe2B硼化物，硼含量過低，F(xiàn)e2B硼化物數(shù)量太少，沉沒輥軸套的抗鋅液腐蝕性能較差，加入量過多，F(xiàn)e2B硼化物數(shù)量太多，沉沒輥軸套脆性太大，使用中極易破裂，綜合考慮，將硼含量控制在3. 0-3. 5%。鎢和鑰鎢和鑰可以明顯提高材料的紅硬性和高溫硬度，改善材料的高溫抗磨性能，沉沒輥軸套中加入鎢和鑰，主要是為了提高沉沒輥軸套在高溫鋅液環(huán)境下的抗磨能力，鎢的合適加入量宜控制在9. 5-10. 0%，鑰的合適加入量宜控制在2. 5-3. 0%。鋁鋁加入沉沒輥軸套中，除了起脫氧作用外，鋁是非碳化物形成元素，主要溶于基體，可以明顯提高基體抗高溫軟化能力，有利于改善沉沒輥軸套的高溫抗磨性，延長沉沒輥軸套的使用壽命，加入量過多，鋼水冶煉困難，鋁的合適加入量宜控制在O. 65-0. 80%。鉻鉻固溶于基體中，具有很好的提高基體淬透性能力，另外，鉻還有很好的提高材料熱處理過程中抗高溫氧化能力，加入量過多，導致碳化物數(shù)量增加，基體含碳量下降，反而降低材料的硬度和耐磨性，鉻的合適加入量宜控制在2. 0-2. 5%。硅和錳硅和錳主要起脫氧作用，硅還有強化基體作用，加入量過多，反而損害材料的高溫性能，硅的合適加入量宜控制在I. 20-1. 50%，錳的合適加入量宜控制在O. 25-0. 50%ο乾、鎂、I丐、鈦、銀、鉀在沉沒輥軸套中，加人適量的釔、鎂、鈣、鈦、鈮、鉀，主要起脫氧、脫硫，細化組織，改善夾雜物形態(tài)和分布的作用，有利于提高材料的機械性能，特別是材料的強韌性，釔的合適加入量宜控制在O. 04-0. 08%，鈦的合適加入量宜控制在O. 06-0. 10%，鈮的合適加入量宜控制在O. 06-0. 10%，鎂的合適加入量宜控制在O. 05-0. 08%，鈣的合適加入量宜控制在O. 03-0. 06%，鉀的合適加入量宜控制在O. 08-0. 12%。本發(fā)明的含鉀物質(zhì)為經(jīng)350°C焙燒過的ΚΜη04。加入鋼水之前，KMnO4經(jīng)過350°C焙燒，由于KMnO4不穩(wěn)定，在焙燒過程中會發(fā)生如下反應4KMnO4 24t,v > AMnO2 + IK2O + 3CK 卞式(I)
4ΚΜιι(). 2^r >2Mn:(). + IK2O + 40,個式(2)因此，加入到鋼水中含鉀物質(zhì)的主要成分其實是Mn02、Mn20jPK20三種物質(zhì)，而K2O在鋼水高溫作用下，又會發(fā)生如下反應2 K2O ( >4K + O1 個式(3 )本發(fā)明效果(I)用本發(fā)明制造熱鍍鋅熔液中的沉沒輥軸套，具有硬度高，紅硬性好等特點，其常溫硬度達到66 - 68HRC，在500°C時的紅硬性達到62 — 64HRC。(2)本發(fā)明沉沒輥軸套還加入了適量的釔、鎂、鈣、鈦、鈮、鉀，主要起脫氧、脫硫，細化組織，改善夾雜物形態(tài)和分布的作用，有利于提高沉沒輥軸套的機械性能，其抗彎強度達到 2600-2750MPa，沖擊韌性達到 8_10J/cm2。 (3)本發(fā)明沉沒輥軸套采用離心鑄造方法或消失模鑄造方法生產(chǎn)，工藝簡便，其金相組織中含有35 — 40%呈網(wǎng)狀分布的Fe2B相，可明顯提高沉沒輥軸套的抗鋅液腐蝕能力。(4)用本發(fā)明制造的熱鍍鋅機組沉沒輥軸套，具有良好的抗磨損和腐蝕能力，在相同使用工況下，使用壽命比316L不銹鋼提高9 一 10倍，而生產(chǎn)成本與316L不銹鋼沉沒輥軸套相當，推廣應用效果良好。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述實施例I :用電爐熔煉沉沒輥軸套，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、低碳鉻鐵、增碳劑、鎢鐵、鑰鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，繼續(xù)升溫至1592°C，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入硼鐵、鈮鐵、鈦鐵和硅鈣合金，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1623°C時出爐；②鋼水出鋼過程中，當鋼水出鋼42 %時，將質(zhì)量百分比為5 8%的Y，7^10%的Mg, 40^44%的Si，余量為Fe的釔基重稀土鎂硅鐵合金和經(jīng)350°C焙燒過的KMnO4含鉀物質(zhì)，用厚度O. IOmm的薄鋼片包覆嚴實，然后隨流扔入鋼包；③采用離心鑄造方法澆注沉沒輥軸套，鋼水澆注溫度為1445 ；④澆注2. O小時后開箱空冷沉沒輥軸套，清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套；⑤將待精加工的沉沒輥軸套經(jīng)1080°C保溫3h后，進行油冷淬火，淬火油溫度控制在25 — 60°C，然后在580°C保溫6h后爐冷至150°C時空冷，最后精加工，得到規(guī)定尺寸和精度的成品沉沒輥軸套。沉沒輥軸套的化學成分見表1，沉沒輥軸套的機械性能見表2。實施例2 用電爐熔煉沉沒輥軸套，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、低碳鉻鐵、增碳劑、鎢鐵、鑰鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，繼續(xù)升溫至1609°C，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入硼鐵、鈮鐵、鈦鐵和硅鈣合金，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1647°C時出爐；②鋼水出鋼過程中，當鋼水出鋼55%時，將質(zhì)量百分比為5 8%的Y，7 10%的Mg, 40^44%的Si，余量為Fe的釔基重稀土鎂硅鐵合金和經(jīng)350°C焙燒過的KMnO4含鉀物質(zhì)，用厚度O. 25mm的薄鋼片包覆嚴實，然后隨流扔入鋼包；
③采用消失模鑄造方法澆注沉沒輥軸套，鋼水澆注溫度為1486°C ；④澆注O. 5小時后開箱空冷沉沒輥軸套，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒棍軸套；
⑤將待精加工的沉沒輥軸套經(jīng)1100°C保溫Ih后，進行油冷淬火，淬火油溫度控制在25 — 60°C，然后在550°C保溫8h后爐冷至180°C時空冷，最后精加工，得到規(guī)定尺寸和精度的成品沉沒輥軸套。沉沒輥軸套的化學成分見表1，沉沒輥軸套的機械性能見表2。實施例3 用電爐熔煉沉沒輥軸套，其制造工藝步驟是①將普通廢鋼、低碳鉻鐵、增碳劑、鎢鐵、鑰鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，繼續(xù)升溫至1599°C，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入硼鐵、鈮鐵、鈦鐵和硅鈣合金，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1633°C時出爐；②鋼水出鋼過程中，當鋼水出鋼48%時，將質(zhì)量百分比為5 8%的Y，7 10%的Mg, 40^44%的Si，余量為Fe的釔基重稀土鎂硅鐵合金和經(jīng)350°C焙燒過的KMnO4含鉀物質(zhì)，用厚度O. 20mm的薄鋼片包覆嚴實，然后隨流扔入鋼包；③采用離心鑄造方法澆注沉沒輥軸套，鋼水澆注溫度為1459°C ；④澆注I. 5小時后開箱空冷沉沒輥軸套，清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套；⑤將待精加工的沉沒輥軸套經(jīng)1090°C保溫2h后，進行油冷淬火，淬火油溫度控制在25 — 60°C，然后在560°C保溫7h后爐冷至160°C時空冷，最后精加工，得到規(guī)定尺寸和精度的成品沉沒輥軸套。沉沒輥軸套的化學成分見表1，沉沒輥軸套的機械性能見表2。表I沉沒輥軸套的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，％ )
