2020年第6期2020年12月
FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY Dec.2020 N〇6
.铸造工艺•d o i:10.16666/jki.issnl004-6178.2020.06.005大型球墨铸铁轧辊的试制工艺 张红林，何良荣，柯志敏
(1.广东中天创展球铁有限公司，广东英德513042;
2%广东省高性能大型铸件制造及模拟工程技术研究中心，广东英德513042)摘要：本文介绍了焊接件轧辊改为球墨铸铁件轧辊的试制工艺实践，轧辊单重约19 t，最大壁厚达320 mm，最小壁厚55 mm，壁厚要求均匀，材质牌号EN-GJS-400-18U-RT.利用计算机软件进行模拟，通过合理采用冒 口、冷铁，选择合适的化学成分，经过多次孕育，获得了合格的铸件，铸件质量符合相关要求，为以后批量生产类
似的产品积累了生产经验。
关键词：轧辊；壁厚均匀；计算机模拟；本体套样
中图分类号:TG255 文献标识码:A 文章编号％ 1674-6694( 2020 )06-0017-04
Trial Production Technology of Large Nodular Cast Iron Roll
ZHANG Long-lin $HE Liang-rong $KE Zhi-min
(l.Guangdong Zhongtian Chuangzhan Ductile Iron Co. ,Ltd. ,Yingde Guangdong 513042 $ China ;2. Guangdong Research Center f or High Performance Large Castings Manufacturing and Simulated Engineering Technology. Yingde Guangdong 513042 $ China' Abstract: This paper introduces the trial-manufacturing process of replacing the welding roller with the ductile cast iron roller. The casting process was simulated by using computer software.Qualified castings were obtained by selecting proper chemical composition,adopting riser and chiller after many times of inoculation.Casting quality meets relevant requirements.
Key words: roll $ uniform wall thickness $ computer simulation $ body sample
某设备的重要轧辊部件，原为焊接件，现改为 球墨铸铁件试制。应客户要求，材质应符合DIN EN 1563:2012-3《铸造一球墨铸铁》，牌号EN-GJS-400-18U-R T，附铸试块尺寸为 200 m m x 200 m m
x200 mm.铸件需要在本体两端轴心部套样 做力学性能、金相组织检查，要求本体力学性能 Rm!350 MPa，Rp().2!230 MPa，B !10=.铸件需要100=进行超声波、磁粉探伤；两端轴100=渗透探 伤。本文从铸造工艺、熔炼工艺和生产结果介绍大 型球墨铸铁轧辊的试制 。
1铸造工艺分析与设计
轧辊结构如图1所示，外形尺寸为沴2 000 mm X 4500mm，铸件重 19 @，辊 要 55 A?mm，两端轴径^320 mm.加工后要求用超声波检测壁 ，要求 均匀；不均匀，重
的重重。轧辊重 ，要求均匀，生的
收稿日期：2020-08-15
作者简介：张红林(1975-)，男，工程师，主要从事铸造工艺开发工作。
4 500
图1大型轧辊结构示意图
。
轧辊的主要壁厚是55 m m~107 mm，但最 轴为0320 mm，为 球墨铸铁。生 球铁件 现 墨 、墨、块 墨，接 本体套样的力学性能和金相组织。轧辊 寸大，在 端
辊 接 大，设 合的
和 ，铁 型、，铸造 均，，现 、、铸造 。设 不合 ，铁 进行，在附生，
在 部 接 放网。
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•
Dec .2020 N q 6
!"设备与工艺2020年第6期
设计铸造工艺时，用计算机进行凝固模拟，根 据凝固模拟的结果和经验来调整冒口、冷铁的大小 和位置，最终获得一个比较满意的凝固模拟结果， 乳辊铸造工艺见图2.浇注系统采用底注式，浇注时 间为120&，直浇道采用令120陶瓷管，浇注系统各 组元的比例: !横）！内=1:2:1.2.
