CN102433488A

CN102433488A - WC-Co-Ni-Al-B硬质合金、用该硬质合金制成的辊环及该辊环的制备方法

Info

Publication number: CN102433488A
Application number: CN201110449684XA
Authority: CN
Inventors: 汪巍; 汪松云; 徐涛; 周华堂; 邓涛
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种用于难轧线材热轧的WC-Co-Ni-Al-B硬质合金辊环及其制作方法，合金中硬质相占辊环的74~94wt%，主要成分为WC；粘结相占辊环的6~26wt%，由Co、Ni、Al、B及少量添加或不添加Cr组成，其中Al含量为粘结相的1~10wt%，B含量为粘结相的0.01~0.1wt%，合金抗蠕变能力、合金强度、硬度和抗磨损性能提高，可塑性强，具有优异的高温抗氧化性、耐腐蚀性和良好的抗热疲劳性能，合金辊环的韧性和使用寿命得到延长。

Description

WC-Co-Ni-Al-B硬质合金、用该硬质合金制成的辊环及该辊环的制备方法

技术领域

本发明涉及一种WC-Co-Ni-Al-B硬质合金、用该硬质合金制成的辊环及该辊环的制备方法。

背景技术

硬质合金辊环是由难溶金属化合物作硬质相，胶结金属作粘结相，采用粉末冶金方法生产的。它与钢轴、锥套压装，组合成轧辊。用于钢铁线材、棒材、扁材和异型材的热轧和冷轧，与铸铁、钢制成的轧辊相比，其使用寿命提高10至20倍，而得到广泛应用。

钢铁线材的热轧采用（120~200）×（120×200）×2000mm的方钢，加热至900~1100℃，在终轧为60~120米/秒的速度下，经26~30架次的轧机，轧制成Φ5~12mm钢铁线材。整个轧制过程为：按工艺设计要求，预先在轧辊上加工出圆和椭圆的轧槽，高速前进的红钢通过轧机各架次轧槽，进行圆和椭圆交替轧制，而变细变长。高速旋转的轧辊，首先受到高速行进红钢的冲击，接着对红钢进行挤压，然后为高压水冷却，如此循环进行运转，最高可达200次/秒以上。因此，硬质合金辊环需承受很高的交变轧制应力、热应力和扭矩剪切力，因而要求硬质合金轧辊具有高的抗冲击韧性和抗热疲劳性能。同时还要具有很高的耐磨性和抗腐蚀性能。

二十世纪六十年代中叶，硬质合金悬臂梁轧辊开始应用于无扭线材轧机，目前，世界上所有的高速线材轧机上的精轧机和预精轧机架，已全部采用硬质合金轧辊。其中，硬质合金辊环的制备，基本选用WC作硬质相，金属Co、Ni作粘结相。用纯Co作粘结相的WC-Co的合金轧辊强度和韧性较好，耐磨料磨损性较强，但耐腐蚀和耐钢材表面粗糙度能力稍显不足，对使用现场的工况和冷却水质要求较高。而采用Co-Ni-Cr作粘结剂的合金轧辊，抗腐蚀性能明显改善，抗热裂纹和耐表面粗糙度性能提高，但强度和硬度有所下降。目前，热轧钢铁线材用硬质合金辊环，基本采用WC-Co和WC-Co-Ni-Cr两类材质辊环，并根据不同轧制条件对轧辊性能的要求，粘结相含量可在6~30%范围内调整，以适于辊环不同的韧性和耐磨性要求。采用粗的和超粗的WC晶粒，可较大改善合金轧辊韧性和抗冲击性能，添加Cr或Cr₃C₂有利于轧辊耐磨蚀性能的提高，却对WC晶粒长大有抑制作用。

硬质合金轧辊最初用于普通钢铁线材的轧制，也称软线（普线）轧制。随着钢铁工业的迅猛发展，高强度、高抗震性、耐火防腐的高碳合金钢、特殊钢等钢铁线材成为高线轧制的主流产品，它们由于强度高、变形抗力大，而被称为硬线，是公认的难轧材料。如弹簧钢、轴承钢、高碳钢、焊丝钢、高速钢、不锈钢、冷镦钢等，尤其是近年来，采用的低温轧制，大幅提高轧制抗力，使合金轧辊的轧槽底部易早期出现细而深的热裂纹或大幅降低轧辊的单槽过钢量，造成轧制成本增加，生产效率降低，研制出一种综合性能更高的硬质合金轧辊势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WC-Co-Ni-Al-B硬质合金，用该硬质合金制成的辊环，用于难轧线材热轧过程中不出现裂纹、掉肉现象并且满足轧制的工艺要求。

本发明提供的WC-Co-Ni-Al-B硬质合金，该硬质合金中硬质相占合金的重量百分比为74~94%，主要成分为WC；粘结相占合金的重量百分比为6~26 %，包括Co、Ni、Al、B及不加或少量添加Cr，Cr的最大含量不超过合金重量百分比的0.7%，Al占粘结相重量百分比为1~10%，B占粘结相重量百分比为0.01~0.1%，余量为Co、Ni且Co、Ni的重量比例为60~40%：40~60%。

所述WC-Co-Ni-Al-B硬质合金的粘结相中，Al占粘结相重量百分比为2.5~6.5%。B占粘结相重量百分比为0.02~0.06%。

一种用上述WC-Co-Ni-Al-B硬质合金制成的硬质合金辊环。

所述硬质合金辊环的制备方法，配料时Al以AlN的形式加入；湿磨配料量较原技术生产的合金辊环工艺标准增加10~40%；湿磨时间延长20~60%；混合料压制成辊环压坯后，先在1360~1460℃的温度下烧结，降至室温，再升温至1410~1520℃最终烧结。

