專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)、高韌性球墨鑄鐵及寬厚板工作輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對(duì)球墨鑄鐵的改進(jìn)，尤其涉及一種抗拉強(qiáng)度高、韌性?xún)?yōu)的球墨鑄鐵，
以及熱軋寬厚板工作輥。
背景技術(shù)：
寬厚板(例如厚度^ 50mm，板幅^ 3. 5m)熱軋工作輥，通常由高耐磨鐵基材料外層和球墨鑄鐵芯部，通過(guò)離心澆注復(fù)合組成。工作輥芯部用材，一般采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)SG I、SG II或SGIII鉻鉬球墨無(wú)限冷硬鑄鐵，以上三種材質(zhì)的原鐵水通過(guò)壓力加鎂或輕稀土鎂沖入法球化，單一硅鐵(例如FeSi75A110. 5-A)孕育后，作為離心復(fù)合寬厚板工作輥芯部用材，例如化學(xué)組成(wt% ) :C2. 90-3. 60， SiO. 80-2. 50， MnO. 40-1. 20， P《0. 25， S《0. 03，CrO. 2-0. 60， MoO. 2_0. 60， Mg《0. 04，其余為Fe及雜質(zhì)元素。寬厚板的特殊性常采用可逆軋制方式，軋制時(shí)軋制力較高( 一般軋制力在50000-12000KN)，是一般熱軋帶鋼軋機(jī)的3倍以上，可逆軋制過(guò)程中板坯咬入時(shí)對(duì)工作輥沖擊負(fù)荷大，因此要求軋制工作輥芯部有較高的強(qiáng)度(例如抗拉強(qiáng)度^ 450Mpa)，和較高韌性(例如ak > 6J/cm2)。上述球鐵組成材料在通常球化孕育工藝下，易造成鐵水凝固結(jié)晶前球化和孕育嚴(yán)重衰退，直接影響球墨鑄鐵的基體組織，造成石墨形態(tài)差(呈團(tuán)蟲(chóng)狀)圖2、石墨球化率低(3級(jí)以下)，抗拉強(qiáng)度降低(《350Mpa)，韌性下降(ak《6J/cm2);并且由于寬厚板工作輥截面大，芯部的球墨鐵水在離心澆注后冷卻緩慢，晶粒和石墨容易長(zhǎng)大，也降低了芯部球墨鑄鐵的強(qiáng)度和韌性，因而難以滿(mǎn)足寬厚板軋制對(duì)軋輥的要求，軋制過(guò)程中易發(fā)生斷輥，因此通常意義上的高強(qiáng)度球墨鑄鐵材質(zhì)不適合用作寬厚板工作輥芯部材質(zhì)。 高溫鐵水中加入低熔點(diǎn)純鎂壓力加鎂球化，在壓力加鎂過(guò)程中部分鎂易產(chǎn)生鎂蒸汽而容易發(fā)生跑鎂，造成球化不良，使得材料強(qiáng)度降低，韌性下降；其次，球化過(guò)程中壓力包內(nèi)鎂揮發(fā)產(chǎn)生的蒸汽壓過(guò)高，容易發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。輕稀土鎂沖入球化，球化衰退嚴(yán)重，造成在大型鑄件上石墨形態(tài)變差，影響材料強(qiáng)度和韌性。
單一硅鐵孕育，孕育效果隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減弱以至消失，孕育衰退嚴(yán)重，造成石墨形態(tài)變差，也會(huì)導(dǎo)致降低材料的強(qiáng)度和韌性。 中國(guó)專(zhuān)利CN1506485公開(kāi)高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，C3. 46_3. 76、Si2. 04_2. 22、 MnO. 49_0. 66、 P < 0. 05、 S < 0. 033、 CuO. 34_0. 46、 MoO. 12_0. 19、ReO. 022-0. 041、Mg0. 025-0. 052、Sn0. 04-0. 05、Ba0. 03-0. 05。中國(guó)專(zhuān)利CN1506486公開(kāi)的高強(qiáng)度合金球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，成份為C3. 44-4. 12、Sil. 98-2. 54、Mn0. 30-0. 62、P < 0. 05、S < 0. 03、 CuO. 24-0. 50、 MoO. 16-0. 20、 ReO. 019-0. 034、 MgO. 031-0. 086、 SnO. 02-0. 03、BaO. 05-0. 06。上述2個(gè)專(zhuān)利均是曲軸用球墨鑄鐵，并且其一是通過(guò)提高碳當(dāng)量提高抗拉強(qiáng)度，然而碳當(dāng)量較高對(duì)材料強(qiáng)度進(jìn)一步提高有阻礙作用；其次，組成中銅元素含量較低，難以形成細(xì)片狀珠光體，而珠光體片間距過(guò)大直接影響到材料的強(qiáng)度；再就是，稀土元素及Ba元素含量過(guò)高，申請(qǐng)人試驗(yàn)表明在大截面球墨鑄鐵鑄件中，稀土元素含量過(guò)高會(huì)惡化石墨形態(tài)，影響材料組織完整性，對(duì)材料強(qiáng)度和韌性的進(jìn)一步提高有阻礙作用，Ba元素含量過(guò)
