一種原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥的製備方法
2023-06-13 08:18:06 1
專利名稱：一種原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥的製備方法
技術領域：
本發明涉及冶金設備的軋鋼導衛輥的製備，特別是一種原生柱/帶狀硬 質相複合耐磨軋鋼導衛輥的製備方法。
背景技術：
在鋼鐵冶金設備中，滾動式軋鋼導衛輥的使用非常廣泛，且更換頻繁、 用量大。由於導衛輥工作條件非常嚴酷，需要長時間承受軋制型材高溫、熱 衝擊和高速摩擦磨損等因素的影響，所以用傳統材料(如高鉻鑄鐵、球墨鑄 鐵、高合金鋼、硬質合金材料及堆焊複合材料等)所製成的導衛輥經常因磨 損、開裂、粘鋼等原因失效。高鉻鑄鐵雖硬度高、耐磨性能好，但由於材料 脆性大導致發生斷裂，且機加工性能差；球墨鑄鐵的耐磨性和抗熱衝擊性能 均較差，不能滿足使用要求而被淘汰；堆焊材料雖然能提高使用壽命，但堆 焊設備昂貴，堆焊一次，其壽命增加不大；高合金鋼在高溫下會發生退火現 象，且由於材料本身不存在高硬質相，所以耐磨性能大幅下降；高合金粉末 冶金液相燒結方法在國內外已有大量報導，但研究尚不成熟，該方法製備的 複合材料，其合金成分在基體中難以分布均勻、可控性差，且由於添加了表 面活性劑，使得材料組織中出現大量氣孔等缺陷。目前，導衛輥主要使用的 材料為Crl2MoV合金鋼，但幾乎每班一換以保證生產穩定，導致了大量合金 材料的浪費，給生產企業造成了很大的經濟損失。
發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種原 生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥的製備方法，該方法製備的原生柱/ 帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥，通過對合金粉芯進行原位複合生成高耐磨的硬質相，且硬質相與高韌性基體相界面實現冶金結合，具有高耐磨性和高
韌性，從而達到延長其使用壽命。
為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案 一種原生柱/帶狀硬質相複合耐磨導衛輥的製備方法，其特徵在於，該
方法製得的原生柱/帶狀硬質相複合耐磨導衛輥的表面複合材料由高硬度柱
/帶狀硬質相和高韌性基體金屬兩部分通過澆鑄複合而成，具體包括下列步
驟
步驟一，在機加工出的導衛輥芯部表面上編織出一定厚度的合金粉芯絲 /帶材骨架，並通過綁紮或焊接的方法在軋輥芯部表面固定，形成預製件， 合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積佔澆鑄複合層總體積的20% 80%;
步驟二，採用樹脂砂按照鑄造工藝要求製作導衛輥鑄型；
步驟三，將預製件放置在導衛輥鑄型的型腔中；
步驟四，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆入到導衛輥鑄型的型腔內， 利用高溫基體金屬鋼液的熱量，對編制的合金粉芯絲材骨架進行鑄滲、燒結 或溶化，合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短 程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱/帶狀合金硬質相；
步驟五，金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱/帶狀合金硬質相與基體 金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即製得以高韌性高強度 的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的複合耐磨導衛 輥。
採用本發明的方法製備的原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥具有 以下技術效果
1、由於採用合金粉芯絲/帶材，內部填充合金粉末，在基體金屬液的高 溫作用下，合金粉芯絲/帶材中的合金粉末燒結、溶解、擴散，與基體金屬 液發生冶金化合反應，同時由於合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了結晶過程，阻礙了合金元素的進一步擴散，從而使合金元素在原位富 集，晶粒顯著細化，析出大量彌散的高硬度的硬質化合物，凝固後便形成了 鑲嵌在基體金屬中的宏觀上呈柱/帶狀的硬質相，並與基體金屬形成良好的 冶金過渡結合，界面結合牢固，解決了硬質相脫落、碎裂的難題，耐磨性與 韌性有機統一，可有效地避免熱疲勞磨損，且複合耐磨層抗拉性能和抗壓性 能好。本法製備的高耐磨原生柱/帶狀硬質相複合導衛輥的整體性能優良， 顯著優於合金鋼、鑄鐵、硬質合金和堆悍材料製成的導衛輥(或複合導衛輥)。
