一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法

摘要

本发明公开一种梯状贝氏体‑马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。本发明所述方法为分层离心浇注不同成分的硅锰系铸造合金钢，外层（1）为高硬度耐磨层，内层（2）为韧性基体层，经过盐浴等温淬火热处理后使内、外层获得梯状贝氏体‑马氏体复相组织，从而获得不同的性能。本发明所述方法优选辊套内、外层材料成分配比，采用合理的离心复合铸造工艺，通过简单的等温淬火热处理方式使内外层得到不同含量的贝氏体‑马氏体复相组织，本发明辊套外层硬度为57~62HRC，冲击韧性10‑13J/cm2，内层硬度为50‑55HRC，冲击韧性19‑21J/cm2，得到了耐磨性高、韧性好、成本低的优质耐磨辊套。

权利要求

1.一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，其特征在于：所述复相钢耐磨辊套包括：外层和内层，外层为高硬度耐磨层，内层为韧性基体层；

所述外层的化学组成按重量百分比为：C含量0.50 0.60%，Si含量1.80-2.00%，Mn含量~

2.50-3.00 %，P含量≤0.03 %，S含量≤0.03 %；

所述内层的化学组成按重量百分比为：C含量0.35-0.45%，Si含量1.40 1.75%，Mn含量~

2.00-2.40%，P含量≤0.03 %，S含量≤0.03 %；

所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法具体包括以下步骤：（1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

（2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700-800r/min；待外层内壁表面温度降到1200℃～1350℃时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为

750-850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000-

1050℃，离心机转速将至350-450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃ 300℃后，从离心机中取出得到辊套；

~

（3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450-600℃之间，并保温90-

150min，然后空冷至室温，进行粗加工；

（4）将步骤（3）得到的辊套以3 6℃/min的速度加热至900 950℃，保温120 240min进行~ ~ ~盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280-320℃，盐浴时间为2-4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

2.根据权利要求1所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，其特征在于：外层与内层的厚度比例为1:1.5-1:3。

3.根据权利要求1所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，其特征在于：所述外层钢水出炉温度为1550 1580℃，浇注温度为1470 1530℃。

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4.根据权利要求1所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，其特征在于：所述内层钢水的出炉温度为1580 1600℃，浇注温度为1480 1540℃。

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说明书

一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。

背景技术

[0002] 立磨、雷蒙磨等骨料破碎研磨设备，广泛应用于水泥、电力、煤炭等工业领域。作为这些设备的主要功能性部件，磨辊辊套的工作表现直接制约着整个设备的工作效率。由于在严酷的磨损条件下进行工作，对磨辊辊套的抗磨性能提出了严苛的要求，尤其是辊套表面直接承受着高强度磨损和交变强压力作用，因此现有的辊套多采用复合结构，辊套的表层选用高抗磨材料进行强化。目前，磨辊辊套的复合生产工艺主要有两种，一种采用堆焊方式，以具有足够韧性的碳钢作为基体，在表面对焊高铬铸铁等高抗磨材料，提升辊套的抗磨性能。但此种方式，由于堆焊时，基体材料和表层增强材料间存在着应力，且在工作过程中，两种材料间的弹性模量差别较大，持续工作将引起界面处交变应力的产生，在两种应力的共同作用下表面的强化层易发生脱落，导致正常生产受到影响。另一种成形方式，将高抗磨性的高铬铸铁等材料与碳钢进行离心复合，先浇铸外圈抗磨层，后浇铸内圈基体层，铸件成形冷却后，进行热处理，但由于要考虑到两种不同材料的热物理性能以及力学性能的差异，往往热处理的工艺较为复杂，也易于在工作过程两种材料的界面处产生较大应力。此外，这两种复合方式的复合强化层所选用的材料合金元素含量较高，提升了复合辊套的生产成本。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，所述复相钢耐磨辊套包括：外层和内层，外层为高硬度耐磨层，内层为韧性基体层。

[0004] 所述外层的化学组成按重量百分比为：C含量0.50 0.60%，Si含量1.80-2.00%，Mn~含量2.50-3.00 %，P含量≤0.03 %，S含量≤0.03 %。

[0005] 所述内层的化学组成按重量百分比为：C含量0.35-0.45%，Si含量1.40 1.75%，Mn~含量2.00-2.40%，P含量≤0.03 %，S含量≤0.03 %。

[0006] 优选的，本发明所述外层与内层的厚度比例为1:1.5-1:3。

[0007] 本发明的另一目的在于提供梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的制备方法，通过简单热处理方法就可以得到高耐磨性、低生产成本的优质辊套；具体包括以下步骤：

[0008] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。

[0009] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内，在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700-800r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃～1350℃时，再浇入内层钢水，并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为750-850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000-1050℃，离心机转速将至350-450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃ 300℃后，从金属型内取出。~

[0010] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450-600℃之间，并保温90-150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0011] （4）将步骤（3）得到的辊套以3 6℃/min的速度加热至900 950℃，保温120 240min~ ~ ~进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280-320℃，盐浴时间为2-4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0012] 优选的，本发明所述外层钢水出炉温度为1550 1580℃，浇注温度为1470 1530℃。~ ~