權(quán)利要求
1.一種抗磨蝕沉沒輥軸套的制造方法，其特征在于，沉沒輥軸套化學成分的質(zhì)量分數(shù) ％ 如下:0. 15-0. 28C, 3. 0-3. 5B, 2. 0-2. 5Cr, 9. 5-10. Off, 2. 5-3. OMo, 0. 65-0. 80A1, I. 20-1.50Si, 0. 25-0. 50Mn, 0. 04-0. 08Y，0. 06-0. IOTi, 0. 06-0. IONb, 0. 03-0. 06Ca, 0. 05-0. 08Mg,0.08-0. 12K, S〈0. 04，P〈0. 05，余量為 Fe ； 制備方法采用電爐熔煉，具體包括以下步驟 ①將普通廢鋼、低碳鉻鐵、增碳劑、鎢鐵、鑰鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵，繼續(xù)升溫至1590 1610°C，加入鋁脫氧和合金化，而后依次加入硼鐵、鈮鐵、鈦鐵和硅鈣合金，爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1620 1650°C時出爐； ②步驟①的鋼水出爐澆入鋼包的過程中，當鋼水出鋼達到40- 60%時，再將包覆嚴實的釔基重稀土鎂硅鐵合金和包覆嚴實的含鉀物質(zhì)隨流扔入鋼包； ③采用離心鑄造方法或消失模鑄造方法將步驟②鋼水進行沉沒輥軸套澆注，其中當采 用離心鑄造方法澆注沉沒輥軸套時，鋼水澆注溫度為1440 - 1460°C ;當采用消失模鑄造方法澆注沉沒輥軸套時，鋼水澆注溫度為1470 - 14900C ； ④澆注0.5 2. 0小時后開箱空冷沉沒輥軸套，然后采用消失模鑄造方法澆注的沉沒輥軸套需打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套； 采用離心鑄造方法澆注的沉沒輥軸套則只需清理殘根、飛邊、毛刺，隨后進行粗加工，得到待精加工的沉沒輥軸套； ⑤將待精加工的沉沒輥軸套經(jīng)1080-1100°C保溫l_3h后，進行油冷淬火，淬火油溫度控制在25-60°C，然后在550-580°C保溫6-8h后爐冷至150_180°C時空冷，最后精加工，得到規(guī)定尺寸和精度的成品沉沒輥軸套。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟②中包覆含鉀物質(zhì)和釔基重稀土鎂硅鐵合金所用的材料為厚度0. 10-0. 25mm的薄鋼片。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟②中所述的釔基重稀土鎂硅鐵合金的質(zhì)量百分比為5 8%的Y，7 10%的Mg, 4(T44%的Si,余量為Fe。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的含鉀物質(zhì)為經(jīng)350°C焙燒過的KMn04。
5.按照權(quán)利要求1-4的任一方法所制備的一種抗磨蝕沉沒輥軸套。
全文摘要
一種抗磨蝕沉沒輥軸套及其制造方法，屬于沉沒輥軸套技術(shù)領(lǐng)域。具體成分及質(zhì)量分數(shù)％如下0.15-0.28C，3.0-3.5B，2.0-2.5Cr，9.5-10.0W，2.5-3.0Mo，0.65-0.80Al，1.20-1.50Si，0.25-0.50Mn，0.04-0.08Y，0.06-0.10Ti，0.06-0.10Nb，0.03-0.06Ca，0.05-0.08Mg，0.08-0.12K，S<0.04，P<0.05，余量為Fe。本發(fā)明抗磨蝕沉沒輥軸套利用電爐熔煉，采用鑄造方法成型，經(jīng)淬火和回火后進行精加工。本發(fā)明抗磨蝕沉沒輥軸套硬度高，耐磨性和強韌性及抗鋅液腐蝕性能良好。
文檔編號C23C2/40GK102851597SQ20121034182
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者蔣健偉, 符寒光 申請人:江蘇久聯(lián)冶金機械制造有限公司