[发明专利]高强度、高耐磨铜系多元合金球墨铸铁及其应用

说明书

本发明涉及一种以铜为主导元素的多合金球墨铸铁材料及其在连续生产焊接钢管方面的应用。    

目前，国内焊管行业所用的冷轧辊大多选用GCr15.40NiCrMo、9SiCr  9Cv₂Mo等轴承钢或合金工具钢，其传统的工艺路线为钢锭-锻打-切割-粗锻成型-退火-粗车-淬火+回火-精磨。此工艺不仅生产周期长，而且比较复杂，金属利用率仅在40％左右。由于钢种性质的原因，使用中多掉块、断裂而报废，可修复性差。

近年国内外也选用较先进的Cr₁₂MoV的钢种，(日本牌号为KD11)，该种高碳高合金冷用工具钢的工艺过程与上述钢种接近，但成本极高，以其制成的进口轧辊价格高达2万美元/T。

中国专利CN1060501A、CN1060502A公开了一种含Cr23～32％、Ni7～8％的高合金耐磨钢及在冷辊上的应用方法。该方法主要将原来的锻造钢坯改为铸钢，适当降低了热处理温度，生产工艺相对简化，但它仍属高合金钢辊系列，除有较高成本外，在使用中曾发现对钢管表面划痕问题。

中国技术监督局于1992年5月1日发布实施了“铸铁轧辊”技术标准(GB/T1504-91)是以Ni-Cr-Mo为主要合金系列，其中也包括Cr-Mo-Xu合金系列，但Cu含量均在1％以下，而且此标准是针对热轧辊的应用条件而制定的。

本发明针对上述现有技术之不足，及国内合金球墨铸铁在冷轧辊方面的应用空白，旨在提供一种以铜合金导元素的高强度耐磨球墨铸铁材料，以无限冷硬的铸造方法制造适用于焊管机组的冷轧辊，并同时提供了一种上述冷轧辊的生产工艺。

根据球铁合金化原理及实验证明，Cu元素对铸铁的影响与Ni元素相似，Cu元素不仅细化其晶团组织，而且当Cu≥1～1.2％以后，显著提高共析产物弥散度，出现不溶于铁素体的超显微铜包合物，后者起自润滑作用。在特殊冷硬条件下，其冷硬组织由“贝氏体+马氏体+莱氏体”构成，比单一的渗碳体组织有较高的强度性能。

本发明球墨铸铁材料化学成份重量百分比为：

C2.9～3.5 Si0.6～1.8  Mn0.2～0.8  P≤0.15

S≤0.03   Cu1.2～2.4  Cr0.4～1.2  Mo0.2～0.8

Mg≤0.04  Re≤0.02    余量为铁。

上述材料成份应用在某些规格冷轧辊时，铜含量亦可降低至0.6％。显而易见，任何本领域技术人员都可在本发明材料的份范作适当增减，而应用于冷轧辊，比如用Ni部份或全部代替铜，或降低合金成份而增添少量W、V等合金元素，但它仍属本发明范围内。

用本发明材料制造冷轧辊的工艺流程如附图1。除了常规生产工艺操作技术外，本发明有以下特点：

(1)用特制含Cu＞35％的高含Cu稀土镁硅铁合金作球化剂。

(2)用0.2～0.3的硅铁在浇注前加入包内作浮硅瞬时孕育。

(3)轧辊工作面全部用仿形冷铁，冷铁厚度与轧辊厚度相等。冷型温度50～100℃。

(4)浇注后20～40分内根据轧辊重量松释冷铁模具。

(5)600℃以下上开箱，以防止400～500℃阶段的回火脆性区。

(6)200～280℃低温应力退火，对某些硬度要求不同的轧辊型号通过提高退火温度或“900℃正火+不同回火温度”来解决。

本发明的铸铁材料冷硬组织硬度高达70～87HSD，基体强度6b450～670N/mm²，αk≥8.5j/cm²。这种材料辅以本发明工艺所生产出来的冷硬轧辊与GCr15在同等使用条件下对比，寿命提高1.5～3倍。金属利用率提高30％，生产成本降低50％以上，由于铜包合物及球化石墨的自润滑作用，明显提高了钢管表面质量且有可以修复性。

本发明材料亦可应用于热轧辊。

附图说明：

图1是用本发明材料制造冷轧辊的工艺流程图。

图2是本发明材料冷硬组织石墨球形态。×100未浸蚀。石墨球细小、圆整、均匀。

图3是本发明材料×500倍3％硝酸、洒精浸蚀，冷硬组织金相图，由“马氏体+贝氏体+莱氏体+球状石墨”组成。测出硬度为Rc62。

图4是图2的低倍组织(×100)莱氏体呈针状物，垂直于辊身工作，有良好的耐磨性。

实施例：