[0013] 优选的，本发明所述内层钢水的出炉温度为1580 1600℃，浇注温度为1480 1540~ ~℃。

[0014] 本发明的有益效果

[0015] （1）本发明所述贝氏体-马氏体复相材料，主要由廉价的C、Si、Mn元素组成，而现有的其它技术所选用的原材料成分中含有大量的Cr、Ni、Mo等昂贵元素，而通过热处理后，贝氏体-马氏体复相材料能够获得与高铬铸铁等抗磨材料相近的性能，辊套外层硬度为57~62HRC，冲击韧性10-13J/cm2，内层硬度为50-55HRC，冲击韧性19-21J/cm2，使得本发明所述方法具有明显竞技性优势。

[0016] （2）与现有技术相比，本专利所采用的热处理工艺简单，只需要进行等温淬火+回火的处理工艺，在热处理过程中，无需考虑内、外圈材料热物理性能差异较大所引起的热变形应力的不利影响，而将热处理工艺复杂化。

[0017] （3）磨辊辊套在服役过程中，工作面承受着持续的交变应力作用，导致内圈和外圈之间产生交变应力作用，由于本专利的内外圈均为同系列材料，两者间的弹性模量等力学性能差别较小，大大削弱了这种应力作用，保证了辊套工作过程中的服役可靠性，避免因应力引起的裂纹等缺陷的产生。

附图说明

[0018] 图1 本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的轴向剖面图；

[0019] 图2 本发明所述梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套的径向截面图。

[0020] 图1 2中：1-辊套外圈，2-辊套内圆，3-辊套安装轴。~

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

[0022] 实施例1

[0023] 本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为200mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表1所示：

[0024] 表1

[0025]

[0026] 本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：

[0027] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。

[0028] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1550℃，浇注温度为1470℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1580℃，浇注温度为1480℃）；并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000℃，离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃后，从金属型内取出。

[0029] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450℃之间，并保温150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0030] （4）将步骤（3）得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃，保温120min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280℃，盐浴时间为4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0031] 本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为57HRC，冲击韧性为13 J/cm2；内层硬度为50HRC，冲击韧性为21J/cm2。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例制备5吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为300mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表2所示：

[0034] 表2

[0035]

[0036] 本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：

[0037] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

[0038] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1560℃，浇注温度为1500℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为750r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1300℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1590℃，浇注温度为1540℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为800r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1050℃，离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至250℃后，从金属型内取出。

[0039] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在500℃之间，并保温120min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0040] （4）将步骤（3）得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃，保温180min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为300℃，盐浴时间为3小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0041] 本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为60HRC，冲击韧性为12 J/cm2；内层硬度为52HRC，冲击韧性为20J/cm2。

[0042] 实施例3

[0043] 本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为100mm，内层壁厚为150mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表3所示：

[0044] 表3

[0045]

[0046] 本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：

[0047] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。

[0048] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1580℃，浇注温度为1530℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为800r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1350℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1600℃，浇注温度为1500℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为750r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1025℃，离心机转速将至450r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至300℃后，从金属型内取出。

[0049] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在600℃之间，并保温90min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0050] （4）将步骤（3）得到的辊套以6℃/min的速度加热至930℃，保温240min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为320℃，盐浴时间为2小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0051] 本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为62HRC，冲击韧性为11 J/cm2；内层硬度为55HRC，冲击韧性为19J/cm2。

[0052] 实施例4

[0053] 本实施例制备3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，其外层壁厚为80mm，内层壁厚为120mm；其内外两层材料的化学成分质量百分比表4所示：

[0054] 表4

[0055]

[0056] 本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：

[0057] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。

[0058] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1568℃，浇注温度为1510℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为750r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1300℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1595℃，浇注温度为1525℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为800r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1050℃，离心机转速将至400r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至250℃后，从金属型内取出。

[0059] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在500℃之间，并保温120min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0060] （4）将步骤（3）得到的辊套以4℃/min的速度加热至950℃，保温180min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为300℃，盐浴时间为3小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0061] 本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为57.5HRC，冲击韧性为11J/cm2；内层硬度为51HRC，冲击韧性为19J/cm2。

[0062] 实施例5

[0063] 制造3吨的贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套，设计其外层壁厚为80mm，内层壁厚为120mm。其内外两层材料的化学成分质量百分比表5所示：

[0064] 表5

[0065]

[0066] 本实施例所述贝氏体-马氏体复相钢离心复合磨辊辊套的制备方法，具体包括以下步骤：

[0067] （1）配料：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。

[0068] （2）离心铸造成形：首先将外层钢水浇入高速旋转的铸造金属型内（外层钢水出炉温度为1555℃，浇注温度为1475℃），在离心力的作用下外层钢水迅速形成液体空心圆柱体，此时离心机转速为700r/min；更换浇口管，待外层内壁表面温度降到1200℃时，再浇入内层钢水（内层钢水的出炉温度为1587℃，浇注温度为1486℃），并保持金属型的高速旋转，此时离心机转速为850r/min，在离心力的作用下内层钢水形成液体空心圆柱体，钢水的温度降低到1000℃，离心机转速将至350r/min凝固成内外成分不一样具有双层结构的辊套；辊套温度降低至200℃后，从金属型内取出。

[0069] （3）将取出的辊套进行去应力退火，回火温度控制在450℃之间，并保温150min，然后空冷至室温，然后进行粗加工。

[0070] （4）将步骤（3）得到的辊套以3℃/min的速度加热至900℃，保温120min进行盐浴等温淬火处理，盐浴温度为280℃，盐浴时间为4小时，随炉冷却至室温得到梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套。

[0071] 本实施例制备得到的梯状贝氏体-马氏体复相钢耐磨辊套，外层硬度为59HRC，冲击韧性为11.5J/cm2；内层硬度为51.5HRC，冲击韧性为20J/cm2。