3高，容易在晶界析出，影響材料的強(qiáng)度和韌性。 中國(guó)專(zhuān)利CN86104863高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵，用于齒輪、曲軸、鏈輪和凸輪軸等， 化學(xué)成份C、 Si、 Mn、 S、 P和Mg等元素，以及0. 15 0. 5% V，O. 05 0. 3% Ti和0. 02 0.2%Re。其通過(guò)采取提高碳化物形成元素(V和Ti等)量，獲得釩鈦球墨鑄鐵。然而在鑄 件中過(guò)高的碳化物量會(huì)影響材料的韌性，造成抗沖擊能力下降，作為高載荷和交變應(yīng)力作 用下鑄件容易發(fā)生斷裂。 中國(guó)專(zhuān)利CN101603142高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵鑄件，化學(xué)組成(wt% ) :3. 6%< C
< 3. 8 % ， 2. 4 % < Si < 2. 8 % ， Mn 0. 8 % 0. 9 % ， 0. 1 % < Cr《0. 2 % ， P《0. 07 % ， S
< 0. 02%，0. 5%< Cu < 0. 6%，余量為鐵。其用途為機(jī)械工程零件，雖然稱(chēng)抗拉強(qiáng)度大于 590MPa，但未有韌性指標(biāo)。 中國(guó)專(zhuān)利CN1900340鑄態(tài)高強(qiáng)度高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵材料，各組分(wt% ) :C3. 5 3. 8%，Si2. 6 3. l%，Mn《0. 3%，S《0. 03%，P《0. 05%，余量為Fe。用途為汽車(chē)驅(qū)動(dòng) 轎用，抗拉強(qiáng)度o b > 480MPa，未有韌性指標(biāo)。 中國(guó)專(zhuān)利CN1472356球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法，化學(xué)成分(wt % ) :C3. 6-3. 9， Sil. 8-2. 4，Mn0. 25-0. 6，Cu0. 3-0. 7，p《0. 05，S《0. 03，Ca0. 001-0. 05，Ba0. 005-0. 1。用
于曲軸，抗拉強(qiáng)度^ 800MPa，沖擊韌性^ 25J/cm2。并且其是通過(guò)正火、回火工藝獲得高抗 拉強(qiáng)度和高韌性，這種通過(guò)熱處理方式獲得高性能，工藝復(fù)雜，能耗高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，從而導(dǎo) 致生產(chǎn)成本較高，不適合大型鑄件生產(chǎn)。 中國(guó)專(zhuān)利CN1323912公開(kāi)高強(qiáng)度高韌性?xún)?yōu)質(zhì)球墨鑄鐵生產(chǎn)方法，通過(guò)提高碳當(dāng)量 和熱處理方法，獲得高強(qiáng)度高和韌性。不僅高的碳當(dāng)量影響到材料的韌性，不適合制造大截 面高載荷和交變應(yīng)力作用下的鑄件，而且通過(guò)熱處理方式獲得高性能缺陷同樣存在。
中國(guó)專(zhuān)利CN1077401復(fù)合鑄鐵軋輥，輥芯為含C3. 0-3. 4， Sil. 7-2. 8， MnO. 5-0. 9， PO. 1-0. 3， S《0. 02， MgO. 02-0. 09， BaO. 01-0. 2， CaO. 01-0. 01， SbO-O. 02， YO. 006-0. 03余 量為Fe的素球墨鑄鐵。然而其芯部因含有較高磷，磷共晶較高容易在晶界析出，影響晶界 結(jié)合強(qiáng)度，影響材料強(qiáng)度和韌性，不適于高載荷和高沖擊負(fù)荷軋輥， 一般只適用于低軋制力 低載荷的棒線(xiàn)材軋輥。 技術(shù)人員清楚，化學(xué)成份對(duì)球墨鑄鐵金相影響很大，而金相又決定鑄件性能，并且 不同使用條件和用途，成份顯然各不相同。因此上述不足仍有值得改進(jìn)的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種不僅同時(shí)具備高強(qiáng)度， 高韌性，而且其性能主要通過(guò)鑄態(tài)組織直接獲得的高強(qiáng)、高韌性球墨鑄鐵。
