CN104438370B - 一种双性能导卫板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双性能导卫板，其特征在于：双性能导卫板由导卫体和铲嘴构成，铲嘴可拆卸的安装在导卫体上；导卫体所用材料为20号钢，铲嘴是以20号钢为材料加工成型后再经碳氮共渗处理。本发明的铲嘴不仅可替换，而且使用碳氮共渗工艺提高了铲嘴的表面硬度、耐磨性和疲劳极限，降低了成本，提高了导卫板的整体性能。
Description
技术领域
本发明属于钢材轧制零件产品的设计与工艺制造，尤其是涉及轧制导卫板的结构和性能设计领域。
背景技术
导卫板是钢材轧制中的关键部件，可使轧件顺利地进入轧槽并导出轧槽，或控制轧件按一定方向运动，同时也是易损件，其使用寿命和更换次数直接影响钢材的产量。导卫板的设计常常被认为是比较筒单的，设计可以粗糙一些，不会出大问题。但是生产实际表明，导卫板造成的轧制事故相当多。关于导卫板设计，除了导卫板前端的形状外，其余各部分尺寸都是很容易确定的，唯有导卫板前端的形状不好确定，而这种形状设计不正确或不准确，会带来很多的缺点和很大的危害。中国专利CN200998736Y公开了一种将工作面设计为波形的导卫板，减少了与轧钢的接触面积，降低了导卫板对带钢边部质量的影响，但其制作工艺复杂，难大规模生产。常用的导卫板是整体结构，其前端铲嘴与导卫体性能相同，铲嘴一旦磨损，整个导卫板只能报废，目前常用堆焊的方式修复导卫板，但堆焊后的耐磨性有限，且最多修复2次后就很难再继续使用；中国专利ZL91221901.7公开了一种复合导卫板，即在导卫板堆焊耐磨焊层，冲击韧性好且具有优良耐磨性，但堆焊后金属的凝固收缩容易产生较大内应力，导致变形；鞍钢导卫板采用焊接“铲头”材料的办法来提高强度；哈尔滨轧钢厂采用喷焊的工艺增加导卫板的使用寿命，比较廉价，但喷涂层和基体的结合力很难控制；有的厂家采用整体合金化提高材料的耐磨性能和冲击韧性，如添加贵重金属Cr、Mo等，可以获得高耐磨性的零件表面，但导卫板韧性不足，且价格昂贵、成本高。有的厂家对导卫板表面合金化，表面镀金属元素Ni，但同样存在金属昂贵、成本高、机加工困难等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在不使用堆焊也不添加贵重金属Cr、Mo的前提下，提供一种高耐磨性、高性能的导卫板。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明的双性能导卫板，其特点在于：所述双性能导卫板由导卫体和铲嘴构成，所述铲嘴可拆卸的安装在所述导卫体上；所述导卫体所用材料为20号钢，所述铲嘴以20号钢为材料加工成型后再经碳氮共渗处理。当导卫板磨损后可以只替换铲嘴，然后继续使用。
本发明的双性能导卫板，其特点在于：在所述导卫体的两侧均设置有定位槽，在所述定位槽内安装有压块，所述压块上设置有插孔，所述铲嘴位于所述定位槽内，且所述铲嘴的后端插入在所述压块的插孔中；所述铲嘴的前端呈尖形。设置为尖形，可以使铲嘴尖紧贴在轧辊孔型的底部。压块将铲嘴固定在导卫体上。
所述经碳氮共渗处理是按如下方式进行：
第一步、高温排气阶段：将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；
第二步、碳氮共渗阶段：保持碳氮共渗炉在900℃～950℃，以80～90滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至830～870℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，所述氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；
第三步、扩散阶段：维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；
第四步、出炉淬火阶段：将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，200～260℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
碳氮共渗温度定为830～870℃，其原因是温度超过900℃，渗层中含氮量太低，类似单纯渗碳，而且容易过热，工件变形较大；温度过低，不仅速度慢，而且表层含氮量过高，容易形成脆性的高氮化合物，渗层变脆，另外还将影响心部组织的强度和韧性。
碳氮共渗时间为在煤油和30％的氨气中共渗3～4h(包括碳氮共渗阶段和扩散阶段时间)，体积比为30％的氨气是经过多次实验确定的较好的氨气含量。低于此比例，气氛的活性太差，共渗速度低；高于此比例，表面形成碳氮化合物层，阻碍了碳氮原子的吸收与扩散，共渗速度下降。渗层深度为0.50～0.90mm/h时，平均共渗速度约为0.20mm/h；导卫板厚度较大，要求渗碳氮层达0.6～0.7mm才具有足够的耐磨性，故碳氮共渗时间为3～4h。然后，铲嘴利用余温油淬至室温，最后进行200℃的低温回火和喷丸处理，增加表面残留压应力，从而提高铲嘴接触疲劳强度。
碳氮共渗能很好地提高工件的表面硬度、耐磨性和疲劳极限，它是将碳、氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺，它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。
20号钢碳含量低，塑性和韧性好，适合各种韧性要求高的机械零件，价格便宜，但耐磨性不足。20号钢表面经碳氮共渗处理后表面强度和耐磨性得到极大的提高，是一种性能好、价格便宜的碳氮处理材料。
本发明铲嘴碳氮共渗，渗面硬度为58～62HRC，铲嘴心部硬度为32～36HRC。
与现有技术相比，本发明有以下几个优点：
1、本发明导卫板是镶嵌结构，适合小型轧机，使用方便可靠。
2、本发明采用双性能导卫板，其中导卫体是材料20号钢，具有很好的韧性；铲嘴为20号钢基体上经过碳氮共渗处理，具有高耐磨性能，整个导卫体既有高韧性又有高耐磨性。导卫体和铲嘴可以分开，当导卫体磨损后可以只替换铲嘴，然后继续使用。
3、本发明铲嘴不仅可替换，而且使用碳氮共渗工艺提高了铲嘴的表面硬度、耐磨性和疲劳极限，降低了成本，提高了导卫板的利用价值。20号钢硬度为32～36HRC，经过碳氮共渗处理后硬度可达58～62HRC，硬度提高接近一倍，铲嘴耐磨性至少提高了3倍。