2、 合金粉末可根據工件的使用要求進行配比，成分可調，適應性廣。
3、 由於合金粉芯絲/帶材不含粘結劑等雜質，因此不會產生夾渣氣孔等 缺陷，內部組織性能優良，明顯優於一般的粉末冶金方法製備耐磨複合材料 的組織結構。
4、 本發明的複合成型工藝可控性強、成品率高、生產質量穩定，便於 大規模生產。
5、 柱/帶狀硬質相為整體原位反應生成，相界面達到冶金結合，材料組 織緻密且無明顯缺陷，耐磨層和輥芯部表面結合良好，避免了像組合式導衛 輥在軋制過程中出現的開裂現象和使用過程中的脫落現象。
6、 可根據使用工礦，柱/帶狀硬質相在基體中的比例可調，並分布均勻；
7、 根據具體使用要求，可調整柱/帶狀硬質相的直徑或形狀大小以及分 布形式，可從絲/帶材尺寸可從毫米級向微米級調整；
9、其使用壽命可比高合金鋼、鑄鐵等材料製成的導衛輥壽命提高10-20 倍，可以連續使用50-IOO個班次，減少更換次數和合金資源浪費，能為行業 相關企業帶來良好的經濟效益。
圖l為合金粉芯帶材的結構示意圖2是本發明的原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥製備示意圖；圖3是圖2中(A)部分經澆鑄複合後耐磨層的結構示意圖； 下面結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參見附圖，按照本發明的技術方案，製備一定直徑和合金粉末配比的合 金粉芯絲/帶材3，合金粉芯絲/帶材3的製備是，將合金粉末l包裹於低碳鋼 管皮2中，形成合金粉芯絲材3 (圖l),也可以將合金粉芯絲材3製成壓制帶 材使用。
將合金芯絲/帶材3編織在機加工出的導衛輥芯部4的表面上形成骨架5， 並通過綁紮或焊接的方法將骨架5固定，形成預製件，合金粉芯絲/帶材骨架 5的實際體積佔表面複合層總體積的20% 80%。
採用樹脂砂按照鑄造工藝要求製作軋鋼導衛輥鑄型6;將預製件放入軋 鋼導衛輥鑄型6的型腔中，將冶煉熔化的基體金屬鋼液澆入到軋鋼導衛輥鑄 型的型腔內，利用基體金屬7的高溫鋼液對合金粉芯絲/帶材3製成的骨架5 進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金粉芯絲/帶材3中的合金元素在基體金 屬鋼液中進行短程擴散，在鋼基體中形成分布均勻且實現冶金結合的高硬度 柱/帶狀硬質相9，室溫冷卻，金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱/帶狀合 金硬質相7與基體金屬7冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即制 得以高韌性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質 相的複合耐磨導衛輥。
合金粉芯絲/帶材3的截面可為圓形或方形或長方形(圓截面直徑範圍 ①2mm ①10mm，方形截面邊長範圍2mm 10mm;長方形截面尺寸由絲材壓制 成相應帶材截面形狀決定)，包裹合金粉末的低碳鋼管皮2的壁厚為0. lmm lmm;芯部裝有為粒度為50 300目的合金粉末。
上述合金粉芯絲/帶材3芯部的合金粉末l由高碳鉻鐵粉構成，根據需要 可添加鉬鐵粉、鎢鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉等合金粉。合金粉末l也可以由碳化鎢、碳化矽、碳化鈦、氧化鋁、氮化矽、氮化 鈦粉末中的一種或幾種構成。
基體金屬7是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知的 鑄鋼或鑄鐵中的一種。
以下是發明人給出的實施例，但本發明並不限於以下實施例。 實施例製備高鉻合金為硬質相、A3鋼為基體的帶狀複合耐磨軋鋼導衛輥
1、 取合金粉1包裹於低碳鋼管皮2中，形成合金粉芯帶材3;選用截
面尺寸為3mmX8mm的合金粉芯帶材3，合金粉末1為高碳鉻鐵粉，粒度100 150目；將合金粉芯帶材編織在導衛輥芯部4表面上，形成帶材骨架5;
2、 採用樹脂砂按照鑄造工藝要求製作導衛輥鑄型6;
3、 將預製件(導衛輥芯部4和帶材骨架5整體稱為預製件)放置在導 衛輥鑄型6的型腔中；
4、 選用A3鋼作為基體金屬7，用中頻爐冶煉熔化後，達到160(TC出爐， 將鋼液從澆道8澆入衛輥鑄型6的型腔內，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固後，取出鑄件，清砂處理，即製成高 鉻合金為帶狀硬質相9、 A3鋼為基體金屬7的複合耐磨導衛輥。
