一種耐熱碳套輥輥芯及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種耐熱碳套輥輥芯，組成輥芯的成分以及各成分的質量百分比為：Mg：10-25%，Ti：7-12%，Li：10-15%，Ta：5-8%，Co：1-3%，Ni：10-20%，V：3-6%，Mn：0.5-1%，Mo：0.2-0.7%，Nb：0.2-0.5%；其余為輔助原料。本發明還提供了精確配置原料、原料初煉、鋼水精煉、反復精煉、澆注成型、二次處理、石墨化處理以及機加工的制造方法。本方法簡單、成本低、生產率高；并且所得輥芯的耐熱、耐腐蝕性能優異、強度高、經久耐用，壽命長。
【專利說明】一種耐熱碳套輥輥芯及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械制造領域，具體涉及一種耐熱碳套輥輥芯及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 爐輥是在對物料進行退火處理時，帶動物料進入爐內后的定位輥。爐輥的質量是 影響作業率以及產品表面質量的主要因素之一，并且爐輥長期處于高溫或者超高溫的工作 環境下，因此對其的耐熱性具有一定要求。而現有的爐輥在進行高溫作業后很容易出現輥 面氧化、疏松剝落等現象，影響正常生產作業。
[0003] 因此，研制出一種耐熱性能優異的輥芯是本領域技術人員所需解決的難題。
【發明內容】
[0004] 為解決上述問題，本發明公開了一種耐熱碳套輥輥芯及其制造方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案： 一種耐熱碳套輥輥芯，組成輥芯的成分以及各成分的質量百分比為：Mg :10-25%，Ti : 7-12%, Li ： 10-15%, Ta ：5-8°/〇, Co ：1-3°/〇, Ni ： 10-20%, V ：3-6°/〇, Μη ：0. 5-1%, Mo ：0. 2-0. 7%, Nb ： 0. 2-0. 5% ;其余為輔助原料。
[0006] 在上述成分設計中，Mg具有優秀的熱消散性。Ti具有穩定的化學性質，同時具有 良好的耐高溫性。Ta的質地十分堅硬，并且有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性。 Μη可以提高珠光體含量，進而提高抗拉強度，但當含量過高時容易產生偏析，顯著提高韌脆 轉變溫度，降低合金的塑性以及韌性，因此將Μη的質量百分比控制在0. 5-1%。Ni為強增加 淬透性元素，可充分提高緊固件淬透性以及抗沖擊韌性。微量的V可以賦予合金一些特殊 機能，如提高抗張強度和屈服點。少量的Nb可使合金的晶粒細化，降低合金的過熱敏感性 以及回火脆性，提高強度和抗蝕性。
[0007] 其具體制造步驟如下： (1) 原料精確配制 將準備好的配料破碎或者碾磨成粉狀，進行多次取樣，通過光譜分析儀得到原料中的 金屬元素種類，并通過密度檢測儀得到配料中各元素的密度；所得數據經電腦分析對比，得 到各元素的質量百分比；根據所得各元素配比適當添加相應元素，使配比達到組成耐熱碳 套輥輥芯中各元素的質量百分比的要求，形成制造耐熱碳套輥輥芯的原料； (2) 原料初煉 將原料放入真空中頻感應爐中熔煉，升溫至1580-1680°C ;使用造渣劑進行造渣，并通 過置于爐底的噴嘴將底吹氣體吹入爐內；同時攪拌鋼水； (3) 鋼水精煉 將經過初煉的鋼水在真空或者充滿惰性氣體的容器中進行脫氣、脫氧以及脫硫處理， 去除鋼水中的夾雜物；并通過光譜分析儀以及密度檢測儀獲得鋼水中夾雜物的含量； (4) 反復精煉 重復步驟（3)對鋼水反復精煉，直到鋼水中夾雜物的含量不再降低； (5) 澆注成型 將步驟（4)中得到的鋼水升溫至1450-1550°C，保持5-10min后出爐鎮靜；將鋼水鎮靜 3-5min后，將鋼水澆注于輥芯模具中； (6) 二次處理 將初步成型的輥芯使用浸漬劑進行浸漬；按照不高于55°C /h的速度在電爐中升溫 至850-950°C，并保溫4. 5-5. 5h ;爐冷至室溫；隨后再按照不高于78°C /h的速度升溫至 750-840°C，保溫至3-4h后出爐至67-83°C的水中淬火至200-280°C ;淬火完成后再將其升 溫至320-380°C，保溫5-6h，進行低溫回火處理并出爐空冷； (7) 石墨化處理 將步驟（6)中得到的輥芯放入石墨化電爐中進行石墨化處理，得到碳套輥輥芯半成 品； (8) 機加工 對步驟（7)中得到的碳套輥輥芯半成品進行機加工，對其進行校直，并對其外圓面、兩 側端面以及內孔進行加工，得到碳套輥輥芯成品。
