一種原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備方法

2023-11-12 01:59:52

專利名稱：一種原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備方法
技術領域：
本發明涉及軋輥的製備，特別是一種原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥 的製備方法。
背景技術：
在鋼鐵冶金設備中，滾動式軋輥使用非常廣泛，且更換頻繁、用量大。 由於軋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)所製成的軋輥經常因磨損、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，結構鋼生產中使用的軋輥，主要使用的材料 為Crl2MoV合金鋼，導致了大量合金材料的浪費，結構鋼生產的軋輥，其技 術性能要求主要有1、高耐磨，軋輥表面磨損量和局部損傷越小越好，保 證軋製品高精度尺寸公差；2、抗熱疲勞性好，避免產生疲勞裂紋的產生和 擴展；3、高的機械性能，要求軋輥具有高的抗壓強度和抗拉強度；4、高韌 性，避免軋輥發生脆性斷裂
發明內容
本發明的目的在於，提供一種原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備 方法，該方法可以很好地滿足軋輥的技術要求，本發明製備的原生柱/帶狀 硬質點複合耐磨軋輥，在軋輥芯部表面上有一層耐磨層，該耐磨層由高硬度 柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬複合而成，由於柱/帶狀硬質相是通過高溫 與基體材料實現了冶金結合，且硬質相分布均勻可控，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，保證了複合軋輥對高耐磨性和 高韌性的要求。其綜合性能優於合金鋼、鑄鐵和陶瓷材料製備的軋輥(或復 合軋輥)，充分符合在粗軋機和精軋機上的使用要求。
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/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備方法，其特徵在於，該方 法製備的原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥，在軋輥芯部表面上有一層耐磨 層，該耐磨層由高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬複合而成，該耐磨 層的製備包括下列步驟
步驟一，將合金粉芯絲/帶材在機加工出的軋輥芯部表面編織合金粉芯 絲/帶材骨架，並通過綁紮或焊接的方式在軋輥芯部表面固定制成預製件，
其中合金粉芯絲/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軋輥鑄型，並將預製件放入
軋輥砂型中；
步驟三，將用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄於軋輥砂型的型腔中，高溫 基體金屬液對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金 元素在基體金屬液中進行短程擴散，原位形成分布均勻且與基體金屬冶金結 合的高硬度柱狀硬質相；
步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱狀合金硬質 相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，製得原生柱/ 帶狀硬質點複合耐磨軋輥。本發明的方法製備的原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥具有以下特點
1、 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。
2、 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。
3、 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。
4、 柱/帶狀硬質點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，避免了像組合式軋輥 在軋制過程中出現的開裂現象和使用過程中的脫落現象。
5、 可根據使用工礦，柱/帶狀硬質點在基體中的比例可調，並分布均勻；
6、 根據粗軋機和精軋機不同的使用要求，可調整柱/帶狀硬質點的直徑
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；
7、 其使用壽命可比高合金鋼、鑄鐵或陶瓷材料製成的軋輥壽命提高5-10倍。


圖l為合金粉芯帶材的結構示意圖2是帶狀硬質點複合耐磨軋輥製備工藝示意圖3是澆鑄成型的複合耐磨軋輥立體示意圖4是圖3中(A)部分經澆鑄複合後耐磨層的結構示意圖5是複合材料的金相組織圖。
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，首先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應具有良好柔軟度，可機械化編織。成各種形狀的合金粉芯絲/帶材骨架。將合金芯絲/帶材3編織在機加工 出的軋輥芯部表面4的支撐架5上形成三維結構的合金粉芯絲/D帶材骨架6， 並通過綁紮或焊接的方法將合金粉芯絲/帶材骨架6固定在支撐架6上形成預 製件。合金粉芯絲/帶材骨架6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輥鑄型7，並將預製件放入軋輥砂 型7中，再用基體金屬8的高溫液對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、 溶滲甚至溶解，合金粉芯絲/帶材3中的合金元素在鋼液中進行短程擴散，在 基體金屬8中形成分布均勻，且與基體金屬8實現冶金結合的高硬度柱/帶狀 硬質相。
室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱狀合金硬質相與基體 金屬冶金過渡結合融為一體，並形成高耐磨高韌性軋輥的複合耐磨層，取出 鑄件，清砂處理，製得原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥。
合金粉芯絲/帶材截面可為圓形或方形或長方形(圓截面直徑範圍①2 mm On0mm，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0.1 lmm;芯部 為粒度為50 300目的合金粉末。
合金粉芯絲/帶材芯部的合金粉末由高碳鉻鐵粉構成，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輥
1、取合金粉1包裹於低碳鋼管皮2中，形成合金粉芯絲/帶材3;選用截面尺寸為3mmX8mm的合金粉芯帶材3，合金粉末為高碳鉻鐵粉， 粒度100 150目；將合金粉芯帶材編織在軋輥芯部4表面的支撐架5上， 形成合金粉芯帶材骨架6;
2、 採用樹脂砂按照鑄造工藝要求製作軋輥鑄型7;
3、 將預製件(即將軋輥芯部表面4、支撐架5和合金粉芯帶材骨架6 整體稱為預製件)放置在鑄型7的型腔中；
4、 選用A3鋼作為基體金屬8，用中頻爐冶煉熔化後，達到160(TC出爐， 將鋼液從澆道9澆入鑄型7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10、 A3鋼為基體金屬8的複合耐磨軋輥。
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軋輥。
經實驗證明，上述實施例製備的複合耐磨軋輥，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。綜合性能顯著優 於高合金鋼、高鉻鑄鐵和陶瓷材料製備的軋輥。
權利要求
1、一種原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備方法，其特徵在於，該方法製備的原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥，在軋輥芯部表面上有一層耐磨層，該耐磨層由高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬複合而成，該耐磨層的製備包括下列步驟步驟一，將合金粉芯絲/帶材在機加工出的軋輥芯部表面編織合金粉芯絲/帶材骨架，並通過綁紮或焊接的方式在軋輥芯部表面固定制成預製件，其中合金粉芯絲/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軋輥鑄型，並將預製件放入軋輥砂型中；步驟三，將用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄於軋輥砂型的型腔中，高溫基體金屬液對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金元素在基體金屬液中進行短程擴散，原位形成分布均勻且與基體金屬冶金結合的高硬度柱狀硬質相；步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固後，生成的高硬度柱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，製得原生柱/帶狀硬質點複合耐磨軋輥。
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O)2mm-①10mm，方形截面邊長 範圍2腿-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/帶狀硬質點複合耐磨軋輥的製備方法，該方法製備的複合耐磨軋輥由芯部和表面耐磨層構成，芯部材料選用韌性高的鋼材質，表面耐磨層由高硬度柱/帶狀硬質點和高韌性金屬材料複合而成。首先機加工出軋輥芯部，再用高合金粉芯絲/帶材(注帶材可由絲材壓制而成)在軋輥芯部表面支撐架上編織出一定厚度的絲/帶材骨架並綁紮或焊接固定好，將編織好的預製件放入澆鑄型腔中，利用高溫鋼液進行澆鑄，對高合金粉芯絲/帶材進行鑄滲、燒結或溶化，在一定溫度區間內，合金元素進行短程擴散，在軋輥表面實現高硬度柱/帶狀硬質點與高韌性基體金屬兩部分的冶金結合，形成內含一定比例的柱/帶狀硬質點的表面硬質點耐磨複合層。
文檔編號B21B27/02GK101412096SQ200810232548
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, 牛立斌, 許雲華 申請人:西安建築科技大學