一种铸造导辊合金及其制备方法技术

一种铸造导辊合金及其制备方法，各元素的质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Ni：0.7～1.2，Nb：0.4～0.9，B：1.3～1.6，C：0.55～0.66，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。将原料在1490～1620℃熔化，使得纯铁和铬铁、铌铁、金属镍充分熔化；然后降低电炉功率，将熔体温度降至1300～1340℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温约5～10分钟，待熔体温度为1260～1330℃时，迅速浇铸合金。本发明专利技术得到的铸锭整体硬度达到HRC60～66，冲击韧性达到8.0～12.0J/cm

A casting guide roller alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种铸造导辊合金及其制备方法
本专利技术属于高硬度、高韧性的耐磨铸铁领域，涉及一种由不连续晶间硼化物和马氏体基体相的耐磨铸铁及其制备方法，可推广应用到轧制工艺的导辊和其他高耐磨场合。技术背景轧制是金属压力加工的主要生产工艺，轧制导卫装置由滑动方式改变为滚动方式，轧制速度大幅度提高，最高速度甚至超过了100m/s，在设备高速运转下，导卫装置的稳定性和耐用性就变得非常重要。作为主要消耗部件，国内年消耗量大概为100万吨以上，国际年消耗量接近1000万吨。导辊在高速运转过程中，不仅受到线材的摩擦作用，还受到线材的冲击和高温线材的间接加热和冷却水的激冷，导卫装置在轧制过程中承受较大的不规则应力，应用环境非常严酷，所以往往设备失效都是由导卫装置失效引起，失效原因多为高温磨损、表面粘钢、热裂等情况。滚动导卫辊的主要技术要求有以下几个方面：(1)高硬度和高耐磨性：由于频繁、快速的摩擦磨损，参考铸造高速钢(W、Mo、Cr、V)HRC应在55～60以上，尤其是红硬性，在550～560℃高温下应当硬度不会有显著降低；(2)高韧性：由于轧件的冲击，残余应力、机械应力、热应力的多方面复杂作用，必须有足够的韧性，高钒高速钢(C、V5-12％、Cr、Mo)，冲击韧性在8～12J/cm2；(3)耐热性：热轧时温度在室温和500℃之间频繁变化，发生激热激冷，要求钢材的性能不发生较大改变，能维持应有的强度和力学性能；(4)抗粘钢性：防止在高温轧制过程中导轮与轧件发生粘结。导卫装置经过多年的发展，先后经历了碳钢、球墨铸铁、白口铸铁和高铬铸铁这几个阶段，而现在也开始出现合金钢、金属陶瓷等新材料制备的导卫辊。其中：(1)高铬铸铁，硬度和耐磨性达标，但热处理后塑性和韧性不足，容易破碎；(2)普通模具钢，冲击韧性较好，但是硬度和耐磨性不足；(3)WC硬质合金硬度和冲击韧性都符合要求，但承受激热激冷的能力较差，容易粘钢；(4)铜钨合金，耐磨性和导热性较好，不粘钢，但是整体硬度不高，容易拉伤。因此发展高强度或高硬度的金属陶瓷材料、强度和韧性较高的合金材料、以及表面强化等措施都是导辊的研究方向。表1列举了几种应用较多的导卫辊材质。表1常见导卫辊材质从表1可知，导卫辊材质主要是高碳，并且含有大量的昂贵金属V、W、Mo等元素，材料成本较高；并且这些合金往往需要复杂的加工和热处理工艺，才能得到高硬度和高韧性，满足使用需要，工序时间长，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铸造导辊合金及其制备方法，该合金以B元素取代C元素，形成晶间析出网状结构M2B硬质相，而基体为高硬度马氏体相；利用Nb与C元素形成颗粒析出相，破坏M2B硬质相的连续网状结构，形成断网组织，这种组织在表现高硬度的同时，具有高韧性特点，满足导辊的性能要求。本专利技术选用的高韧性、高硬度的FeCrNiNbBC合金，含Fe、Cr、Ni、B、C等元素的多元共晶合金，各元素的质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Ni：0.7～1.2，Nb：0.4～0.9，B：1.3～1.6，C：0.55～0.66，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。其中Mn、Si为有益杂质元素，P、S为有害杂质元素。优选的，所述Nb元素的质量百分含量为：0.7～0.9。优选的，所述Ni元素的质量百分含量为：0.8～1.0。优选的，所述B元素和C元素的总质量百分含量为，2.0～2.2。B在铁基体中的溶解度很低，易与Fe、Cr元素形成M2B化合物，M代表Fe和Cr元素，加入Cr：4.1～4.9％和B：1.3～1.6％，主要是为了获得高硬度的网状结构M2B组织。