[0008] 作為優選，輔助原料為無機礦物；無機礦物為娃灰石。
[0009] 本發明中使用硅灰石作為輥芯的填充料，硅灰石的力學性能優良，耐化學腐蝕、熱 穩定性以及尺寸穩定性好。
[0010] 作為優選，步驟（2)中的造渣劑為低碳埋弧造渣劑；低碳埋弧造渣劑的組成成分 以及各成分所占質量百分比分別為：CaO :68-75%，Si02 :5-15%，MgO :3-5%，A1203 :7-14%， A1：4-5%〇
[0011] 本發明采用的低碳埋弧造渣劑進行造渣能夠生成足夠流動性和堿度的熔渣，能夠 把原料中含有的S和P降到最低。
[0012] 作為優選，步驟（2)中的底吹氣體為N2或者Ar。
[0013] 本發明使用N2或者Ar作為底吹氣體，可以使原料加速熔化，縮短冶煉時間，降低 能耗，提高金屬和合金的收得率，改善合金質量，降低成本，提高生產率。
[0014] 本發明與現有的輥芯以及制造輥芯的方法相比，有益效果為：（1)所得輥芯的耐 熱、耐腐蝕性能優異、強度高；（2)所得輥芯經久耐用，壽命長；（3)制作輥芯的方法簡單、成 本低、生產率高。
【具體實施方式】
[0015] 以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體 實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0016] 實施例1 本發明為一種耐熱碳套輥輥芯，組成爐輥的成分以及各成分的質量百分比為：Mg: 25%，Ti :7%，Li :10%，Ta :5%，Co :1%，Ni :10%，V :3%，Μη :0· 5%，Mo :0· 2%，Nb :0· 2% ;其余為硅 灰石。
[0017] 其具體制造步驟如下： (1)原料精確配制 將準備好的配料破碎或者碾磨成粉狀，進行多次取樣，通過光譜分析儀得到原料中的 金屬元素種類，并通過密度檢測儀得到配料中各元素的密度；所得數據經電腦分析對比，得 到各元素的質量百分比；根據所得各元素配比適當添加相應元素，使配比達到組成耐熱碳 套輥輥芯中各元素的質量百分比的要求，形成制造耐熱碳套輥輥芯的原料。
[0018] (2)原料初煉 將原料放入真空中頻感應爐中熔煉，升溫至1580°C ;使用低碳埋弧造渣劑進行造渣， 其中低碳埋弧造渣劑的組成成分以及各成分所占質量百分比分別為：CaO :75%，Si02 :5%， MgO :5%，A1203 :10%，A1 :5% ;并通過置于爐底的噴嘴將N2吹入爐內；同時攪拌鋼水。
[0019] (3)鋼水精煉 將經過初煉的鋼水在真空或者充滿惰性氣體的容器中進行脫氣、脫氧以及脫硫處理， 去除鋼水中的夾雜物；并通過光譜分析儀以及密度檢測儀獲得鋼水中夾雜物的含量。
[0020] (4)反復精煉 重復步驟（3)對鋼水反復精煉，直到鋼水中夾雜物的含量不再降低。
[0021] (5)澆注成型 將步驟（4)中得到的鋼水升溫至1450°C，保持5min后出爐鎮靜；將鋼水鎮靜3min后， 將鋼水澆注于輥芯模具中。
[0022] (6)二次處理 將初步成型的輥芯使用浸漬劑進行浸漬；按照55°C /h的速度在電爐中升溫至850°C， 并保溫4. 5h ;爐冷至室溫；隨后再按照78°C /h的速度升溫至750°C，保溫至3h后出爐至 67°C的水中淬火至200°C ;淬火完成后再將其升溫至320°C，保溫5h，進行低溫回火處理并 出爐空冷。
[0023] (7)石墨化處理 將步驟（6)中得到的輥芯放入石墨化電爐中進行石墨化處理，得到碳套輥輥芯半成品。
[0024] (8)機加工 對步驟（7)中得到的碳套輥輥芯半成品進行機加工，對其進行校直，并對其外圓面、兩 側端面以及內孔進行加工，得到碳套輥輥芯成品。
[0025] 通過以上方法制得的碳套輥輥芯與現有的碳套輥輥芯相比，其抗拉強度提升15%， 其硬度提升17%，使用壽命延長32%。
