本發明涉及球墨鑄鐵的技術領域，尤其涉及球墨鑄鐵軋輥輥身及其制備方法。

背景技術：

隨著新的軋制工藝和軋制技術的開發及應用,軋鋼生產向著大型化、高速化和自動化的方向發展,同時對軋輥的使用性能和使用壽命提出了更高的要求。軋輥(尤其是工作輥)是軋鋼設備中的主要消耗部件,其壽命和使用性能對軋機作業率和產品質量起著關鍵性的作用。因此單一材質的整體鑄造軋輥已經不能滿足要求。因而輥身工作層和輥身心部采用不同材質鑄造的復合軋輥得到迅速的發展。復合軋輥的輥身工作層采用耐磨、耐剝落、耐糙化、耐熱裂的合金材料,而輥身心部和輥頸則采用具有很好的強度與韌性的球墨鑄鐵。這樣的軋輥同時具有良好的軋制性能和抗折斷性能,因而得到廣泛的采用。

現有的大尺寸軋輥輥身(外徑大于1000mm)加工后存在的問題在于：容易出現縮松、縮孔、夾渣、夾砂和裂紋等鑄造缺陷；無法通過100％超聲波探傷和磁粉探傷檢測。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種零缺陷的球墨鑄鐵軋輥輥身及其制備方法。

本發明的技術方案為：一種球墨鑄鐵軋輥輥身，包括以下重量百分比組分：

C：3.85-3.88％；Si：1.80-1.90％；Mn≤0.10％；P≤0.020％；S≤0.010％；Mo：0.35-0.50％；Ni：0.70-0.85％；Ti≤0.025％；Cr+Pb+V≤0.020％；RE：0.0030-0.0050％；Mg：0.030-0.045％以及余量鐵和不可除雜質。

上述的球墨鑄鐵軋輥輥身中，所述的輥身壁厚為75-80mm，外徑Φ1654mm，長度1890mm。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身中，所述的輥身兩端為Φ310mm的軸，一端長度為340mm，另一端長度675mm。

在本發明中，并不特定限制輥身為上述尺寸，本方案在此僅為強調本方案優選適用于大尺寸的輥身制作。在實際應用中，上述組分的球墨鑄鐵所制得的軋輥輥身通常無可檢測的缺陷存在。

同時，本發明還公開了一種球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將原料在1490-1510℃的溫度下融化成鐵液，在脫硫鐵水包內吹氮脫硫后調整成分應符合下列要求C：3.85-3.88％；Si：0.65-0.75％；Mn≤0.10％；P≤0.020％；S≤0.010％；Ti≤0.025％；Cr+Pb+V≤0.020％以及余量鐵和不可除雜質；

步驟2：將步驟1脫硫后的鐵液升溫至1470-1480℃，出鐵液進行球化處理和孕育處理；

步驟3：將步驟2得到的鐵液在1380-1390℃的條件下通過澆注系統進入樹脂砂型澆鑄成為輥身，充型時間：64-97秒。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，所述的原料為質量比為70-80:20-30的高純生鐵和打包廢鋼；

其中，高純生鐵的各組分的質量百分比為：C：4.35；Si：0.50；Mn：0.062；P：0.021；S：0.012；Ti：0.022；Cr：0.011；Ni：0.006；Mo：0.002；V：0.010；Pb：0.0006以及余量的鐵和不可除雜質；

打包廢鋼的各組分的質量百分比為：C：0.021；Si：0.25；Mn：0.13；P:0.011；S：0.014；Ti：0.015；V≤0.0010以及余量的鐵和不可除雜質。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，球化處理所用到的球化劑加入量如下：

重稀土球化劑和輕稀土球化劑的重量比為30:70，總加入量占原料總重量的1.0-1.1％。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，所述的孕育處理分為三步進行：