本發(fā)明第二目的實(shí)現(xiàn)，提供一種采用上述球墨鑄鐵作輥芯的寬厚板工作輥。
本發(fā)明第一目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是通過(guò)向鉻鉬球墨無(wú)限冷硬球墨鑄鐵組成中加入 銅(Cu)和銻(Sb)，通過(guò)改變材料的基體組織，獲得部分細(xì)片狀珠光體，增強(qiáng)鐵水的急冷性 能，提高抗球化及孕育衰退的能力；同時(shí)改變球化方法，對(duì)出爐的原鐵水采用釔基重稀土鎂 沖入法球化，從而減緩球化衰退及帶來(lái)的缺陷；改變?cè)杏椒?，采用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅 鐵復(fù)合孕育，提高抗球化和孕育衰退能力，改善石墨形態(tài)，提高材料強(qiáng)度和韌性。從而克服 上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說(shuō)，本發(fā)明高強(qiáng)、高韌性球墨鑄鐵，其特征在
4于將組成為(wt% ) :C3. 0-3. 5， Si2. 0-2. 8， MnO. 5-0. 8， P《0. 08， S《0. 02， CuO. 5-1. 2， MoO. 2-0. 6， MgO. 05-0. 1， CaO. 01-0. 03， ReO. 01-0. 015， SbO. 001-0. 003， BaO. 01-0. 05其余
為Fe及雜質(zhì)元素；熔煉后加入釔基重稀土鎂沖入法球化；球化后再用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅 鐵復(fù)合孕育。 本發(fā)明第二目的實(shí)現(xiàn)，將上述所得球墨鑄鐵作芯部材料，通過(guò)離心澆注與高耐 磨鐵基材外層復(fù)合。即本發(fā)明寬厚板工作輥，包括球墨鑄鐵芯部，和高耐磨鐵基材外 層，其特征在于所說(shuō)球墨鑄鐵芯部由組成為(wt%) :C3. 0-3. 5， Si2. 0-2. 8， MnO. 5-0. 8， P《0. 08， S《0. 02， CuO. 5-1. 2， MoO. 2-0. 6， MgO. 05-0. 1， CaO. 01-0. 03， ReO. 01-0. 015， SbO. 001-0. 003， BaO. 01-0. 05其余為Fe及雜質(zhì)元素；熔煉后加入釔基重稀土鎂沖入法球 化；球化后再用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵復(fù)合孕育所得。 在制造復(fù)合軋輥時(shí)，一種較好為復(fù)合內(nèi)層芯，鐵水溫度為球墨鑄鐵液相線(xiàn)溫度加 80-12(TC，采用較低的鐵水復(fù)合溫度，有利于減少球墨鑄鐵凝固結(jié)晶時(shí)間，減少球化和孕育衰退。 本發(fā)明高強(qiáng)、高韌性球墨鑄鐵，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于在軋輥用球墨鑄鐵基本組成 中加入銅(Cu)和銻(Sb)，以及采用釔基重稀土鎂沖入法球化，采用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵 復(fù)合孕育。通過(guò)加入銅(Cu)和銻(Sb)，改變了材料基體組織，可以獲得部分細(xì)片狀珠光體， 增強(qiáng)了鐵水的急冷性能，有利于提高抗球化及孕育衰退的能力；釔基重稀土鎂沖入法球化， 釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵復(fù)合孕育，增強(qiáng)了球化及孕育效果，改善石墨形態(tài)，提高材料強(qiáng)度和 韌性。此外，通過(guò)球化及孕育帶入稀土 (Re)、鈣、鋇、銻，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)低含量的稀土能增加球 化效果，有利于抗球化衰退；鈣、鋇在球墨鑄鐵中也能很好抗孕育衰退，銻在球墨鑄鐵中能 增加鐵水的急冷性，增強(qiáng)球化孕育效果。上述綜合效果，使所得新穎球墨鑄鐵同時(shí)具有高強(qiáng) 度和高韌性，鑄態(tài)球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度^ 500Mpa，韌性ak > 9J/cm2，可以用于大型高載荷和 高沖擊負(fù)荷軋輥，用作寬厚板熱軋工作輥，滿(mǎn)足了寬厚板軋機(jī)軋制時(shí)的高軋制力和沖擊負(fù) 荷大要求，大大提高了工作輥使用壽命。