CN101412096A - 一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，该方法制备的复合耐磨轧辊由芯部和表面耐磨层构成，芯部材料选用韧性高的钢材质，表面耐磨层由高硬度柱/带状硬质点和高韧性金属材料复合而成。首先机加工出轧辊芯部，再用高合金粉芯丝/带材(注：带材可由丝材压制而成)在轧辊芯部表面支撑架上编织出一定厚度的丝/带材骨架并绑扎或焊接固定好，将编织好的预制件放入浇铸型腔中，利用高温钢液进行浇铸，对高合金粉芯丝/带材进行铸渗、烧结或溶化，在一定温度区间内，合金元素进行短程扩散，在轧辊表面实现高硬度柱/带状硬质点与高韧性基体金属两部分的冶金结合，形成内含一定比例的柱/带状硬质点的表面硬质点耐磨复合层。

Description

一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法

技术领域

本发明涉及轧辊的制备，特别是一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法。

背景技术

在钢铁冶金设备中，滚动式轧辊使用非常广泛，且更换频繁、用量大。由于轧辊工作条件非常严酷，需要长时间承受轧制型材高温、热冲击和高速摩擦磨损等因素的影响，所以用传统材料(如高铬铸铁、球墨铸铁、高合金钢、硬质合金材料及堆焊复合材料等)所制成的轧辊经常因磨损、粘钢等原因失效。高铬铸铁虽硬度高、耐磨性能好，但由于材料脆性大导致发生断裂，且机加工性能差；球墨铸铁的耐磨性和抗热冲击性能均较差，不能满足使用要求而被淘汰；堆焊材料虽然能提高使用寿命，但堆焊设备昂贵，堆焊一次，其寿命增加不大；高合金钢在高温下会发生退火现象，且由于材料本身不存在高硬质相，所以耐磨性能大幅下降；高合金粉末冶金液相烧结方法在国内外已有大量报道，但研究尚不成熟，该方法制备的复合材料，其合金成分在基体中难以分布均匀、可控性差，且由于添加了表面活性剂，使得材料组织中出现大量气孔等缺陷。目前，结构钢生产中使用的轧辊，主要使用的材料为Cr12MoV合金钢，导致了大量合金材料的浪费，结构钢生产的轧辊，其技术性能要求主要有：1、高耐磨，轧辊表面磨损量和局部损伤越小越好，保证轧制品高精度尺寸公差；2、抗热疲劳性好，避免产生疲劳裂纹的产生和扩展；3、高的机械性能，要求轧辊具有高的抗压强度和抗拉强度；4、高韧性，避免轧辊发生脆性断裂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，该方法可以很好地满足轧辊的技术要求，本发明制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨层，该耐磨层由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，由于柱/带状硬质相是通过高温与基体材料实现了冶金结合，且硬质相分布均匀可控，可有效地避免热疲劳磨损，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能好，保证了复合轧辊对高耐磨性和高韧性的要求。其综合性能优于合金钢、铸铁和陶瓷材料制备的轧辊(或复合轧辊)，充分符合在粗轧机和精轧机上的使用要求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，该方法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨层，该耐磨层由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，该耐磨层的制备包括下列步骤：

步骤一，将合金粉芯丝/带材在机加工出的轧辊芯部表面编织合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方式在轧辊芯部表面固定制成预制件，其中合金粉芯丝/带材骨架的实际体积占浇铸复合层总体积的20％～80％；

步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型，并将预制件放入轧辊砂型中；

步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于轧辊砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊。

本发明的方法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊具有以下特点：

1、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

2、由于合金粉芯丝/带材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷，内部组织性能优良，明显优于一般的粉末冶金方法制备耐磨复合材料的组织结构。

3、本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

4、柱/带状硬质点为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，耐磨层和辊芯部表面结合良好，避免了像组合式轧辊在轧制过程中出现的开裂现象和使用过程中的脱落现象。

