一種鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥及其製造方法與流程
2023-10-10 12:15:54 1
本發明涉及一種軋鋼導輥，尤其是一種用於軋鋼連軋系統滾動導衛裝置的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥及其製造方法。
背景技術：
導衛裝置是指在軋鋼生產過程中引導和護衛軋件進出軋機的一種重要零部件，用於在型材軋制過程中引導軋件按所需要的狀態進出孔型，以保證軋件實現既定的變形。導衛裝置的設計和使用是否得當，直接影響到產品的質量和軋機的生產能力。
滾動導衛裝置是軋鋼廠在進行型材、棒材或線材軋制時，將軋件引導進入軋機的軋輥孔型內的一種導向裝置。導衛輥主要是引導、輔助軋制坯料或成品迅速通過的軋鋼用的導向設備裝置，導輥是滾動導衛裝置中最為重要的易損件，是鋼鐵廠棒材和線材軋制線上的一個非常關鍵的部件，國內年消耗量在100萬件以上，國際市場年消耗量800～1000萬件以上，成為高速線材軋機上的主要消耗部件，用量極大。
在線材軋制過程中，鋼坯以較高的溫度(900～1250℃)及較高的速度通過導衛裝置。隨著軋鋼技術的發展，鋼材軋制的速度越來越快，目前棒材和一般型材的終軋速度為18m/s 左右，線材的終軋速度已達到80m/s～140m/s左右，高速線材終軋架次導輥的轉速大約為每分鐘30000～45000 轉。為冷卻軋輥及導衛裝置，需要不停地向其表面噴射一定壓力的冷卻水。由於對導衛輥實行強制水冷，導衛輥受激冷激熱交變熱應力作用，易產生熱疲勞。因此，導衛輥在較高溫度下，既要承受急冷急熱衝擊，又要承受滑動摩擦磨損以及鋼坯入口時施加的衝擊載荷，工作條件十分惡劣，當導衛輥的熱量散熱不暢時，容易造成導衛輥的損耗甚至失效。由於導輥的工作條件十分惡劣，需要承受軋件不斷撞擊，在高溫、高速下與軋件長時間磨擦，同時還要承受交變熱負荷的衝擊，因而軋輥的更換頻率很高。因此，在製造導輥時，要求具有較高的高溫耐磨性、高硬度、高韌性、高熱疲勞抗力和高抗粘鋼性。
在現有技術中，導衛輥大多採用奧氏體組織的耐熱鋼、馬氏體組織的耐磨鋼和高鉻鑄鐵、硬質合金、高合金鋼等材料製作導輥。奧氏體耐熱鋼具有良好的高溫穩定性及韌性，但耐磨性差，磨損快。而且奧氏體與線材(組織為鐵素體或奧氏體)本身的相互粘附傾向性較大，易發生粘鋼。馬氏體組織耐磨鋼和耐磨鑄鐵在室溫下具有良好的耐磨性，但隨著使用溫度的提高，馬氏體發生回火，耐磨性會降低。高鉻鑄鐵雖然硬度高、耐磨性能好，由於這種鋼硬度和耐磨性主要依靠鉻的碳化物Cr7C3和Cr23C6，熱穩定性較差，一般在450℃以上開始聚集長大而逐漸軟化。硬質合金導輥具有良好的耐磨性和高溫穩定性，但由於材料脆性大，其衝擊韌性較低，在被軋金屬頭部的高速(1000m/ s以上)衝擊下容易破碎，優良的高溫耐磨性難以得到發揮，且機加工性能差，製造成本太高，在高線導輥材料的使用上受到限制。由於金屬在高溫下的硬度耐磨性低，而且高溫下化學穩定性差，因此在導衛輥在使用過程中會出現高溫磨損失效、粘鋼失效、拉傷失效、熱疲勞與熱裂失、開裂失效、粘鋼失效等原因失效，繼而導致堵鋼等軋鋼事故發生。因此，如何降低其成本，提高其性能，成為未來研究的主要內容和重要的課題。
隨著高速軋制的發展，對導衛導輥材料提出了更高的要求。影響導衛裝置使用壽命的關鍵問題之一就是導輥材質的選擇與組織狀態的控制，巨大的導輥材料消耗、頻繁地更換導輥已嚴重影響了鋼鐵工業的正常發展。因此，對導輥的材質進行研究不但十分必要，而且已經成為擴大鋼鐵產量、提高型材質量等巫待解決的主要問題之一。為此，國內外都一直致力於新型導輥材料的研究與開發。
鋼結硬質合金（以下簡稱為鋼結合金）是以鋼為基體，碳化鎢、碳化鈦等為硬質相採用粉末冶金方法生產的介於硬質合金和合金工具鋼、模具鋼及高速鋼之間的高壽命模具材料和工程材料。鋼結合金鋼基體粘結相與硬質相的配比範圍相當廣泛，這就決定了其具備如下優異性能：1）廣泛的工藝性能，主要是可鍛造性能和可切削加工性能以及可熱處理性和可焊接性。2）良好的物理機械性能，主要表現在與高鈷硬質合金相當的耐磨性；與鋼相比較高的剛性、彈性模量、抗彎強度和抗壓強度；與硬質合金相比較高的韌性；以及良好的自潤滑性和高的阻尼特性等。3）優異的化學穩定性，如耐高溫、抗氧化、抗各種介質腐蝕等。由於鋼結合金的上述優異的綜合性能，使得它在工模具材料、耐磨零件、耐高溫和耐腐蝕構件材料等方面愈來愈佔據重要的地位，且在金屬加工、五金電子、汽車、機械、冶金、化工、船舶、航空航天以及核工業等領域得到廣泛應用並得到良好效果。如與合金工具鋼、模具鋼及高速鋼相比，鋼結合金可使模具壽命數以十倍地大幅度提高，經濟效益也極為顯著。
