改进的贝氏体球墨离心复合(Ⅰ)或珠光体球墨(Ⅲ)的球墨铸铁及用该球墨铸铁制备的轧辊 【技术领域】
本发明涉及一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁及用该球墨铸铁制备的轧辊，属于金属热轧、冷轧加工轧辊技术。
背景技术
方/板坯初轧机、大中型型钢、钢管、线材和窄带钢轧机用轧辊，一般所采用的是珠光体球墨(III)球墨铸铁轧辊，或者采用贝氏体球墨离心复合(I)球墨铸铁轧辊。
上述珠光体球墨(III)和贝氏体球墨离心复合(I)球墨铸铁的组分及各组分的重量百分含量，已由国家标准化管理委员会和国家质量监督检验局，以国家标准GB/T1504-2008于2008年8月5日发布，并于2009年4月1日实施。所述标准规定的珠光体球墨(III)的组分及各组分的重量百分含量是：C2.9～3.6，Si1.0～2.0，Mn0.4～0.8，Cr0.2～1.2，Ni2.51～3，Mo 0.2～0.8，Mg≥0.04，P≤0.15，S≤0.03；所述标准规定的贝氏体球墨离心复合(I)的组分及各组分的重量百分含量为：C2.9～3.6，Si1.2～2.2，Mn0.2～0.8，Cr0.2～1.0，Ni3.01～3.5，Mo 0.5～1.0，Mg≥0.04，P≤0.10，S≤0.03；
根据所述标准规定的组分及组分百分含量制备的两种球铁轧辊，在生产实践中，其耐磨性能和抗热裂纹性能，都表现得不够理想，仍不能满足钢厂用户的要求，尤其是在同等条件下轧辊的使用寿命，显现得相对较差，给现代钢铁工业节能高效的大生产造成了不利的影响。
然而，人们通过高耐磨材料的基础性研究，已经开始认识铌(Nb)在铸铁、铸钢中的重要作用。铌对铸件的抗磨性、耐热性、耐蚀性、表面性状、铸件的尺寸稳定性，以及铸件的最基本的强度、硬度、韧性，可焊接性等均有贡献。因而铌已在轧辊、活塞环和高铬铸铁等现代铸件中应用。诸如中国专利授权公告号①CN1327022C，②CN1320150C和③公开号CN101120112A等，都成功地在相关铸件的组分中添加了铌(Nb)，并且取得了显著的效果。但终究由于第①②两项专利均为灰铸铁，而第③项专利申请为半钢材质(高镍、铬、钼合金铸铁)。它们的应用范围分别是：①号专利为小型型钢、线材、热轧薄板平整轧机。②号专利为内燃机部件。③号专利为经受高热应力构件，如内燃机的排气歧管和涡轮增压器壳体。尤其是三项专利(申请)的物化性能特别是硬度和耐热裂纹等性能，都还不能全面满足金属热、冷轧加工对轧辊的要求。
【发明内容】
本发明旨在对GB/T1504-2008国标所规定的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)轧辊用球墨铸铁的组分和组分重量百分含量作优化组合，提供一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁，以有效提高其硬度和使用寿命，满足钢铁工业生产的需求。
与此同时，本发明旨在提供一种采用改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁的轧辊。
本发明实现其所要实现目的的构想是，通过添加铌进一步提高所述改进球墨铸铁的硬度和使用寿命。
本发明实现其第1个目的的技术方案是：
一种改进的贝氏体球墨离心复合(I)或珠光体球墨(III)的球墨铸铁，它所包括的组分及各组分的重量百分含量为：C 2.9～3.6，Si 1.0～2.2；Mn0.2～0.8；Cr0.2～1.2，Ni 2.51～3.0，Mo 0.5～1.0，Mg≥0.04，P≤0.1，S≤0.03和Fe余量，其创新点在于，还包括重量百分含量为0.2～1.7的Nb。
铌是一种VB族金属元素。铌与元素周期表中与它相邻的其它元素一样，具有熔点高的特点。铌是强碳化物形成元素。Nbc的熔点为3513℃，其稳定性在碳化物形成元素中仅次于Tac(碳化钽)。它在融熔铁中的溶度，与温度成正比，温度越高，溶度积亦越大。由于初生Nbc是在各向同性的匀质液相中形成，是以球对称生长，而且高度分散，颗粒微细、量多且分布均匀，可成为球墨的核心。因而在这样存在Nbc条件下得到的球铁组织为组织致密的细化球墨铸铁。且由于Nbc是Mc型，有极高的硬度(2000HV)，在合金基体中形成分布均匀的硬相质点，因而本发明的强度、硬度和耐磨性等，都有非常明显的提高。从而实现了本发明所要实现的目的。