图2轧辊铸造工艺模拟图
在乳辊上端法兰端面放置陶瓷管做暗冒口。上 端轴顶部放大冒口补缩。考虑到上法兰附
大
部位，最
补缩
造的缩，为了
缩效率，取得良好的补缩效果，采用冷铁和
冒口相结合的缩系统。2
造型工艺造型采用 造型 ，
用 ，
。 乳辊整
100-
，果铸型的 ，。为
铸造 ，
型
球墨铸铁铸造
的
型的
。
轧辊铸的 为4 500 mm ，上冒口和浇口 的
，整个铸造高达7 m ，考虑到
：采用
造型。
模结构比较
，
型型
内 的 。内直
沴1 880 mm ，
属于大砂芯，
大砂芯下芯难度大，砂芯
位 低，上下型深偏，在 前需仔细测量上下型多个位置的型 ，
垂直。
铁液的压头很，
发生胀 尖、跑火等铸造。压头抬力大，除了采用常规的
放置压铁、用螺栓紧固 的法，还焊接钢板
在分型面，对 分型面进行围
固，
跑
火。
3熔炼工艺
3.1确定化学成分
铸的化学分直接影响铸的力学性能，而 且也影响到流动收缩
工艺能。对
要求铁素球墨铸铁应采用R 碳、低硅、低锰、 低硫、低磷、较低的稀土和镁”的原来
分。
3.1.1 C 含量
石墨球圆整 ，球小； 碳 也有
利减少缩，铸
的
密
。
考虑到过
的含碳量可能 石墨漂浮，将碳质量分数定为
3.60-~3.70-.3.1.2 Si 含量
S
i 石墨化元素，随着含硅的
，球墨铸
铁的抗拉 屈服 和 ，伸长率和冲击韧
降。在生产铁素球墨铸铁时，含硅的
控尤为重。较的含硅
大面球墨铸铁 石墨。 相组石墨 面
考虑，
的含硅，将
硅的质量分数控制在2.20-:2.40-.
3.1.3 碳
石墨漂浮的
控制好碳。结
合以往往做厚大断面球铁的经验，碳
控制在
4.40- ； 4.60-.3.1.4 Mn 含量
Mn
反石墨化元素，促进珠光和渗碳
的 。锰和硅的用类，可
球墨铸铁的抗拉
屈服
和
，
伸长率的利影
响较硅为重。锰的 珠光
，且
固 铁素 化铁素 ， 锰还
析。对铸 韧球墨铸铁来说，锰
大利的元素，应 可能将含锰控在较
低的 。 将锰质 分数控 在 0.3-
。3.1.5 P 含量
P 在球墨铸铁很
析，在
磷相，对球墨铸铁的力学能
和冲
击韧产生十分 的影响。 ，生产铁素球墨铸铁时，
磷低好。
生铁磷含
，控过低的磷 的。用
生铁，可
以将磷质分数控制在0.03-。
3.1.6 S 含
S
球墨铸铁最
的反球化元素，
质有元素， 低越好。还应该注意到，较低
• 18
•
2020年第6期张红林，何良荣，柯志敏：大型球墨铸铁轧辊的试制工艺!"设备与工艺
的含硫量不仅有利于球化反应和保持球化效果，而 且较低的含硫量，对减轻“回硫现象”，减少夹渣也 大有益处。这一点，对要求进行超声波探伤、磁粉探 伤的铸件很值得重视。
3.1.7 RE含量
&E是属于反石墨化兀素，又易于偏析，过i的残留稀土量将可能导致异形石墨的形成，这在厚大 断面球墨铸铁中值得重视。因为生产要求高的铸件 量元素较低的高生铁，不要求较高的残留稀土量。，应 将残留稀土量在 0.02% 。
3.1.8 Mg含量
M g是主要的球化元素，生产厚大断面球铁件 要求有足够的石墨球，随着铸件壁厚的增大，固，铁中
残留量。石墨球量是随着残留的增而增的，残留量超过一值，石墨球不增反减。，较高的残 留量石墨的 ，增大 和夹渣。因，在保石墨球化的，残留量中较为 ，将残留 在0.030%〜0.050%.
，化 成 1。
表1化学成分控制范围(质量分数，％)
C Si M n P S RE M g
3.60 ~ 3.702.2 ~ 2.4!0.30!0.030!0.020!0.0200.030 - 0.050
3.2原材料的选择
生产铸 高 的球墨铸铁要求 的。一^低、低憐、低硫的高生铁，应重T i、V、Cr、Pb、Sn、A?、B元素的含量，微量元素量和不大于0.06%.
成 的素，
分析检验，控制！ M=)!0.30%，！ T i)<0.030%.
3.3球化处理
一 为，厚大断面球铁铸件生产中，重稀土
轻稀土 较，重稀土的球化，因在厚大断面球墨铸铁中重稀土球化。也有不的，为在1 300 D，重稀土的球化不轻稀土。1
壁厚不是大，的 ，照一的例，将重稀土和轻稀土混 ，入质 量 在1.3%〜1.4%.