本发明提供的用于难轧钢铁线材热轧的硬质合金辊环，WC-Co-Ni-Al合金中的Al，以AlN的形式加入，烧结时，AlN分解成Al，向粘结相中的Co和Ni中扩散，原位生成Ni (Co) ₃Al沉淀，并弥散分布在粘结相中，提高了合金抗蠕变能力、合金强度、硬度和抗磨损性能。而且Ni₃ Al的硬度高于Co和Ni，其溶体能完全润湿WC，具有优异的高温抗氧化性和耐腐蚀性以及良好的抗热疲劳性能，但室温塑性和韧性较低，主要为晶间较弱导致，容易发生晶间断裂。但在Ni₃ Al中添加微量B可使其塑性大幅提高，从而抑制晶间断裂，使合金得到强化，提高合金辊环的韧性和使用寿命。辊环金相组织中，WC晶粒不小于4微米，粘结相中有Ni₃Al沉淀。高粘结相合金辊环下坐变形量也得到控制，合金性能较相应WC-Co-Ni-Cr合金的强度、硬度大幅提高，比较见表1。

表

Figure 201110449684X100002DEST_PATH_IMAGE003

附图说明

图1是本发明制备的WC-Co-Ni-Al合金显微结构照片（1500倍）。

图2是现有技术制备的WC-Co-Ni-Cr合金的显微结构照片（1500倍）。

图3是本发明制备的WC-Co-Ni-Al合金能谱照片，反映的是粘结相形貌（10000倍）。

图4是现有技术制备的WC-Co-Ni-Cr合金能谱照片，反映的是粘结相形貌（10000倍）。

图5是本发明的粘结相含量为18wt%的WC-Co-Ni-Al-B轧辊下机后，轧槽表面状况照片。

图6是本发明的粘结相含量为15wt%的WC-Co-Ni-Al-B轧辊下机后，轧槽表面状况照片。

具体实施方式

某钢铁公司低温轧制Φ6.5mm线材，成品机架出口速度90~105m/s，减径率15~20%，成品前机架16~20%。轧制材料为弹簧钢、轴承钢、冷镦系列钢，尤以高品质冷镦钢为多。由于轧制温度低，两架次轧辊易出现裂纹、掉肉。在国内外辊环的选择和轧制工艺摸索的基础上，采用特别研制的含Co量为18%的WC-Co合金辊环，用于轧槽为椭圆的成品前机架，含Co量为15%的WC-Co合金辊环，用于轧槽为圆的成品机架，额定单槽轧过钢量为500吨，但未达到该轧线设计的600吨要求。

实施例1. WC-Co-Ni-Al-B成品前机架：

在50L湿磨机配料：硬质相占合金82wt%，主要成分为WC；粘结相占合金18wt%，其中Co为8.5wt%、Ni为8.5wt%、Al为0.546wt%、B为0.004wt%、Cr为0.45wt%，Al以AlN的形式加入的WC-Co-Ni-Al-B合金混合料。配料合计83Kg，较正常配料量增加13.7%，湿磨32小时，较正常时间延长60%。喷雾干燥后的粉末压制成型为辊环压坯，先在1410℃真空烧结，降温至室温，再升温至1480℃，压力烧结成合金辊环毛坯，其金相组织中WC晶粒度5μm，粘结相中有Ni₃Al沉淀。用此硬质合金辊环毛坯精加工后用于成品前机架，槽型为椭圆孔，低温轧制900吨Φ6.5mm难轧材料线材，非本架次辊环问题而下线，且下线轧槽表面光洁，无裂纹掉肉，见图5。

实施例2. WC-Co-Ni-Al-B成品机架：

在50L湿磨机配料：硬质相占合金85wt%，主要成分为WC；粘结相占合金15wt%，其中Co为7.05 wt%、Ni为7.097 wt%、Al为0.45 wt%、B为0.003wt%、Cr为0.4wt%，Al以AlN的形式加入的WC-Co-Ni-Al-B合金混合料。配料合计87 Kg，较正常配料量增加19 %，湿磨30小时，较正常时间延长50%。喷雾干燥后的粉末压制成型为辊环压坯，先在1450℃真空烧结，降温至室温，再升温至1500℃，压力烧结成合金辊环毛坯，其金相组织中WC晶粒度4.5μm，粘结相中有Ni₃Al沉淀。用此硬质合金辊环毛坯精加工后用于成品机架，槽型为圆孔，低温轧制900吨Φ6.5mm难轧材料线材，非本架次辊环问题而下线，且下线轧槽表面光洁，无裂纹掉肉，见图6，满足了该公司对轧辊单槽过钢量的规划设计要求。

Claims

1.一种WC-Co-Ni-Al-B硬质合金，其特征在于：该硬质合金中硬质相占合金的重量百分比为74~94%，主要成分为WC；粘结相占合金的重量百分比为6~26 %，包括Co、Ni、Al、B及不加或少量添加Cr，Cr的最大含量不超过合金重量百分比的0.7%，Al占粘结相重量百分比为1~10%，B占粘结相重量百分比为0.01~0.1%，余量为Co、Ni且Co、Ni的重量比例为60~40%：40~60%。

2.根据权利要求1所述WC-Co-Ni-Al-B硬质合金，其特征在于：粘结相中Al占粘结相重量百分比为2.5~6.5%；B占粘结相重量百分比为0.02~0.06%。

3.一种用权利要求1或2所述的WC-Co-Ni-Al-B硬质合金制成的辊环。

4.一种权利要求3所述硬质合金辊环的制备方法，其特征在于：配料时Al以AlN的形式加入；湿磨配料量较原技术生产的合金辊环工艺标准增加10~40%，湿磨时间延长20~60%；混合料压制成辊环压坯后，先在1360~1460℃的温度下烧结，降至室温，再升温至1410~1520℃最终烧结。