粒子強(qiáng)化熱軋無縫鋼管連軋機(jī)復(fù)合軋輥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及乳輥制造技術(shù)，尤其涉及一種粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳輥是乳鋼生產(chǎn)中重要的大宗消耗工具，乳輥的質(zhì)量和使用壽命是制約一個(gè)國家乳鋼技術(shù)發(fā)展水平的先決條件。在可預(yù)見的未來，以輥乳為特征的連續(xù)變形乳鋼技術(shù)仍將是鋼材成型的核心技術(shù)。我國已成為世界上最大的無縫鋼管生產(chǎn)國，而無縫鋼管連乳機(jī)乳輥的質(zhì)量問題和使用壽命也是制約無縫鋼管生產(chǎn)的一大瓶頸。
[0003]熱連乳無縫鋼管是在高溫下將穿孔后的厚壁毛管乳成薄壁的荒管，以達(dá)到成品管所需求的熱尺寸和均勻性。在連乳機(jī)乳制過程中，乳件變形受多組連乳輥與芯軸或芯棒的從圓到橢圓，從橢圓再到圓的反復(fù)乳制過程。熱連乳乳輥的工作環(huán)境惡劣，在乳制不同材質(zhì)、不同壁厚毛管時(shí)的工作溫度達(dá)到1100°C?1200°C的高溫，并伴有冷卻水的激冷激熱作用，承受切向拉伸和徑向壓縮的復(fù)合應(yīng)力，并同時(shí)承受交變熱應(yīng)力作用，乳輥工作表面與鋼管之間產(chǎn)生滾動與滑動摩擦。當(dāng)工作溫度低于1100°C時(shí)，由于乳件變形抗力增加，乳輥的工作層和芯軸非常容易損壞。因此，要求熱連乳無縫鋼管乳輥的輥身工作層部分具有較高硬度、高強(qiáng)度、良好的耐磨性和抗冷熱疲勞性，同時(shí)要求有較厚的工作層，以滿足使用中多次加工修復(fù)的需求;而芯軸應(yīng)具有高強(qiáng)度和高韌性。根據(jù)無縫鋼管連乳輥的結(jié)構(gòu)和服役條件分析，理想狀態(tài)是輥身工作層和芯軸采用雙金屬結(jié)構(gòu)，以滿足乳輥和芯軸不同的服役要求。
[0004]而目前無縫鋼管乳輥所存在問題是:雙金屬復(fù)合乳輥生產(chǎn)工藝用兩臺冶煉設(shè)備分別冶煉兩種金屬材料，首先離心鑄造外層即工作層部分，待外層部分基本凝固后將離心鑄造金屬模整體放置到鑄軸的砂型中，然后靜態(tài)鑄造芯軸部分，從而獲得雙金屬乳輥坯。這種工藝方法及設(shè)備復(fù)雜。由于連乳輥輥身厚度大，要求離心轉(zhuǎn)速變化大，內(nèi)外層凝固速度差異大，從而增加了離心鑄造的難度，使生產(chǎn)成本升高。又由于雙金屬復(fù)合制造工藝和設(shè)備復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)，所以國內(nèi)外生產(chǎn)的連乳輥基本都是鑄造的單一金屬整體式。這種制備方法通常選用的材料為含Ni2.5?4.5 %、含Mo 0.6?1.0 %的合金球墨鑄鐵，依靠合金元素來提高無縫鋼管連乳機(jī)乳輥的性能。
[0005]無縫鋼管連乳輥屬厚大球墨鑄鐵件，其制造難點(diǎn)在于厚大球墨鑄鐵件鑄造時(shí)易產(chǎn)生球化衰退。由于Cr、Mo的反球化作用，所以很難得到球化率和球化級別較高的基體；同時(shí)由于厚大球墨鑄鐵件在進(jìn)行等溫淬火熱處理時(shí)易開裂，因此，其選用的熱處理工藝為正火。而正火乳輥性能比等溫淬火乳輥低的多，抗拉強(qiáng)度一般為390?500MPa、沖擊韌性只有2.2-3.2J/cm2。因此在使用中易產(chǎn)生碎裂、斷軸等影響生產(chǎn)的問題。也有為了降低成本使用普通冷硬鑄鐵連乳輥，而冷硬鑄鐵作為熱乳鋼管連乳輥時(shí)耐磨性差、硬度低，不僅使用壽命低，而且易產(chǎn)生“粘鋼”等缺陷，從而影響鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥及其制備方法，以解決現(xiàn)有熱乳無縫鋼管連乳機(jī)乳輥存在的諸多問題。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來解決其提出的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明所提供的一種技術(shù)解決方案為一種粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥，其特點(diǎn)在于，該復(fù)合乳輥采用復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體;其基體成分以重量百分比計(jì)為:C:3.4?3:7%，S1:1.8?2.2%，Mn: <0.35%,P: <0.03%,S: < 0.025% ;復(fù)合粒子是由強(qiáng)化粒子，活性濕潤劑和基體強(qiáng)化劑組成，其組成比率為:強(qiáng)化粒子:活性濕潤劑:基體強(qiáng)化劑為1:1:0.001?0.002;所述強(qiáng)化粒子為碳化鎢和碳化鈦或其中的一種，強(qiáng)化粒子為復(fù)合乳輥輥身工作層重量的5?10%;所述活性濕潤劑為Ni粉，Nb粉及工業(yè)還原鐵粉中的任意組合或者其中至少一種;所述基體強(qiáng)化劑為鉍粉和銻粉或其中的一種。