冲入进行球化处理。铁液出炉温在1 430 G〜1 450 I，防止球化剂严重烧损。在操作过程中防止铁液 反应，球化剂放入堤坝式铁水包 砂钢片覆盖面。
3.4孕育处理
孕育处理是铁液处理的关键，孕育 75#、高钙钡孕育 结三次孕育方。包底孕育的孕育 入量为0.2%〜0.3%，随流孕育的孕育 入质量 为0.4%〜0.5%，瞬孕育的孕育剂入量为0.1%〜0.2%，总孕育的入质量分数在0.8%〜1.0%。控制浇注温度在1 350 P 〜1 360 R.
4生产结果
图3为铸件实物图。
图3铸件实物图
4.1附铸试块检验
图4为附铸试块切割 图，试块切割
照DIN EN1563-2012铸造-球墨铸铁附录G(规范的)铸附铸试件类型D的切割步骤进行，每一 个试的置都要有严格的标识要求。
图4附铸试块切割取样图
从附铸试块置B化成、力
能、冲击、金组织。2为湿化析检附铸试块的化成。3附铸试块 的力学倉泛。4为附铸试块的金相组织。图5为金组织。
表2试块化学成分(质量分数，$)
C Si M n P S RE M g
3.70 2.230.180.0170.0110.0150.040
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Dec .2020 N q 6
!連设备与工艺2020年第6期
表
3
试块力学性能
抗拉强度!m /M Pa 屈服强度 !p 02 /M Pa 延伸率
"/%HB /J
371
262
23
140
12，14，14
13
表
4
试块金相组织
球化
(级）
石墨大小
(级）
石墨类型球化率/%
体/8体/82
6
1008<
90
<5
>95
a )石墨组织100"
b )基体组织100x
图5附铸试块金相组织
4.2本体取样检验
图6为两端轴心部套样实物照片。表5为轴心 部本体力学性能。表6为轴心部本体套样金相组 织。图7为轴心部本体金相组织。
加工后的铸件本体用超声波测量壁厚基本在
55$' m m 范围内。经超声波探伤、磁粉探伤未发现有 明显缺陷，符合技术要求。
5结束语
通过详细分析轧辊结构，在设计铸造工艺时全 面考虑可能存在的问题，结合计算机模结
铸造工艺。在造过 性
厚
的目的。同时选择合适的化学成分，
化球化 ，可
要求的轧辊。
图6轴心部套样实物图 表
5
轴心部力学性能
位置抗拉强度!m /M Pa 屈服强度!p 0.2 /M Pa 延伸率
"/%HB 端轴35224516138端轴
386
249
21
141
表
6轴心咅[5金相组织
球化(级）
石墨大小
(级）石墨类型
球化率/%
体/8体/83
5
15%V +85%@
80
<5
>95
a )上端轴心部金相组织100"
• •••』•• h i
b )下端轴心部金相组织100x
图7
本体金相组织
参考文献：
[1 %
中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册：铸铁[M %.第2版.北 京8机械工业出版社，2002.
[2%中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册：铸造工艺[M %.第3
版.北京：机械工业出版社，2011.
[3%吴德海.球墨铸铁[M %.北京8中国水利水电出版社，2006. 9/9.
•信息动态•
苏州明志科技股份有限公司科创板上市项目顺利通过
上海证券交易所科创板上市委2020年第124次审议会议
2020 年 12 18 ，」
2020 124
，
明
技有明技
发
在目
过
，目 、
、
相 的
力。
明 技 2019 12
成
造，2020 6月完成 验收向
报送
.申请材料。
明
技专注于砂铸造域，践做铸造装备、做
大铸件、做精铸造务”的发展策略，
端芯装备和
品质铝合金铸件为两大业务，为客户提供效智能芯装 备、铸件产品的研发与造，致力于引和推动我国铸造行业 技术更新与产业升级，为铸造业绿智能发展赋能。
明
技拥有丰富的装备和铸件
核心技术，依托自
主研发能力快速响应铸造工艺革新需求。 凭借装备铸造工艺优势积极推动铸件业务发展，
铸件工艺发和生
产实践带动装备技术优化升，装备业务与铸件业务相互促 进、协同发展，已成长为装备造与铸件 联动发展的综
合新铸造企业。
研发新驱动企业发展。经多技术积累与研发
投入，在射砂
、砂芯固化、精密组芯、芯装备智能
系统低压充等砂铸造键域，企业形成
有自主
的核心技术体系，现拥有
专
163 ，
发
明 专 81 、实用新 专 80 、 设计专 2 ，应用于企业装备及铸件业务。 （信息来源：明志科技）
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