4、碳氮共渗仅在铲嘴进行，避免了导卫板整体合金化，节约了时间，降低了成本。
5、碳氮共渗温度低，速度快，铲嘴内应力小，变形小，避免了堆焊时造成的焊接内应力大等缺点。
附图说明
图1是本发明双性能导卫板的结构示意图，其中：1是导卫体，2是压块，3是铲嘴。
具体实施方式
如图1所示，本发明的双性能导卫板，由导卫体1和铲嘴3构成，铲嘴可拆卸的安装在导卫体上；导卫体所用材料为20号钢，铲嘴是以20号钢为材料加工成型后再经碳氮共渗处理。
在导卫体1的两侧均设置有定位槽，在定位槽内安装有压块2，压块2上设置有插孔，铲嘴3位于定位槽内，且铲嘴的后端插入在压块2的插孔中；铲嘴的前端呈尖形。
铲嘴经碳氮共渗增加其耐磨性的具体实施方案如下：
实施例1
铲嘴碳氮共渗的设备为RJJ-75-9T井式碳氮共渗炉，渗剂选用煤油和工业氨气，铲嘴碳氮共渗的工艺过程包括高温排气阶段、碳氮共渗阶段、扩散阶段和出炉淬火阶段，具体步骤为：
将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；保持碳氮共渗炉在920℃，以85滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至870℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，200℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
经碳氮共渗处理后，铲嘴硬度为60HRC，耐磨性提高了3倍。
实施例2
铲嘴碳氮共渗的设备为RJJ-75-9T井式碳氮共渗炉，渗剂选用煤油和工业氨气，铲嘴碳氮共渗的工艺过程包括高温排气阶段、碳氮共渗阶段、扩散阶段和出炉淬火阶段，具体步骤为：
将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；保持碳氮共渗炉在920℃，以80滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至860℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，210℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
经碳氮共渗处理后，铲嘴硬度为61HRC，耐磨性提高了3.5倍。
实施例3
铲嘴碳氮共渗的设备为RJJ-75-9T井式碳氮共渗炉，渗剂选用煤油和工业氨气，铲嘴碳氮共渗的工艺过程包括高温排气阶段、碳氮共渗阶段、扩散阶段和出炉淬火阶段，具体步骤为：
将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；保持碳氮共渗炉在920℃，以90滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至830℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，230℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
经碳氮共渗处理后，铲嘴硬度为59HRC，耐磨性提高了近3倍。
实施例4
铲嘴碳氮共渗的设备为RJJ-75-9T井式碳氮共渗炉，渗剂选用煤油和工业氨气，铲嘴碳氮共渗的工艺过程包括高温排气阶段、碳氮共渗阶段、扩散阶段和出炉淬火阶段，具体步骤为：
将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；保持碳氮共渗炉在920℃，以85滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至830℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，250℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
经碳氮共渗处理后，铲嘴硬度为62HRC，耐磨性提高了4倍。
实施例5
铲嘴碳氮共渗的设备为RJJ-75-9T井式碳氮共渗炉，渗剂选用煤油和工业氨气，铲嘴碳氮共渗的工艺过程包括高温排气阶段、碳氮共渗阶段、扩散阶段和出炉淬火阶段，具体步骤为：
将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；保持碳氮共渗炉在920℃，以90滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至830℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，260℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
经碳氮共渗处理后，铲嘴硬度为60HRC，耐磨性提高了3倍。
Claims (2)
1.一种双性能导卫板，其特征在于：所述双性能导卫板由导卫体和铲嘴构成，所述铲嘴可拆卸的安装在所述导卫体上；所述导卫体所用材料为20号钢，所述铲嘴是以20号钢为材料加工成型后再经碳氮共渗处理；铲嘴经碳氮共渗处理后，渗碳氮层厚度为0.6～0.7mm；
所述经碳氮共渗处理是按如下方式进行：
第一步、高温排气阶段：将铲嘴置于碳氮共渗炉中并密封，然后加热至900℃，排尽碳氮共渗炉中空气；
第二步、碳氮共渗阶段：保持碳氮共渗炉在900℃～950℃，以80～90滴/分钟的通入量通入煤油，保温100min；然后降温至830～870℃，在通入煤油的同时通入氨气，保温50min，所述氨气体积占氨气与煤油总体积的30％；
第三步、扩散阶段：维持氨气体积分数为30％，在870℃保温70min；
第四步、出炉淬火阶段：将铲嘴从碳氮共渗炉中取出，油淬至室温，200～260℃低温回火120min，最后进行喷丸处理，即完成对铲嘴的碳氮共渗处理。
2.根据权利要求1所述的双性能导卫板，其特征在于：在所述导卫体的两侧均设置有定位槽，在所述定位槽内安装有压块，所述压块上设置有插孔，所述铲嘴位于所述定位槽内，且所述铲嘴的后端插入在所述压块的插孔中；所述铲嘴的前端呈尖形。
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