一次孕育處理：將75SiFe孕育劑和球化劑同時加入到鐵水中，進行一次孕育處理；75SiFe孕育劑占原料總重量的0.5％；

二次孕育處理：在出鐵液三分之二時加入高鈣鋇孕育劑，高鈣鋇孕育劑占原料總重量的0.5％；

三次孕育處理：在澆口杯內放置硫氧孕育劑，硫氧孕育劑占原料總重量的0.2％。

75SiFe孕育劑成分wt％：Si：73.51；Al：1.34；余Fe；

高鈣鋇孕育劑成分wt％：Si：72.99；Ca：1.25；Ba：2.97；Al：1.25；余Fe；

硫氧孕育劑wt％：Si：74；Ca：0.74；Ce：1.68；Al：0.94；S、O適量；余Fe；粒度：0.7-2mm。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，所述的步驟3在底注式澆注系統中進行，所述的底注式澆注系統包括直澆道、半環形橫澆道、泡沫陶瓷過濾器和內澆道，鐵液由澆口杯進入直澆道，再進入半環形橫澆道，再由泡沫陶瓷過濾器進入內澆道進入樹脂砂鑄型；其中，直澆道、半環形橫澆道、內澆道的橫截面積的比例為：F_直：F_橫：F_內＝1:0.95:1。

其直澆道、半環形橫澆道、內澆道的橫截面積的比例是經過反復試驗得到的，能夠保證快速平穩充型，杜絕產品缺陷出現。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，所述的直澆道為Φ120mm陶瓷管；橫澆道為80/100mm×120mm；內澆道為Φ30mm陶瓷管16個。

在上述的球墨鑄鐵軋輥輥身的制備方法中，所述的輥身的上端軸放置個1個Φ250mm發熱冒口。

本發明的有益效果如下：

本發明的球墨鑄鐵軋輥輥身的抗拉強度R_m≥370MPa，屈服強度R_p0.2≥240MPa，斷后伸長率A>12％，常溫沖擊功>12J。鑄件表面100％超聲波探傷和磁粉探傷，不得有縮松、縮孔、夾渣、夾砂和裂紋等鑄造缺陷。同時鑄件精加工后，進行100％超聲波探傷和磁粉探傷，不得有任何缺陷。超聲波聲速不少于5800m/s。

本大尺寸球墨鑄鐵軋輥輥身達到了外國客戶的零缺陷的要求。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的鑄件本體球化率和石墨大小形態(腐蝕前)100倍的電鏡圖；

圖2為本發明實施例1的鑄件本體基體組織(腐蝕后)100倍的電鏡圖；

圖3為本發明實施例1的底注式澆注系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，對本發明的技術方案作進一步的詳細說明，但不構成對本發明的任何限制。

實施例1

1.1原料準備：

球墨鑄鐵軋輥輥身的總體原料要求為：C：3.85％；Si：1.80％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010；Mo：0.35％；Ni：0.70％；Ti≤0.025％；Cr+Pb+V≤0.020％；RE：0.0030％；Mg：0.030％。

在本實施例中，為了達到上述的原料要求，本發明所采用的原材料為高純生鐵和優質的打包廢鋼的混合，高純生鐵：優質的打包廢鋼＝70:30；需要說明的是，在實際生產過程中，并不嚴格要求為高純生鐵和優質的打包廢鋼的組合，任何能夠達到上述總體原料要求的鐵即可滿足本實施例的要求，本實施例本著節約成本和提高市場競爭力的出發點采用高純生鐵和優質的打包廢鋼的混合作為本實施例的原料。

高純生鐵(％)：C：4.35；Si：0.50；Mn：0.062；P：0.021；S：0.012；Ti：0.022；Cr：0.011；Ni：0.006；Mo：0.002；V：0.010；Pb：0.0006。

優質的打包廢鋼(％)：C：0.021；Si：0.25；Mn：0.13；P:0.011；S：0.014；Ti：0.015；V≤0.0010。

2.1將原材料：高純生鐵：優質的打包廢鋼＝80:20加入15噸感應電爐內，熔化成液態，溫度達到1500℃，進行爐外吹氮脫硫后，倒回爐內并調整成分，達到下列要求：C：3.85％；Si：0.65％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010。

2.2將成分調整好的鐵液升溫至1475℃，出鐵液進行球化處理，球化劑加入量如下：

重稀土球化劑：輕稀土球化劑＝30:70，總加入量：1.0％

2.3在球化處理過程進行如下孕育處理：

2.3.1孕育劑(75SiFe)(成分％：Si：73.51；Al：1.34；余Fe)：0.5％壓在球化劑上面，進行一次孕育處理；

2.3.2高鈣鋇孕育劑(成分％：Si：72.99；Ca：1.25；Ba：2.97；Al：1.25；余Fe)：0.5％在出鐵液三分之二時加入，進行二次孕育處理；

2.3.3硫氧孕育劑(成分％：Si：74；Ca：0.74；Ce：1.68；Al：0.94；S、O適量；余Fe；粒度：0.7-2mm)：0.2％放置在定量拔塞式專用澆口杯內，進行第三次孕育處理。