C含量为0.56～0.65％，主要是使基体组织发生马氏体相变时处于板条状马氏体和片状马氏体混合相变区域，在这个区域马氏体相变容易发生，并且有较好的韧性。Nb为强碳化物形成元素，与C元素形成颗粒析出相，在基体相晶间形成，从而破坏M2B硬质相的连续网状结构，提高材料的韧性和硬度。Ni为基体相固溶强化元素，在烧结硬化钢中，0.7～1.3％的Ni即能促进马氏体相变，又能起到固溶强化基体相的作用。其余Mn、Si、P、S杂质的含量参照高铬合金的标准，有利于工业生产配料。在具体制备合金时，可采用铬铁(高碳、中碳、微碳)、铌铁、硼铁、镍块和纯铁等按照成分要求配料。表2中列举了原材料及其成份。表2可应用于制备专利技术合金的原料及成份表2的原料成分并非唯一的，具体成分由实际可获得的原材料来确定。其中铬铁、铌铁、硼铁、镍块提供专利技术合金的Cr、Nb、B、Ni的含量，高碳铬铁用来平衡C含量。纯铁可以是电工纯铁、电磁纯铁或工业纯铁，工业废钢也可以作为Fe的原料。具体的熔炼与铸造工艺为：按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用感应炉、真空感应炉等来熔炼制备合金。首先将铬铁(高碳、中碳、微碳)、铌铁、硼铁、镍块和纯铁熔化，熔化温度处于1490～1620℃，使得纯铁和铬铁、铌铁、金属镍充分熔化；然后降低电炉功率，将熔体温度降至1300～1340℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温约5～10分钟，待熔体温度为1260～1330℃时，迅速浇铸合金。铸造方法可参照铸造高速钢、高钒高速钢等导卫辊的生产方法，如普通砂型模铸造或者熔模铸造、消失模铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造、压铸等特殊铸造方法。铸锭不需要重新加热淬火，可直接使用。本专利技术的主要特点采用B元素代替部分C元素，形成高硬度、高韧性的网状硼化物；利用Nb与C元素形成晶间颗粒析出相，破坏M2B硬质相的连续网状结构，提高韧性；同时利用Ni、C控制基体相硬度，形成高硬度铸造合金。铸锭组织细密，合金的冲击韧性和抗弯强度提高。铸锭整体硬度达到HRC60～66，冲击韧性达到8.0～12.0J/cm2，抗弯强度达到1220～1614MPa。附图说明图1本专利技术实例1铸造金相组织；图2本专利技术实例2铸件断口扫描形貌；图3本专利技术实例3铸件电子扫描照片；图4本专利技术实例4铸件组成相能谱成分分析。具体实施方式本专利技术的各种熔炼方法、铸造方法不受下述实例的限制，任何在本专利技术的权利要求书要求保护的范围内的改进和变化都在本专利技术的保护范围之内。选用高碳铬铁、微碳铬铁、铌铁、硼铁、金属镍、工业纯铁等为原料，在专利技术要求的成分范围内配制成合金。实施例1.按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应炉来熔炼制备合金。首先将铬铁(高碳、中碳、微碳)、铌铁、硼铁、镍块和纯铁熔化，熔化温度处于1490℃，使得纯铁和铬铁、铌铁、金属镍充分熔化；然后降低电炉功率，将熔体温度降至1300℃后，用配料总量0.15％的纯铝脱氧；继续保温约10分钟，待熔体温度为1260℃时，迅速浇铸合金。图1为合金金相组织，可以看出合金的金相组织由大量的球形初晶相和其晶粒间网状的共晶组织所构成。所得FeCrNiNbBC合金中各元素的质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造导辊合金，其特征在于：各元素的质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Ni：0.7～1.2，Nb：0.4～0.9，B：1.3～1.6，C：0.55～0.66，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种铸造导辊合金，其特征在于：各元素的质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Ni：0.7～1.2，Nb：0.4～0.9，B：1.3～1.6，C：0.55～0.66，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。


2.如权利要求1所述的铸造导辊合金，其特征在于：所述Nb元素的质量百分含量为：0.7～0.9。


3.如权利要求1所述的铸造导辊合金，其特征在于：所述Ni元素的质量百分含量为：0.8～1.0。


4.如权利要求1所述的铸造导辊合金，其特征在于：所述B元素和C元素的总质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丰华，卢静，赵甲正，杨欣宇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43