一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，工作层的成分及含量为C：2.1～2.9％、Si：0.5～0.48％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：

【技术实现步骤摘要】
一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法
本专利技术属于轧辊制造
，特别涉及一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法。
技术介绍
离心铸造的高铬铸铁轧辊在化工工业中得到广泛的使用，轧辊及的核心部件，其性能直接影响研磨效率、维护更换周期等。现有技术的轧辊在使用过程中，常常存在以下的问题：第一，轧辊工作层在使用过程中，表层出现掉块或者开裂等的现象。第二，轧辊在加工化工产品时，在酸碱腐蚀的条件下，容易产生腐蚀的现象。以上现象的出现，会导致轧辊的耐磨性降低，影响轧辊的使用寿命，开裂和掉块现象。第三，轧辊使用时，尤其是在腐蚀条件下使用时，其耐磨性差，由于腐蚀性的存在，加速了轧辊工作层的磨损，大大降低了轧辊的使用寿命。因此，如何调控高铬铸轧辊中Cr、C的添加量，通过并与其他合金元素协同作用，通过合理的热处理方法，得到合理的金相组织，以改善高铬铸铁的耐腐蚀与磨损性能需要进行系统的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐腐蚀性好，使用时不容易产生腐蚀和开裂掉块，耐磨新能好的化工用高铬铸铁轧辊及其加工方法。本专利技术为实现上述技术目的，采用如下的技术方案。一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯。高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。一种化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：步骤一、熔炼高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、钛铁、废铜，熔炼温度为1530℃～1600℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1440℃～1500℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.5～0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.1～1.6％。步骤二、复合离心铸造成型使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速为700～1000r/min。浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1530℃～1600℃。浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1220℃～1250℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1390℃～1410℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1150～1170℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1390～1410。浇铸完毕后得到成型轧辊。步骤三、热处理将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为800～850℃时脱模，出模后，空冷到200℃～300℃，然后保温5～10h，进行去应力退火处理。然后，以9～12℃/h的速度升温至920～960℃，保温30～60min，淬火，升温至200～250℃回火，保温8～10h，得到化工用高铬铸铁轧辊。为了适用于化工使用，增加轧辊的耐腐蚀性，避免开裂掉块，增加其耐磨性，本专利技术采用如下的方法。本专利技术的化工用高铬铸铁轧辊中，在高铬铸铁工作层加入Cu元素和少量的RE，在现有技术的基础上，降低C含量。由于化工用高铬铸铁轧辊的组织是马氏体、奥氏体和碳化物，碳化物属于阴极相，当化工用高铬铸铁轧辊处于酸性离子状态下时，基体与碳化物形成腐蚀电池，导致材料腐蚀加剧。Cu元素的加入，在锈层的裂纹孔等缺陷处富集，加速缺陷的愈合，起到了弥合锈层缺陷的作用，阻塞腐蚀介质直接接触基体的通道，使锈层致密化。Cu的局部富集使区域的物相组成，晶体发育受到抑制。也就是说，Cu元素可以抑制结晶化的进行，使锈层中难以生成α-Fe(OH)2供给氧，使氧化还原周期不容易进行，在锈层上也就不容易生成微小裂纹或间隙，因此抑制了向下层的还原锈。Fe(OH)2供给氧，使氧化还原周期不容易进行，高铬铸铁工作层材料就达到了耐腐蚀的目的。同时，Cu元素能够与高铬铸铁工作层中的P元素作用，于锈层中形成各种复合盐，成为FeOOH结晶的核心，使内锈层的晶粒细小、致密，从而减小了离子通道和阳极面积，并且减少了Fe3O4的生成，降低内锈层导电性，从而降低腐蚀速率。而Cr的存在，也可以提高材料的腐蚀性，主要是因为Cr在锈层中作为氧的扩散障壁的性质，Cr元素可以使钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力。同时，Cu元素的存在，可以和Cr元素发生协同作用。这是因为，在高铬铸铁工作层中，Cr可能形成碳化物第二相，在基体中形成贫Cr区，从而导致高Cr区出现阳极行为，导致高铬铸铁工作层的抗腐蚀性能降低，但是，Cu元素的存在弥补了这一缺陷，由于Cu在基体中的分布趋势与Cr相反，其在碳化物附近偏高，弥补了由于贫Cr区域造成的腐蚀性能的降低。高铬铸铁工作层中碳化物的存在对提高耐磨性有一定的作用，但是对材料的耐腐蚀性具有一定的影响，会导致耐腐蚀磨损速率增加迅速。因此，本专利技术中，降低了C的含量，将C含量控制在2.1～2.9％。为了提高化工用高铬铸铁工作层的耐磨性，本专利技术中加入适量的V元素和Ti元素，V元素是很强的形成碳化物的元素，同时可以细化碳化物，改善碳化物形态。形成的VC非常稳定，且具有很高的硬度，高达HV2400，V元素的加入，使得高铬铸铁工作层的马氏体含量增加。因此，可以提高高铬铸铁工作层的硬度。同时，V元素和Ti元素的加入，可以进一步细化碳化物的晶粒，改善碳化物的形态。Ti元素的存在，可以形成TiC，非常稳定，热处理过程不容易溶解，能够抑制奥氏体的晶粒长大。因此，V和Ti的存在，可以提高高铬铸铁工作层的硬度和耐磨性。为了得到更为合理的金相组织，本专利技术还对热处理方法进行了研究和改进。采用本专利技术的热处理方法制备的化工用高铬铸铁轧辊，铸态下，其工作层金相为奥氏体为基体，碳化物呈块状或菊花状分布，另有细小颗粒弥散分布在块状碳化物周围的组织，碳化物的长度不超过30μm。热处理后，其金相组织为M7C3型碳化物和马氏体，另含适当含量的残余奥氏体，残余奥氏体的含量在8％～15％，组织细化，均匀性好，碳化物长度不超过50μm。腐蚀工况下，腐蚀与磨损之间存在互相作用，在化工用高铬铸铁轧辊使用过程中，磨损增加有助于增加表面缺陷而加速腐蚀；而在腐蚀介质的作用下，化工用高铬铸铁轧辊表面形成疏松的腐蚀产物发生组织的选择性腐蚀，都会导致材料的耐磨性能降低。因此，需要同时保证化工用高铬铸铁轧辊工作层的耐磨性，既要保证耐腐蚀性，也要注重耐磨性。组织的组成和含量的合理配置也非常重要，本专利技术中，在加入Cu增加耐腐蚀性的同时，并非一味增加硬度，而是通过加入V和Ti增加硬度的同时，细化晶粒，减少腐蚀点，避免应力集中，而且保留一定含量的奥氏体，用以为阻挡微裂纹的扩展，增加韧性和耐磨性。本专利技术采用上述的技术方案，取得如下的技术效果。本专利技术的化工用高铬铸铁轧辊，通过工作层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，其特征在于：高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：

【技术特征摘要】
1.一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，其特征在于：高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。2.一种化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：步骤一、熔炼：高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为，C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁；按照高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比配料，进行高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、钛铁、废铜，熔炼温度为1530℃～1600℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水；球墨铸铁辊芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦文豪，方勤波，苏海根，肖万宏，
申请(专利权)人：湖北金标通用轧辊有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42