2.3.4該輥身鑄件澆注溫度為：1390℃，充型時間：74秒。

本步驟中圖3所示的底注式澆注系統，直澆道1和內澆道3采用不同直徑的陶瓷管，在橫澆道2下放置150mm×150mm×32mm泡沫陶瓷過濾器4共計16個。為了快速平穩充型，采用定量拔塞式專用澆口杯和半環形橫澆道，澆注系統截面積比例為F_直：F_橫：F_內＝1:0.95:1。具體為：直澆道Φ120陶瓷管；橫澆道80/100×120；內澆道：Φ30陶瓷管16個。在輥身上端軸放置個1個Φ250mm發熱冒口。

(2)根據重型灰鑄鐵件澆注時間的計算公式

式中t—澆注時間(s)。

G_L—型內金屬液總重量(kg)；該鑄件所需的鐵液重量為10500kg。

S₂—壁厚系數，當鑄件壁厚＞40～80mm，S2取1.9。

同時球鐵件澆注時間按灰鑄鐵件澆注時間計算方法確定，然后按1/3～1/2計算。

故

因此確定澆注時間為：64-97秒。

實施例2

1.1原料準備：

球墨鑄鐵軋輥輥身的總體原料要求為：C：3.88％；Si：1.90％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010；Mo：0.50％；Ni：0.85％；Ti≤0.025％；Cr+Pb+V≤0.020％；RE：0.0050％；Mg：0.045％。

在本實施例中，為了達到上述的原料要求，本發明所采用的原材料為高純生鐵和優質的打包廢鋼的混合，高純生鐵：優質的打包廢鋼＝70:30；

高純生鐵(％)：C：4.35；Si：0.50；Mn：0.062；P：0.021；S：0.012；Ti：0.022；Cr：0.011；Ni：0.006；Mo：0.002；V：0.010；Pb：0.0006。

優質的打包廢鋼(％)：C：0.021；Si：0.25；Mn：0.13；P:0.011；S：0.014；Ti：0.015；V≤0.0010。

2.1將原材料：高純生鐵：優質的打包廢鋼＝70:30加入15噸感應電爐內，熔化成液態，溫度達到1500℃，進行爐外吹氮脫硫后，倒回爐內并調整成分，達到下列要求：C：3.88％；Si：0.75％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010。

2.2將成分調整好的鐵液升溫至1480℃，出鐵液進行球化處理，球化劑加入量如下：

重稀土球化劑：輕稀土球化劑＝30:70，總加入量：1.1％

2.3在球化處理過程進行如下孕育處理：

2.3.1孕育劑(75SiFe)(成分％：Si：73.51；Al：1.34；余Fe)：0.5％壓在球化劑上面，進行一次孕育處理；

2.3.2高鈣鋇孕育劑(成分％：Si：72.99；Ca：1.25；Ba：2.97；Al：1.25；余Fe)：0.5％在出鐵液三分之二時加入，進行二次孕育處理；

2.3.3硫氧孕育劑(成分％：Si：74；Ca：0.74；Ce：1.68；Al：0.94；S、O適量；余Fe；粒度：0.7-2mm)：0.2％放置在定量拔塞式專用澆口杯內，進行第三次孕育處理。

2.3.4該輥身鑄件澆注溫度為：1380℃，充型時間：64-97秒。

本步驟中圖3所示的底注式澆注系統，直澆道1和內澆道3采用不同直徑的陶瓷管，在橫澆道2下放置150mm×150mm×32mm泡沫陶瓷過濾器4共計16個。為了快速平穩充型，采用定量拔塞式專用澆口杯和半環形橫澆道，澆注系統截面積比例為F_直：F_橫：F_內＝1:0.95:1。具體為：直澆道Φ120陶瓷管；橫澆道80/100×120；內澆道：Φ30陶瓷管16個。在輥身上端軸放置個1個Φ250mm發熱冒口。

(2)根據重型灰鑄鐵件澆注時間的計算公式

式中t—澆注時間(s)。

G_L—型內金屬液總重量(kg)；該鑄件所需的鐵液重量為10500kg。

S₂—壁厚系數，當鑄件壁厚＞40～80mm，S2取1.9。

同時球鐵件澆注時間按灰鑄鐵件澆注時間計算方法確定，然后按1/3～1/2計算。

故

因此確定澆注時間為：64-97秒。

實施例3

1.1原料準備：

球墨鑄鐵軋輥輥身的總體原料要求為：C：3.88％；Si：1.80％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010；Mo：0.40％；Ni：0.80％；Ti≤0.025％；Cr+Pb+V≤0.020％；RE：0.0040％；Mg：0.040％。

