CN105132780B - 一种高速线材轧机用导卫辊及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于硬质合金生产领域，尤其涉及一种高速线材轧机用导卫辊及其制备方法。本发明采用资源丰富的硅作为主要材料，通过氮化生成的氮化硅(Si3N4)作为硬质相，同时加入AL2O3、Y2O3、La2O3、ZrO2、Mo、MgO、SiO2等烧结助剂，使其在高温下与Si3N4形成固溶液相，促使达到烧结致密，提高了材料的各项性能，制备出高强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高抗磨损性、高耐腐蚀性及抗热震性和低摩擦系数、低密度、低阻尼的优良导卫辊，取代传统的合金钢、高速钢及WC‑Co类产品，节约了成本，提高了轧制效率，保证了轧制质量。

Description

一种高速线材轧机用导卫辊及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金生产领域，尤其涉及一种高速线材轧机用导卫辊及其制备方法。
背景技术
随着经济的高速发展，钢铁行业得到了很快的发展，作为高速线材轧机在轧制过程中所使用的导卫辊，在工作过程中，导卫辊直接与轧件接触，其工作环境及其恶劣，要承受高温、冲击、摩擦、腐蚀等物理与化学作用，因此导卫辊必须满足：(1)具有足够的高强度和钢度，由于钢材通过导卫辊时的线速度高达50m/s以上，所以其冲击动能很大，若零件的强度不高，就极易在冲击作用下产生断裂，影响钢材轧制；(2)具有较高的硬度和红硬性；(3)具有良好的耐磨性和耐腐蚀能力。
导卫辊的制造材料从碳钢逐渐发展为各类合金钢、高速钢、甚至于硬质合金，其使用效果及耐用度等方面虽然有所提高，但其硬度、耐高温性、耐腐蚀性及其高温稳定性、耐氧化性、抗阻尼性等方面都存在一定的局限性。为此，寻找资源丰富、价格低廉，且能够满足其使用要求的合理材料，受到越来越多相关研究人员的关注。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种高速线材轧机用导卫辊及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高速线材轧机用导卫辊，其成分按重量百分比计为：
优选地，一种高速线材轧机用导卫辊，其成分按重量百分比计为：
其中，所述的Si3N4的指标为：粒度＜0.5μm，含有Si>5.95％、N2>39％、O2＜0.8％和游离Si＜0.5％。
上述所述导卫辊的制备方法，步骤如下：
(1)将85.0-92.0％Si3N4、2.0-5.0％AL2O3、1.5-2.5％Y2O3、0.2-0.8％La2O3、0.2-0.5％ZrO2、0.2-0.3％CeO2、1.0-2.0％Mo、0.5-1.0％MgO、1.0-2.0％Fe2O3和1.0-1.5％SiO2准确称重，装入300L球磨机中，球料比为4:1，加入50-60L去离子水和15kg成型剂,球磨32h后，过320目筛，用BP-300A型闭式循环喷雾干燥塔，蒸干制粒后备用；
(2)称取步骤(1)的备用料装入模具中，在压力250MPa/cm2的压力下压制成型；
(3)将压制好的毛坯放入氢气脱胶炉中，400℃保温2h，脱除成型剂；
(4)将步骤(3)的毛坯放入真空加压烧结炉内，3h升至900℃保温30min，4h升至1350℃保温30min，6h升至1550-1650℃并通入氮气加压至5MPa,保温保压90-120min，完成加压烧结；
(5)真空加压烧结炉降温至100℃以下，将工件取出，加工、磨削加工得成品。
其中，所述的成型剂为5wt％的聚乙烯醇。
本发明的有益效果是：
1、氮化硅是一种超硬材质，本身具有自润性且耐磨损，在高温下强度和硬度下降小，具备耐氧化、耐腐蚀及抗热震性、摩擦系数低、低阻尼等优良的综合性能。氮化硅是一种强共价键化合物，自扩系数小，致密化所需的体制扩散和晶界扩散速度很小，因而难以烧结致密。本发明通过加入适量的烧结助剂，使其在高温下与Si3N4发生固溶，形成固溶液相，以求达到致密烧结。
2、本发明添加稀土氧化物和AL2O3能显著改善Si3N4的烧结活性，利用液相烧结原理使其达到致密，极大提高Si3N4的高温力学性能，因而能满足导卫辊所需的各项性能。
3、本发明采用资源丰富的硅作为主要材料，通过氮化生成的氮化硅(Si3N4)作为硬质相，同时加入AL2O3、Y2O3、La2O3、ZrO2、Mo、Mgo、SiO2等烧结助剂，使其在高温下与Si3N4形成固溶液相，促使达到烧结致密，提高了材料的各项性能，制备出高强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高抗磨损性、高耐腐蚀性及抗热震性和低摩擦系数、低密度、低阻尼的优良导卫辊，取代传统的合金钢、高速钢及WC-Co类产品，节约了成本，提高了轧制效率，保证了轧制质量。
表1为本发明制得的导卫辊与其他材质的导卫辊的性能对照表。
表1
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种高速线材轧机用导卫辊，其成分按重量百分比计为：