由於鋼結硬質合金既有硬質合金高彈性模量、高硬度及高耐磨性的優點，又有合金工具鋼可切削加工及可熱處理等特點，用於冷作工模具材料已取得顯著的技術經濟效果。有關鋼結硬質合金在熱作工模具的應用情況國外也有報導，例如:美國等國家已用鋼結硬質合金製作熱軋螺紋鋼筋的單槽或雙槽軋輥，以及用作製造高速軋機的導衛輥;而在我國這方面的報導較少。將其應用於製造導衛輥將會極大的提高導衛輥的使用壽命，降低導衛輥生產和使用成本，提高鋼鐵企業的經濟效益，同時也具有極大的社會效益。
技術實現要素：
為了解決現有技術中的缺陷，本發明提供了一種耐磨性好，不易破碎，成本低，使用壽命長的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥及其製造方法，以增強導輥的耐磨性、延長導輥的使用壽命，並降低導輥的製造成本。
本發明為解決技術問題採用以下技術方案。
本發明的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥，採用鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金製造，加工製造過程包括以下幾個步驟：
（1）導衛輥材料：
所用材料化學成分質量百分比為C2.9～3.5%，Cr1.2～2.7%，Mo0.3～0.7%，Ni0.8～2.0%，V0.3～0.6%，Si1.0～1.8%，Mn0.5～1.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，Ce0.2～0.5％，WC50%，餘量為Fe；
（2）導衛輥的製造和加工：
1)將粉末冶金工藝製造的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金鋼結硬質合金進行鍛造成型；
2)將鍛造成型的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金鋼結硬質合金進行球化退火處理，使鋼結硬質合金硬度＜HRA74；
3)將球化退火處理後的鋼結硬質合金按照導衛輥產品所需的尺寸進行加工，將導衛輥外表尺寸和內孔裝裝軸承處預留一定的磨削量；
4)將加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行淬火和回火熱處理，使其硬度＞HRA80；
5)將經過淬火和回火熱處理好的鋼結硬質合金導衛輥外表和內孔進行磨削加工到所需尺寸；
6)將磨削加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行質量檢驗合格後在其表面和內孔塗油，然後包裝。
有益效果
與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
1、本發明的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥，克服了奧氏體耐熱鋼耐磨性差，磨損快，與線材的相互粘附傾向勝較大，易發生粘鋼和馬氏體組織耐磨鋼和耐磨鑄鐵易於發生馬氏體回火，耐磨性會降低及高鉻鑄鐵熱穩定性較差，易於聚集長大而逐漸軟化和硬質合金導輥由於材料脆性大，其衝擊韌性較低，在高衝擊下容易破碎，且機加工性能差，製造成本太高等缺點和不足。既有硬質合金高彈性模量、高硬度及高耐磨性的優點，又有合金工具鋼可切削加工及可熱處理等優點，具有耐高溫、耐磨擦的特性，大大地提高了導輥的耐磨性、耐高溫、耐熱衝擊等性能，延長了導輥的使用壽命，使用壽命一般為傳統導輥的5～10 倍，從而降低了生產成本，提高了生產效率及產品質量。大大降低了導輥的製造成本。具有極大的經濟效益和社會效益。
2、本發明所製備的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥既耐磨又克服了硬質合金易破碎的缺點，具有硬度高，耐磨損，抗高溫氧化等優異的物理機械性能，且製造方法簡便，易於操作，成本低廉，有著極高的性價比。