铸铁碳含量在2～4％范围内，Nb含量可在0.01～3.0％范围内。铌的加入量经试验认为可以在0.2～1.7％范围内，明显低于下限值，对提高本发明性能作用不明显，而加入量明显大于上限值，则对本发明性能地更进一步提高作用也不明显，相反会引起制备成本的明显提高。因此，本发明从性价比角度确定，铌的添加量在0.2～1.7Wt％范围内。本发明优选的铌加入量为0.2～0.5Wt％。
本发明实现其第2个目的的技术方案是：
一种轧辊，包括工作层和芯部，其创新点在于，所述工作层是如以上所述本发明改进的球墨铸铁工作层。也就是说，采用本发明改进的球墨铸铁作工作层，以球铁或灰铁作轧辊芯部，制成轧辊。
上述技术方案得以具体实施后，本发明所述改进的球墨铸铁，其所具有的耐磨性能和抗热裂缝性能高，轨辊结构合理，制备成本较低等特点，是显而易见的。
【附图说明】
图1是已有贝氏体球墨离心复合(I)的100X球化状态照片；
图2是图1所示球墨铸铁的100X金相照片；
图3是图1所示球墨铸铁的400X金相照片；
图4是本发明一种球墨铸铁的100X球化状态照片；
图5是图4所示球墨铸铁100X金相照片；
图6是图4所示球墨铸铁400X金相照片；
图7是本发明一种具体实施方式的轧辊示意图；图中所示1为工作层，2为芯部。且工作层1与芯部2为冶金复合连接；
图8是本发明另一种具体实施方式的轧辊示意图，图中所示1为工作层，2为芯部，其中，2-1为与工作层1冶金复合连接的外芯部，2-2为与外芯部2-1键或过盈配合连接的锻钢内芯轴。
附图1～3所示已有贝氏体球墨离心复合(I)的组分及各组分的重量百分含量是C 3.4，Si 1.4；Mn 0.62；Cr 0.61，Ni 2.84，Mo 0.75，Mg 0.085，P 0.032，S 0.004，Fe余量。
附图4～6所示本发明改进的球墨铸铁的组分及各组分的重量百分含量是：C 3.4，Si 1.29；Mn 0.63；Cr 0.5，Ni 2.95，Mo 0.79，Mg 0.068，Nb 0.23，P0.037，S0.005，Fe余量。
我们通过解读上述两种球铁的金相照片，并进行对比可以明了，本发明与已有技术相比较，其突出的实质性特点和显著的进步，是显而易见的。
试验结果昭示，若在本发明改进的球墨铸铁中，加入微量的Re(铼)，例如Re0.015左右，则本发明的硬度、强度和抗热裂纹等物理性能，都将会更好、更稳定。若对其中Mo的含量进行微调，则同样有利于其硬度和抗热裂纹性能的提高。
【具体实施方式】
实施例之一，在本发明所主张的GB/T1504-2008的珠光体球墨(III)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66％铌铁合金，使其Nb含量达到0.2Wt％。
实施例之二，在本发明所主张的GB/T1504-2008的贝氏体球墨离心复合(I)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66％铌铁，使其Nb含量达到0.5Wt％。
实施例之三，在本发明所主张的GB/T1504-2008的贝氏体球墨离心复合(I)改进球墨铸铁的组分及各组分含量中，加入纯铌(Nb)或含Nb量为66％铌铁合金，使其Nb含量达到1.7Wt％。
实施例之四，如附图7、8所示。采用上述实施例一至四之一所述改进的球墨铸铁制成工作层1，以球铁或灰铁制成芯部2，通过工作层1与芯部2的冶金复合连接，制成复合轧辊。当然，也可以采用所述改进的球墨铸铁，将工作层1与芯部2整体浇铸成型(请参读附图7)。
所述轧辊，通过在机例行试验，在同等条件下，可比已有技术轧辊的使用寿命，提高40％以上。本发明两对轧辊初样，在宝钢分公司连轧线1号位的试用结果显示，试验轧辊整体使用寿命，较普通连轧辊的使用寿命有很明显的提高。
本发明所述改进的球墨铸铁铸造工艺要点和工艺参数的建议是：
a、采用工频炉或中频炉熔化铁水。
b、在其它合金料加入后再加入铌。铌加入以后，要在1500～1550℃温度条件下，保温10～15min，使Nb充分熔解。
c、浇注温度控制在1340～1380℃范围内。
d、所添加的Nb，最好是含Nb量为66％的铌铁合金。
e、球化和孕育处理按通常方法进行。