按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化矽、碳化鈦、氧化鋁、氮化 矽或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
上述實施例中，按照不同的需求，基體金屬3還可以選擇灰口鑄鐵或球 墨鑄鐵，均能夠製成合格的複合耐磨導衛輥。
經實驗證明，上述實施例製備的複合耐磨軋鋼導衛輥，表面具有高耐磨、 高韌性、高抗衝擊性能、高抗疲勞磨損性及良好的機加工性能。壽命可提高 10-20倍，可以連續使用50-100個班次，綜合性能顯著優於高合金鋼、高 鉻鑄鐵和陶瓷材料製備的導衛輥。
權利要求
1、一種原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥的製備方法，其特徵在於，該方法製得的原生柱/帶狀硬質相複合耐磨軋鋼導衛輥的表面複合材料由高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬兩部分通過澆鑄複合而成，具體包括下列步驟步驟一，在機加工出的導衛輥芯部表面上編織出一定厚度的合金粉芯絲/帶材骨架，並通過綁紮或焊接的方法在軋輥芯部表面固定，形成預製件，合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積佔澆鑄複合層總體積的20％～80％；步驟二，採用樹脂砂按照鑄造工藝要求製作導衛輥鑄型；步驟三，將預製件放置在導衛輥鑄型的型腔中；步驟四，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆入到導衛輥鑄型的型腔內，利用高溫基體金屬鋼液的熱量，對編制的合金粉芯絲材骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱/帶狀合金硬質相；步驟五，金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱/帶狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即製得以高韌性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的複合耐磨軋鋼導衛輥。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的合金粉芯絲/帶材截 面為圓形或方形或長方形，其中圓形直徑範圍①2mm-①10mm，方形截面邊長 範圍2mm-10mm;長方形截面尺寸由絲材壓製成相應帶材截面形狀決定；包 裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0. lmm lmm，合金粉芯絲材的芯部灌裝有 合金粉末，粒度為50目 300目。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化矽、碳化鈦、氧化鋁、氮化矽或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、矽鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
全文摘要
本發明公開了一種原生柱/帶狀硬質相複合耐磨導衛輥的製備方法，製得的原生柱/帶狀硬質相複合耐磨導衛輥的表面複合材料由高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬兩部分通過澆鑄複合而成，製備方法先在機加工出的導衛輥芯部表面上編織出一定厚度的合金粉芯絲/帶材骨架，並通過綁紮或焊接的方法在軋輥芯部表面固定，形成預製件，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆入到導衛輥鑄型的型腔內，合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱/帶狀合金硬質相。本方法製備的複合導衛輥具有高耐磨性和高韌性，其使用壽命提高10-20倍，減少更換次數，大大提高軋鋼機的工作效率。
文檔編號B21B39/14GK101412102SQ20081023256
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月3日 優先權日2008年12月3日
發明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 許雲華 申請人:西安建築科技大學