特別是通過(guò)鑄態(tài)組織直接獲得兩高性能，能耗成本 低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。經(jīng)制片金相分析，鑄態(tài)球墨鑄鐵，有部分細(xì)片狀珠光體和球狀石墨形態(tài) 組織結(jié)構(gòu)，石墨球化率可以提高到2級(jí)以上(圖l)。本發(fā)明球墨鑄鐵，不僅適用于寬厚板工 作輥輥芯，而且還可以用于使用要求高抗拉強(qiáng)度和高韌性場(chǎng)合工件。 以下結(jié)合二個(gè)具體實(shí)施例，示例性說(shuō)明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)質(zhì)，但實(shí)施例 具體細(xì)節(jié)僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對(duì) 本發(fā)明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來(lái)，不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性增加和/ 或改動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡(jiǎn)單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范 圍。


圖1為本發(fā)明球墨鑄鐵金相照片，顯示石墨呈球狀。 圖2為現(xiàn)有技術(shù)(圖標(biāo))球墨鑄鐵金相照片，顯示石墨呈團(tuán)蟲(chóng)狀。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :在中頻電爐內(nèi)按設(shè)計(jì)成份，加入生鐵、廢鋼和相應(yīng)，熔煉得到球墨鑄鐵原鐵水，控制成分為(wt% ) :C3. 4，Sil. 35，MnO. 65，P《0. 063， S《0. 027， CuO. 73，MoO. 28， SbO. 0021，其余為Fe及雜質(zhì)元素，當(dāng)原鐵水溫度達(dá)到1455t:左右出鐵，出鐵時(shí)在包內(nèi)加入 按0. 16%純鎂/噸鐵水，加入釔基重稀土鎂(牌號(hào)DY-3)沖入法球化，球化后預(yù)計(jì)鐵水增 SiO. 5wt % ，再向包內(nèi)加入以純Si計(jì)量、鐵水重量0. 8wt %的復(fù)合孕育劑孕育。孕育劑由 釔基長(zhǎng)效孕育劑(牌號(hào)YFY-1)和FeSi75A110.5-A，兩者按4 : 6投加。得到最終成分為 (wt% ) :C3. 32，Si2. 45，MnO. 6，P《0. 062， S《0. 008， CuO. 71，MoO. 26，MgO. 067， CaO. 022， ReO. 014， SbO. 0021， BaO. 033，其余為Fe及雜質(zhì)元素的球墨鑄鐵。其中Mg、 Ca、 Re禾口 Ba含 量有球化和孕育操作控制，其他成份由組成原料控制。所得鑄態(tài)球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Rm = 563Mpa，沖擊韌性ak = 9. 5J/cm2。用此球墨鑄鐵在1295。C澆注離心復(fù)合寬厚板工作輥芯 部，開(kāi)箱后經(jīng)480°C回火后，芯部球墨鑄鐵技術(shù)性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度Rm = 630Mpa，沖擊韌性 ak = 10. 3J/cm2。 實(shí)施例2 :在中頻電爐內(nèi)加入生鐵、廢鋼和相應(yīng)的合金料，熔煉得到球墨鑄鐵原鐵 水，原鐵水成分為(wt% ) :C3. 3， Sil. 31，MnO. 68， P《0. 059， S《0. 024， CuO. 75，MoO. 27， SbO. 0019，其余為Fe及雜質(zhì)元素，在1455t:出鐵，在包內(nèi)加入按0. 18%純鎂/噸鐵水，加 入釔基重稀土鎂(牌號(hào)DY-3)沖入法球化，球化后預(yù)計(jì)鐵水增Si0.6X，球化后向包內(nèi)加入 以純Si計(jì)量、鐵水重量的0.85X的復(fù)合孕育劑孕育。復(fù)合孕育劑由釔基長(zhǎng)效孕育劑(牌 號(hào)YFY-1)和FeSi75A110. 5-A，兩者按4 : 6投加。得到球墨鑄鐵的最終成分為(wt% ): C3. 24，Si2. 56，MnO. 65，P《0. 052，S《0. 006，CuO. 71，MoO. 26，MgO. 070，CaO. 025，ReO. 014， SbO. 0026， BaO. 038，其余為Fe及雜質(zhì)元素的球墨鑄鐵。