[发明专利]一种铸造导辊合金及其制备方法

说明书

一种铸造导辊合金及其制备方法，各元素的质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Ni：0.7～1.2，Nb：0.4～0.9，B：1.3～1.6，C：0.55～0.66，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。将原料在1490～1620℃熔化，使得纯铁和铬铁、铌铁、金属镍充分熔化；然后降低电炉功率，将熔体温度降至1300～1340℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温约5～10分钟，待熔体温度为1260～1330℃时，迅速浇铸合金。本发明得到的铸锭整体硬度达到HRC60～66，冲击韧性达到8.0～12.0J/cm²，抗弯强度达到1220～1614MPa。

技术领域

本发明属于高硬度、高韧性的耐磨铸铁领域，涉及一种由不连续晶间硼化物和马氏体基体相的耐磨铸铁及其制备方法，可推广应用到轧制工艺的导辊和其他高耐磨场合。

技术背景

轧制是金属压力加工的主要生产工艺，轧制导卫装置由滑动方式改变为滚动方式，轧制速度大幅度提高，最高速度甚至超过了100m/s，在设备高速运转下，导卫装置的稳定性和耐用性就变得非常重要。作为主要消耗部件，国内年消耗量大概为100万吨以上，国际年消耗量接近1000万吨。

导辊在高速运转过程中，不仅受到线材的摩擦作用，还受到线材的冲击和高温线材的间接加热和冷却水的激冷，导卫装置在轧制过程中承受较大的不规则应力，应用环境非常严酷，所以往往设备失效都是由导卫装置失效引起，失效原因多为高温磨损、表面粘钢、热裂等情况。

滚动导卫辊的主要技术要求有以下几个方面：

(1)高硬度和高耐磨性：由于频繁、快速的摩擦磨损，参考铸造高速钢(W、Mo、Cr、V)HRC应在55～60以上，尤其是红硬性，在550～560℃高温下应当硬度不会有显著降低；(2)高韧性：由于轧件的冲击，残余应力、机械应力、热应力的多方面复杂作用，必须有足够的韧性，高钒高速钢(C、V 5-12％、Cr、Mo)，冲击韧性在8～12J/cm²；(3)耐热性：热轧时温度在室温和500℃之间频繁变化，发生激热激冷，要求钢材的性能不发生较大改变，能维持应有的强度和力学性能；(4)抗粘钢性：防止在高温轧制过程中导轮与轧件发生粘结。

导卫装置经过多年的发展，先后经历了碳钢、球墨铸铁、白口铸铁和高铬铸铁这几个阶段，而现在也开始出现合金钢、金属陶瓷等新材料制备的导卫辊。其中：(1)高铬铸铁，硬度和耐磨性达标，但热处理后塑性和韧性不足，容易破碎；(2)普通模具钢，冲击韧性较好，但是硬度和耐磨性不足；(3)WC硬质合金硬度和冲击韧性都符合要求，但承受激热激冷的能力较差，容易粘钢；(4)铜钨合金，耐磨性和导热性较好，不粘钢，但是整体硬度不高，容易拉伤。因此发展高强度或高硬度的金属陶瓷材料、强度和韧性较高的合金材料、以及表面强化等措施都是导辊的研究方向。表1列举了几种应用较多的导卫辊材质。

表1常见导卫辊材质

从表1可知，导卫辊材质主要是高碳，并且含有大量的昂贵金属V、W、Mo等元素，材料成本较高；并且这些合金往往需要复杂的加工和热处理工艺，才能得到高硬度和高韧性，满足使用需要，工序时间长，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造导辊合金及其制备方法，该合金以B元素取代C元素，形成晶间析出网状结构M₂B硬质相，而基体为高硬度马氏体相；利用Nb与C元素形成颗粒析出相，破坏M₂B硬质相的连续网状结构，形成断网组织，这种组织在表现高硬度的同时，具有高韧性特点，满足导辊的性能要求。