在本實施例中，為了達到上述的原料要求，本發明所采用的原材料為高純生鐵和優質的打包廢鋼的混合，高純生鐵：優質的打包廢鋼＝75:25；

高純生鐵(％)：C：4.35；Si：0.50；Mn：0.062；P：0.021；S：0.012；Ti：0.022；Cr：0.011；Ni：0.006；Mo：0.002；V：0.010；Pb：0.0006。

優質的打包廢鋼(％)：C：0.021；Si：0.25；Mn：0.13；P:0.011；S：0.014；Ti：0.015；V≤0.0010。

2.1將原材料：高純生鐵：優質的打包廢鋼＝75:25加入15噸感應電爐內，熔化成液態，溫度達到1500℃，進行爐外吹氮脫硫后，倒回爐內并調整成分，達到下列要求：C：3.88％；Si：0.65％；Mn≤0.10；P≤0.020；S≤0.010。

2.2將成分調整好的鐵液升溫至1470℃，出鐵液進行球化處理，球化劑加入量如下：

重稀土球化劑：輕稀土球化劑＝30:70，總加入量：1.05％

2.3在球化處理過程進行如下孕育處理：

2.3.1孕育劑(75SiFe)(成分％：Si：73.51；Al：1.34；余Fe)：0.5％壓在球化劑上面，進行一次孕育處理；

2.3.2高鈣鋇孕育劑(成分％：Si：72.99；Ca：1.25；Ba：2.97；Al：1.25；余Fe)：0.5％在出鐵液三分之二時加入，進行二次孕育處理；

2.3.3硫氧孕育劑(成分％：Si：74；Ca：0.74；Ce：1.68；Al：0.94；S、O適量；余Fe；粒度：0.7-2mm)：0.2％放置在定量拔塞式專用澆口杯內，進行第三次孕育處理。

2.3.4該輥身鑄件澆注溫度為：1385℃，充型時間：64-97秒。

本步驟中圖3所示的底注式澆注系統，直澆道1和內澆道3采用不同直徑的陶瓷管，在橫澆道2下放置150mm×150mm×32mm泡沫陶瓷過濾器4共計16個。為了快速平穩充型，采用定量拔塞式專用澆口杯和半環形橫澆道，澆注系統截面積比例為F_直：F_橫：F_內＝1:0.95:1。具體為：直澆道Φ120陶瓷管；橫澆道80/100×120；內澆道：Φ30陶瓷管16個。在輥身上端軸放置個1個Φ250mm發熱冒口。

(2)根據重型灰鑄鐵件澆注時間的計算公式

式中t—澆注時間(s)。

G_L—型內金屬液總重量(kg)；該鑄件所需的鐵液重量為10500kg。

S₂—壁厚系數，當鑄件壁厚＞40～80mm，S2取1.9。

同時球鐵件澆注時間按灰鑄鐵件澆注時間計算方法確定，然后按1/3～1/2計算。

故

因此確定澆注時間為：64-97秒。

性能測試

如圖1和圖2所示，圖1為鑄件本體球化率和石墨大小形態(腐蝕前)100倍的電鏡圖；圖2為鑄件本體基體組織(腐蝕后)100倍的電鏡圖。

腐蝕前檢查的電鏡圖用來判斷該球墨鑄鐵件球化級別；腐蝕后檢查的電鏡圖用來判斷該球墨鑄鐵件基體組織的情況，鐵素體數量與珠光體數量的比例，有無異常情況如碳化物、磷共晶等。

如圖1所示，鑄件本體球化率90％，石墨大小6級，石墨球圓整度好，大小和分布比較均勻；如圖2所示，基體為100％鐵素體。

其力學性能為：抗拉強度R_m：389MPa，屈服強度R_p0.2：265MPa，斷后伸長率：22.5％，常溫沖擊功：18.6J。鑄件表面100％超聲波探傷和磁粉探傷，未發現有縮松、縮孔、夾渣和夾砂等鑄造缺陷。超聲波探傷縱波聲速5895m/s。

以上所述的僅為本發明的較佳實施例，凡在本發明的精神和原則范圍內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。