鑄態(tài)球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Rm = 582Mpa，沖擊韌性ak = 9. 3J/cm2。用此球墨鑄鐵在130(TC澆注離心復(fù)合寬厚板工作輥芯 部，開(kāi)箱后經(jīng)460°C回火后，芯部球墨鑄鐵技術(shù)性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度Rm = 642Mpa，沖擊韌性 ak = 10. 5J/cm2。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本專(zhuān)利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本專(zhuān)利公 開(kāi)內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到也可采用其他 方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合，例如釔基重稀土鎂 球化劑及釔基長(zhǎng)效孕育劑、硅鐵牌號(hào)的改變(GB2277-87)，等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以 被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利描述功能和效果，不再一一舉例展開(kāi)細(xì)說(shuō)，均屬于本專(zhuān)利保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
高強(qiáng)、高韌性球墨鑄鐵，其特征在于將組成為(wt％)C3.0-3.5，Si2.0-2.8，Mn0.5-0.8，P≤0.08，S≤0.02，Cu0.5-1.2，Mo0.2-0.6，Mg0.05-0.1，Ca0.01-0.03，Re0.01-0.015，Sb0.001-0.003，Ba0.01-0.05其余為Fe及雜質(zhì)元素；熔煉后加入釔基重稀土鎂沖入法球化；球化后再用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵復(fù)合孕育。
2. 寬厚板工作輥，包括球墨鑄鐵芯部，和高耐磨鐵基材外層，其特征在于所說(shuō)球墨鑄鐵芯部由組成為(wt% ) :C3. 0-3. 5，Si2. 0-2. 8，MnO. 5-0. 8，P《0. 08， S《0. 02， CuO. 5-1. 2，MoO. 2-0. 6， MgO. 05-0. 1， CaO. 01-0. 03， ReO. 01-0. 015， SbO. 001-0. 003， BaO. 01-0. 05其余為Fe及雜質(zhì)元素；熔煉后加入釔基重稀土鎂沖入法球化；球化后再用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵復(fù)合孕育所得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述寬厚板工作輥，其特征在于在復(fù)合內(nèi)層芯鐵水溫度為球墨鑄鐵液相線(xiàn)溫度加80-120°C。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于對(duì)球墨鑄鐵的改進(jìn)，其特征在于將組成為(wt％)C3.0-3.5，Si2.0-2.8，Mn0.5-0.8，P≤0.08，S≤0.02，Cu0.5-1.2，Mo0.2-0.6，Mg0.05-0.1，Ca0.01-0.03，Re0.01-0.015，Sb0.001-0.003，Ba0.01-0.05，其余為Fe及雜質(zhì)元素；熔煉后加入釔基重稀土鎂沖入法球化；球化后再用釔基長(zhǎng)效孕育劑和硅鐵復(fù)合孕育。所得球墨鑄鐵同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性，鑄態(tài)球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度≥500MPa，韌性ak≥9J/cm2，金相分析鑄態(tài)球墨鑄鐵，有部分細(xì)片狀珠光體和球狀石墨形態(tài)組織結(jié)構(gòu)，石墨球化率可以提高到2級(jí)以上，特別適用于寬厚板工作輥芯部用高強(qiáng)度球墨鑄鐵，大大提高了工作輥使用壽命。
文檔編號(hào)C22C33/08GK101775533SQ20101011207
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者周勤忠, 張文君, 邵黎軍 申請(qǐng)人:江蘇共昌軋輥有限公司