一种高铬铸铁轧辊及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.2～2.7％、Si：0.5～0.7％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0～0.4％、Cu：0.3～0.7％、RE:0.01～0.03％、P：

【技术实现步骤摘要】
一种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食品工业中得到广泛的使用，作为磨粉机的核心部件，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，高铬铸铁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，高铬铸铁轧辊在加工面粉等使用时，由于由于面粉中存在较高含量的Cl-，在潮湿的环境中工作时，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，开裂和掉块掉落到食品中导致食品污染等问题。第三，在腐蚀工况下，腐蚀与磨损之间存在互相作用，在高铬铸铁轧辊使用过程中，磨损增加将会导致增加表面缺陷而加速腐蚀。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的高铬铸铁轧辊。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：2.1～2.8％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。一种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、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≥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950～980℃，保温30～60min，淬火后升温至280～300℃回火，保温8～10h，得到热处理后的高铬铸铁轧辊。步骤四、激光强化在热处理后的高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆厚度为0.05～0.1mm。然后，采用CO2激光系统，对高铬铸铁轧辊工作层进行激光强化处理。处理时，控制光斑直径为4～5mm，激光功率控制在1800～2000W，激光扫描速度为500～800mm/min，光斑重复率控制在50～60％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体，进行激光强化。然后，将轧辊在280～300℃二次回火，保温2～3h，得到高铬铸铁轧辊。具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。为了适用于食品加工使用，例如磨制面粉等使用，本专利技术提供的食用轧辊的及其制备方法，采用以下的方法进行控制。本专利技术的高铬铸铁轧辊中，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，当高铬铸铁轧辊处于潮湿环境，并且接触面粉中含有的大量的Cl-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2.1～2.8％。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，另含少量残余奥氏体，残余奥氏体的含量在6％以下，组织细化，均匀性好，碳化物长度不超过50μm。热处理后的高铬铸铁轧辊，通过工作层中合理的成分配置和热处理方法，得到的高铬铸铁轧辊，工作层的组织细化均匀性好，在使用过程中，可以减少应力集中，无掉块现象发生，而且能够提高高铬铸铁轧辊工作层的耐腐蚀性。在腐蚀工况下，腐蚀与磨损之间存在互相作用，在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，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。单纯经过热处理的轧辊，在腐蚀工况下，仍然会有点腐蚀的现象存在。为了进一步避免点腐蚀，本专利技术的高铬铸铁轧辊在热处理后，进一步配合激光强化。经过激光强化及回火后，不仅能够增加硬度，而且能够进一步细化组织的晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铬铸铁轧辊，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：0～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：

【技术特征摘要】
1.一种高铬铸铁轧辊，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：0～0.4％、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：0～0.4％、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、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；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...

【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