[0026] 實施例2 本發明為一種耐熱碳套輥輥芯，組成爐輥的成分以及各成分的質量百分比為：Mg: 20%，Ti :10%，Li :10%，Ta :8%，Co :3%，Ni :15%，V :4%，Μη :0· 5%，Mo :0· 4%，Nb :0· 3% ;其余為 娃灰石。
[0027] 其具體制造步驟如下： (1)原料精確配制 將準備好的配料破碎或者碾磨成粉狀，進行多次取樣，通過光譜分析儀得到原料中的 金屬元素種類，并通過密度檢測儀得到配料中各元素的密度；所得數據經電腦分析對比，得 到各元素的質量百分比；根據所得各元素配比適當添加相應元素，使配比達到組成耐熱碳 套輥輥芯中各元素的質量百分比的要求，形成制造耐熱碳套輥輥芯的原料。
[0028] (2)原料初煉 將原料放入真空中頻感應爐中熔煉，升溫至1600°C ;使用低碳埋弧造渣劑進行造渣， 其中低碳埋弧造渣劑的組成成分以及各成分所占質量百分比分別為：CaO :72%，Si02 :10%， MgO :4%，A1203 :10%，A1 :4% ;并通過置于爐底的噴嘴將N2吹入爐內；同時攪拌鋼水。
[0029] (3)鋼水精煉 將經過初煉的鋼水在真空或者充滿惰性氣體的容器中進行脫氣、脫氧以及脫硫處理， 去除鋼水中的夾雜物；并通過光譜分析儀以及密度檢測儀獲得鋼水中夾雜物的含量。
[0030] (4)反復精煉 重復步驟（3)對鋼水反復精煉，直到鋼水中夾雜物的含量不再降低。
[0031] (5)澆注成型 將步驟（4)中得到的鋼水升溫至1500°C，保持8min后出爐鎮靜；將鋼水鎮靜4min后， 將鋼水澆注于輥芯模具中。
[0032] (6)二次處理 將初步成型的輥芯使用浸漬劑進行浸漬；按照50°C /h的速度在電爐中升溫至900°C， 并保溫5h ;爐冷至室溫；隨后再按照74°C /h的速度升溫至800°C，保溫至3. 5h后出爐至 75°C的水中淬火至240°C ;淬火完成后再將其升溫至350°C，保溫5. 5h，進行低溫回火處理 并出爐空冷。
[0033] (7)石墨化處理 將步驟（6)中得到的輥芯放入石墨化電爐中進行石墨化處理，得到碳套輥輥芯半成品。
[0034] (8)機加工 對步驟（7)中得到的碳套輥輥芯半成品進行機加工，對其進行校直，并對其外圓面、兩 側端面以及內孔進行加工，得到碳套輥輥芯成品。
[0035] 通過以上方法制得的碳套輥輥芯與現有的碳套輥輥芯相比，其抗拉強度提升19%， 其硬度提升22%，使用壽命延長38%。
[0036] 實施例3 本發明為一種耐熱碳套輥輥芯，組成爐輥的成分以及各成分的質量百分比為：Mg: 10%，Ti :12%，Li :12%，Ta :8%，Co :3%，Ni :20%，V :6%，Μη :1%，Mo :0· 7%，Nb :0· 5% ;其余為硅 灰石。
[0037] 其具體制造步驟如下： (1)原料精確配制 將準備好的配料破碎或者碾磨成粉狀，進行多次取樣，通過光譜分析儀得到原料中的 金屬元素種類，并通過密度檢測儀得到配料中各元素的密度；所得數據經電腦分析對比，得 到各元素的質量百分比；根據所得各元素配比適當添加相應元素，使配比達到組成耐熱碳 套輥輥芯中各元素的質量百分比的要求，形成制造耐熱碳套輥輥芯的原料。
[0038] (2)原料初煉 將原料放入真空中頻感應爐中熔煉，升溫至1680°C ;使用低碳埋弧造渣劑進行造渣， 其中低碳埋弧造渣劑的組成成分以及各成分所占質量百分比分別為：CaO :68%，Si02 :8%， MgO :5%，A1203 :14%，A1 :5% ;并通過置于爐底的噴嘴將N2或者Ar吹入爐內；同時攪拌鋼水。
[0039] (3)鋼水精煉 將經過初煉的鋼水在真空或者充滿惰性氣體的容器中進行脫氣、脫氧以及脫硫處理， 去除鋼水中的夾雜物；并通過光譜分析儀以及密度檢測儀獲得鋼水中夾雜物的含量。
[0040] (4)反復精煉 重復步驟（3)對鋼水反復精煉，直到鋼水中夾雜物的含量不再降低。
[0041] (5)澆注成型 將步驟（4)中得到的鋼水升溫至1550°C，保持lOmin后出爐鎮靜；將鋼水鎮靜5min后， 將鋼水澆注于輥芯模具中。