[0008]本發(fā)明所提供的另一種技術(shù)解決方案為一種粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥制備方法，其特點(diǎn)在于所說的復(fù)合乳輥采用復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體，所述基體成分以重量百分比計(jì)為:(::3.4?3:7%^:1.8?2.2%，]\111: <0.35%,P: <0.03%,S: <
0.025%；所述復(fù)合粒子由強(qiáng)化粒子，活性濕潤劑和基體強(qiáng)化劑組成;所述強(qiáng)化粒子為碳化鎢和碳化鈦或其中的一種，當(dāng)同時(shí)采用碳化鎢和碳化鈦時(shí)，其比例為1:1，強(qiáng)化粒子為復(fù)合乳輥輥身工作層重量的5?10%;所述活性濕潤劑為Ni粉，Nb粉及工業(yè)還原鐵粉中的任意組合或者其中至少一種;所述基體強(qiáng)化劑為鉍粉和銻粉或其中的一種。
[0009]其制備方法如下:a)鑄型設(shè)計(jì):鑄坯型腔設(shè)計(jì)為由鋼制分型圈隔開的輥身工作層部分和芯軸部分，并且各自設(shè)置有澆冒系統(tǒng);b)將所述強(qiáng)化粒子，活性濕潤劑，基體強(qiáng)化劑按1: 1:0.001?0.002的比例均勻混合壓制成5?1mm的復(fù)合粒子塊，并且將其預(yù)熱至350?400°C待用;c)冶煉復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體，采用兩個(gè)澆包分別澆鑄輥身工作層和芯軸兩部分;將預(yù)熱至350?400°C的復(fù)合粒子塊放入澆鑄輥身工作層的澆包中，沖入冶煉好的復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體熔液，在芯軸澆包中沖入復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體熔液;d)澆鑄時(shí)先澆鑄芯軸部分，待芯軸型腔內(nèi)的基體熔液升至輥身工作層型腔的底部時(shí)開始澆鑄輥身工作層，使輥身工作層和芯軸兩部分的基體熔液液面同時(shí)上升，直至澆鑄完成;輥身工作層和芯軸兩部分的基體熔液在澆鑄后將鋼制分型圈完全熔化，兩部分基體熔液互相滲透形成冶金化一體，冷卻后獲得復(fù)合乳輥輥坯;e)熱處理設(shè)計(jì):采用雙介質(zhì)互換式等溫淬火工藝，在浴鹽和空氣中反復(fù)交換冷卻，浴鹽和空氣冷卻各為5min，反復(fù)重復(fù)6?9次;f)進(jìn)行機(jī)械加工。
[0010]本發(fā)明的復(fù)合粒子強(qiáng)化球墨鑄鐵基體成分中加入有以重量百分比計(jì)Cu:0.2?
0.4%，N1:0?0.5%，Mg:0.04?0.06%，Nb: 0.01 ?0.I %。復(fù)合乳輥的抗拉強(qiáng)度為 ob >900MPa，沖擊韌性為ak > 90J/cm2。
[0011]本發(fā)明的粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥及其制備方法由于加入了強(qiáng)化粒子、活性濕潤劑、基體強(qiáng)化劑等強(qiáng)化元素而形成了復(fù)合強(qiáng)化粒子塊，這些強(qiáng)化粒子塊不與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此可以獲得良好的球化效果。尤其是厚大件和超厚大件乳輥的球化效果明顯提高，從而保證了熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥的鑄造質(zhì)量。又由于本發(fā)明采用了鑄坯型腔設(shè)計(jì)為由鋼制分型圈隔開的輥身工作層和芯軸兩部分以及各自設(shè)置有澆冒系統(tǒng)的鑄造模型和所采用的澆鑄方法，從而獲得具有耐磨耐沖擊耐激冷激熱的輥身工作層以及具有高強(qiáng)度高韌性的芯軸。充分滿足了熱乳無縫鋼管連乳機(jī)乳輥的服役條件要求，同時(shí)又使復(fù)合乳輥保持了高的使用壽命和良好的冷加工性能，提高了熱連乳鋼管乳輥的使用壽命，顯著降低了其制造和生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是熱連乳無縫鋼管復(fù)合乳輥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是復(fù)合乳輥鑄型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為輥身工作層部分，2為報(bào)廢時(shí)輥身工作曲線位置，3為鋼制分型圈，4為芯軸部分。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下參照本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，示例性實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作如下詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明提供了一種粒子強(qiáng)化熱乳無縫鋼管連乳機(jī)復(fù)合乳輥及其制備