5、可根据使用工矿，柱/带状硬质点在基体中的比例可调，并分布均匀；

6、根据粗轧机和精轧机不同的使用要求，可调整柱/带状硬质点的直径或形状大小以及分布形式，可从丝/带材尺寸可从毫米级向微米级调整；

7、其使用寿命可比高合金钢、铸铁或陶瓷材料制成的轧辊寿命提高5-10倍。

附图说明

图1为合金粉芯带材的结构示意图；

图2是带状硬质点复合耐磨轧辊制备工艺示意图；

图3是浇铸成型的复合耐磨轧辊立体示意图；

图4是图3中(A)部分经浇铸复合后耐磨层的结构示意图；

图5是复合材料的金相组织图。

下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见附图，按照本发明的技术方案，首先制备一定直径和合金粉末配比的合金粉芯丝/带材3，合金粉芯丝/带材3应具有良好柔软度，可机械化编织。成各种形状的合金粉芯丝/带材骨架。将合金芯丝/带材3编织在机加工出的轧辊芯部表面4的支撑架5上形成三维结构的合金粉芯丝/D带材骨架6，并通过绑扎或焊接的方法将合金粉芯丝/带材骨架6固定在支撑架6上形成预制件。合金粉芯丝/带材骨架6的实际体积占表面复合层总体积的20％～80％。

采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型7，并将预制件放入轧辊砂型7中，再用基体金属8的高温液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝/带材3中的合金元素在钢液中进行短程扩散，在基体金属8中形成分布均匀，且与基体金属8实现冶金结合的高硬度柱/带状硬质相。

室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，并形成高耐磨高韧性轧辊的复合耐磨层，取出铸件，清砂处理，制得原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊。

合金粉芯丝/带材截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围Φ2mm～Φ10mm，方形截面边长范围2mm-10mm；长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1～1mm；芯部为粒度为50～300目的合金粉末。

合金粉芯丝/带材芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。

合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。

基体金属是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸钢或铸铁中的一种。

以下是发明人给出的实施例，但本发明并不限于以下实施例。

实施例：制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的带状复合耐磨轧辊

1、取合金粉1包裹于低碳钢管皮2中，形成合金粉芯丝/带材3；

选用截面尺寸为3mm×8mm的合金粉芯带材3，合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100～150目；将合金粉芯带材编织在轧辊芯部4表面的支撑架5上，形成合金粉芯带材骨架6；

2、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型7；

3、将预制件(即将轧辊芯部表面4、支撑架5和合金粉芯带材骨架6整体称为预制件)放置在铸型7的型腔中；

4、选用A3钢作为基体金属8，用中频炉冶炼熔化后，达到1600℃出炉，将钢液从浇道9浇入铸型7的型腔内，注满为止；

5、室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高铬合金为带状硬质相10、A3钢为基体金属8的复合耐磨轧辊。

按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球墨铸铁，均能够制成合格的复合耐磨轧辊。

经实验证明，上述实施例制备的复合耐磨轧辊，表面具有高耐磨、高韧性、高抗冲击性能、高抗疲劳磨损性及良好的机加工性能。综合性能显著优于高合金钢、高铬铸铁和陶瓷材料制备的轧辊。

Claims (7)

1、一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，该方法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨层，该耐磨层由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，该耐磨层的制备包括下列步骤：

步骤一，将合金粉芯丝/带材在机加工出的轧辊芯部表面编织合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方式在轧辊芯部表面固定制成预制件，其中合金粉芯丝/带材骨架的实际体积占浇铸复合层总体积的20％～80％；

步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型，并将预制件放入轧辊砂型中；

步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于轧辊砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯丝/带材截面为圆形或方形或长方形，其中圆形直径范围Φ2mm-Φ10mm，方形截面边长范围2mm-10mm；长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定；包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1mm～1mm，合金粉芯丝材的芯部灌装有合金粉末，粒度为50目～300目。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或铸铁。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低碳钢或合金钢。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或球墨铸铁。

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