[0042] (6)二次處理 將初步成型的輥芯使用浸漬劑進行浸漬；按照45°C /h的速度在電爐中升溫至950°C， 并保溫5. 5h ;爐冷至室溫；隨后再按照68°C /h的速度升溫至840°C，保溫至4h后出爐至 83°C的水中淬火至280°C ;淬火完成后再將其升溫至380°C，保溫6h，進行低溫回火處理并 出爐空冷。
[0043] (7)石墨化處理 將步驟（6)中得到的輥芯放入石墨化電爐中進行石墨化處理，得到碳套輥輥芯半成品。
[0044] (8)機加工 對步驟（7)中得到的碳套輥輥芯半成品進行機加工，對其進行校直，并對其外圓面、兩 側端面以及內孔進行加工，得到碳套輥輥芯成品。
[0045] 通過以上方法制得的碳套輥輥芯與現有的碳套輥輥芯相比，其抗拉強度提升23%， 其硬度提升25%，使用壽命延長48%。
[0046] 最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制性技術方 案，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而 不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種耐熱碳套輥輥芯，其特征在于：組成輥芯的成分以及各成分的質量百分比為： Mg ： 10-25%,Ti ：7-12%,Li ： 10-15%, Ta ：5-8%,Co ：l-3%,Ni ： 10-20%, V ：3-6%,Mn ：0.5-1%,Mo ： 0. 2-0. 7%，Nb :0. 2-0. 5% ;其余為輔助原料。
2. 根據權利要求1所述的一種耐熱碳套輥輥芯，其特征在于：其具體制造步驟如下： (1) 原料精確配制 將準備好的配料破碎或者碾磨成粉狀，進行多次取樣，通過光譜分析儀得到原料中的 金屬元素種類，并通過密度檢測儀得到配料中各元素的密度；所得數據經電腦分析對比，得 到各元素的質量百分比；根據所得各元素配比適當添加相應元素，使配比達到組成耐熱碳 套輥輥芯中各元素的質量百分比的要求，形成制造耐熱碳套輥輥芯的原料； (2) 原料初煉 將原料放入真空中頻感應爐中熔煉，升溫至1580-1680°C ;使用造渣劑進行造渣，并通 過置于爐底的噴嘴將底吹氣體吹入爐內；同時攪拌鋼水； (3) 鋼水精煉 將經過初煉的鋼水在真空或者充滿惰性氣體的容器中進行脫氣、脫氧以及脫硫處理， 去除鋼水中的夾雜物；并通過光譜分析儀以及密度檢測儀獲得鋼水中夾雜物的含量； (4) 反復精煉 重復步驟（3)對鋼水反復精煉，直到鋼水中夾雜物的含量不再降低； (5) 澆注成型 將步驟（4)中得到的鋼水升溫至1450-1550°C，保持5-10min后出爐鎮靜；將鋼水鎮靜 3-5min后，將鋼水澆注于輥芯模具中； (6) 二次處理 將初步成型的輥芯使用浸漬劑進行浸漬；按照不高于55°C /h的速度在電爐中升溫 至850-950°C，并保溫4. 5-5. 5h ;爐冷至室溫；隨后再按照不高于78°C /h的速度升溫至 750-840°C，保溫至3-4h后出爐至67-83°C的水中淬火至200-280°C ;淬火完成后再將其升 溫至320-380°C，保溫5-6h，進行低溫回火處理并出爐空冷； (7) 石墨化處理 將步驟（6)中得到的輥芯放入石墨化電爐中進行石墨化處理，得到碳套輥輥芯半成 品； (8) 機加工 對步驟（7)中得到的碳套輥輥芯半成品進行機加工，對其進行校直，并對其外圓面、兩 側端面以及內孔進行加工，得到碳套輥輥芯成品。
3. 根據權利要求1所述的一種耐熱碳套輥輥芯，其特征在于：所述輔助原料為無機礦 物；所述無機礦物為娃灰石。
4. 根據權利要求2所述的一種耐熱碳套輥輥芯，其特征在于：所述步驟（2)中的造渣劑 為低碳埋弧造渣劑；所述低碳埋弧造渣劑的組成成分以及各成分所占質量百分比分別為： CaO :68-75%，Si02 :5-15%，MgO :3-5%，A1203 :7-14%，A1 :4-5%。
5. 根據權利要求2所述的一種耐熱碳套輥輥芯，其特征在于：所述步驟（2)中的底吹氣 體為N2或者Ar。
【文檔編號】C21C5/54GK104152799SQ201410346907
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】馬中亮, 于興仁 申請人:江蘇南山冶金機械制造有限公司