其中，所述的Si3N4的指标为：粒度＜0.5μm，含有Si>5.95％、N2>39％、O2＜0.8％和游离Si＜0.5％。
上述所述导卫辊的制备方法，步骤如下：
(1)将88.5％Si3N4、4.0％AL2O3、2.0％Y2O3、0.5％La2O3、0.3％ZrO2、0.2％CeO2、1.5％Mo、0.5％MgO、1.5％Fe2O3和1.0％SiO2混合，装入300L可倾斜球磨机中，球料比为4:1，加入50-60L去离子水和15kg、5wt％的聚乙烯醇,球磨32h后，过320目筛，用BP-300A型闭式循环喷雾干燥塔，蒸干制粒后装桶备用；
(2)称取步骤(1)的备用料装入模具中，在压力250MPa/cm2的压力下压制成型；
(3)将压制好的毛坯放入氢气脱胶炉中，400℃保温2h，脱除聚乙烯醇；
(4)将步骤(3)的毛坯放入真空加压烧结炉内，3h升至900℃保温30min，4h升至1350℃保温30min，6h升至1550-1650℃并通入氮气加压至5MPa,保温保压90-120min，完成加压烧结；
(5)真空加压烧结炉降温至100℃以下，将工件取出，加工、磨削加工得成品。
实施例2
一种高速线材轧机用导卫辊，其成分按重量百分比计为：
其中，所述的Si3N4的指标为：粒度＜0.5μm，含有Si>5.95％、N2>39％、O2＜0.8％和游离Si＜0.5％。
上述所述导卫辊的制备方法，步骤如下：
(1)将85.0％Si3N4、5.0％AL2O3、2.0％Y2O3、0.8％La2O3、0.5％ZrO2、0.2％CeO2、2.0％Mo、1.0％MgO、2.0％Fe2O3和1.5％SiO2准确称重，装入300L可倾斜球磨机中，球料比为4:1，加入50-60L去离子水和15kg、5wt％的聚乙烯醇,球磨32h后，过320目筛，用BP-300A型闭式循环喷雾干燥塔，蒸干制粒后装桶备用；
(2)称取步骤(1)的备用料装入模具中，在压力250MPa/cm2的压力下压制成型；
(3)将压制好的毛坯放入氢气脱胶炉中，400℃保温2h，脱除聚乙烯醇；
(4)将步骤(3)的毛坯放入真空加压烧结炉内，3h升至900℃保温30min，4h升至1350℃保温30min，6h升至1550-1650℃并通入氮气加压至5MPa,保温保压90-120min，完成加压烧结；
(5)真空加压烧结炉降温至100℃以下，将工件取出，加工、磨削加工得成品。
实施例3
一种高速线材轧机用导卫辊，其成分按重量百分比计为：
其中，所述的Si3N4的指标为：粒度＜0.5μm，含有Si>5.95％、N2>39％、O2＜0.8％和游离Si＜0.5％。
上述所述导卫辊的制备方法，步骤如下：
(1)将92.0％Si3N4、2.0％AL2O3、1.8％Y2O3、0.2％La2O3、0.2％ZrO2、0.3％CeO2、1.0％Mo、0.5％MgO、1.0％Fe2O3和1.0％SiO2准确称重，装入300L可倾斜球磨机中，球料比为4:1，加入50-60L去离子水和15kg、5wt％的聚乙烯醇,球磨32h后，过320目筛，用BP-300A型闭式循环喷雾干燥塔，蒸干制粒后装桶备用；
(2)称取步骤(1)的备用料装入模具中，在压力250MPa/cm2的压力下压制成型；
(3)将压制好的毛坯放入氢气脱胶炉中，400℃保温2h，脱除聚乙烯醇；
(4)将步骤(3)的毛坯放入真空加压烧结炉内，3h升至900℃保温30min，4h升至1350℃保温30min，6h升至1550-1650℃并通入氮气加压至5MPa,保温保压90-120min，完成加压烧结；
(5)真空加压烧结炉降温至100℃以下，将工件取出，加工、磨削加工得成品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高速线材轧机用导卫辊的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将重量百分比为85.0－92.0％Si3N4、2.0－5.0％AL2O3、1.5－2.5％Y2O3、0.2－0.8％La2O3、0.2－0.5％ZrO2、0.2－0.3％CeO2、1.0－2.0％Mo、0.5－1.0％MgO、1.0－2.0％Fe2O3和1.0－1.5％SiO2准确称重，装入300L球磨机中，球料比为4：1，加入50－60L去离子水和15kg成型剂，球磨32h后，过320目筛，用BP－300A型闭式循环喷雾干燥塔，蒸干制粒后备用；
(2)称取步骤(1)的备用料装入模具中，在250MPa/cm2条件下压制成型；
(3)将压制好的毛坯放入氢气脱胶炉中，400℃保温2h，脱除成型剂；
(4)将步骤(3)的毛坯放入真空加压烧结炉内，3h升至900℃保温30min，4h升至1350℃保温30min，6h升至1550－1650℃并通入氮气加压至5MPa，保温保压90－120min，完成加压烧结；
(5)真空加压烧结炉降温至100℃以下，将工件取出，加工、磨削加工得成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的成型剂为5wt％的聚乙烯醇。
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