附圖說明
圖1 為本發明的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥的剖視圖。
附圖1 中標號：1軸承安裝孔，2導輥軸通孔，3導衛輥體，4軸承安裝限位臺階。
以下通過具體實施方式，並結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施方式
參見圖1，鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥，由1軸承安裝孔，2導輥軸通孔，3導衛輥體，4軸承安裝限位臺階構成。
下面結合具體實施方式來進一步說明。本發明的保護範圍不僅局限於下列內容的表述。
實施例1
本發明的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥的加工製造過程一般包括以下幾個步驟：
（1）導衛輥材料：
材料化學成分質量百分比為C3.0%，Cr1.5%，Mo0.3%，Ni0.8%，V0.3%，Si1.0%，Mn0.5%，S≤0.02%，P≤0.02%，Ce0.2％，WC50%，餘量為Fe；
（2）導衛輥的製造和加工：
1)將粉末冶金工藝製造的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金進行鍛造成型；
2)將鍛造成型的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金進行球化退火處理，使鋼結硬質合金硬度＜HRA74；
3)將球化退火處理後的鋼結硬質合金按照導衛輥產品所需的尺寸進行加工，將導衛輥外表尺寸和內孔裝裝軸承處預留一定的磨削量；
4)將加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行淬火和回火熱處理，使其硬度＞HRA80；
5)將經過淬火和回火熱處理好的鋼結硬質合金導衛輥外表和內孔進行磨削加工到所需尺寸；
6)將磨削加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行質量檢驗合格後在其表面和內孔塗油，然後包裝。
本發明克服了現有技術中單一材質的不足，充分發揮硬質合金耐磨、普通鋼材不易破碎的長處，將二者結合起來，生產出鋼結硬質合金導輥。
可以理解地是，以上關於本發明的具體描述，僅用於說明本發明而並非受限於本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護範圍之內。
實施例2
本發明的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金導衛輥的加工製造過程一般包括以下幾個步驟：
（1）導衛輥材料：
材料化學成分質量百分比為C3.5%，Cr2.5%，Mo0.7%，Ni1.8%，V00.6%，Si1.8%，Mn1.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，Ce0.5％，WC50%，餘量為Fe；
（2）導衛輥的製造和加工：
1)將粉末冶金工藝製造的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金進行鍛造成型；
2)將鍛造成型的鉻鎳鉬合金鑄鐵基WC50鋼結硬質合金進行球化退火處理，使鋼結硬質合金硬度＜HRA74；
3)將球化退火處理後的鋼結硬質合金按照導衛輥產品所需的尺寸進行加工，將導衛輥外表尺寸和內孔裝裝軸承處預留一定的磨削量；
4)將加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行淬火和回火熱處理，使其硬度＞HRA80；
5)將經過淬火和回火熱處理好的鋼結硬質合金導衛輥外表和內孔進行磨削加工到所需尺寸；
6)將磨削加工好的鋼結硬質合金導衛輥進行質量檢驗合格後在其表面和內孔塗油，然後包裝。
本發明克服了現有技術中單一材質的不足，充分發揮硬質合金耐磨、普通鋼材不易破碎的長處，將二者結合起來，生產出鋼結硬質合金導輥。
可以理解地是，以上關於本發明的具體描述，僅用於說明本發明而並非受限於本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護範圍之內。