CN111386158B - 复合硬质合金轧辊以及复合硬质合金轧辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的复合硬质合金轧辊包括：由铁系合金形成的内层(1)，与所述内层的外周面金属接合的由硬质合金形成的外层(3)，与所述内层(1)的至少一个轴向端部金属接合的轴构件(4)，和轴端构件(5)，其中所述外层(3)的硬质合金含有55‑90质量份的WC粒子和10‑45质量份的由具有Fe作为主要成分的特定组合物形成的结合相；所述内层(1)由含有总计2.0质量％以上的选自Cr、Ni和Mo中的至少一种元素的铁系合金形成，并且所述轴构件(4)和轴端构件(5)由含有总计1.5质量％以下的选自Cr、Ni和Mo中的至少一种元素的铁系合金形成。

Description

复合硬质合金轧辊以及复合硬质合金轧辊的制造方法

发明领域

本发明涉及用于轧制钢的带材、板材、线材、棒材等的复合硬质合金轧辊(composite cemented carbide roll)以及用于制造复合硬质合金轧辊的方法，所述复合硬质合金轧辊包括与由具有优异韧性的材料制成的内层金属接合(冶金结合，metallurgically bonded)的硬质合金的外层。

背景技术

为了满足对轧制钢的较高品质如改善的尺寸精度、减少的表面缺陷、改善的表面光泽度等的要求，将具有优异的耐磨性、耐表面糙化性等的硬质合金用于轧制钢的线材、棒材、板材等的轧辊。如已知的，硬质合金是通过金属粘合剂如Co、Ni、Fe等接合的碳化钨(WC)的烧结合金，并且一些硬质合金除了WC以外还包含Ti、Ta、Nb等的碳化物。

因为硬质合金昂贵并且难以形成大型产品，所以公开了具有其中金属轴插入到硬质合金套筒中的结构的轧辊。例如，JP S60-83708 A公开了一种用于将硬质合金套筒压力固定至轴的方法，其包括将厚度从内周到外周逐渐增加的热膨胀垫片连同硬质合金套筒和碟形弹簧一起布置到轴的周围，通过固定构件将它们夹在中间，和将垫片冷却以向碟形弹簧施加大的侧压，从而挤压套筒的侧面。然而，这样的固定方法在复杂的组装结构中使用大量的诸如垫片、固定构件等的构件，这需要高组装精度。作为结果，其不可实用地需要大量的组装步骤和高成本。

为了解决上述问题，本申请人在JP 2003-342668 A中公开了一种复合硬质合金轧辊，其包括由硬质合金制成的外层和与外层金属接合的由铁系合金制成的内层，所述外层含有0.05质量％以下的氧，并且所述内层含有0.06质量％以上的Cr。因为所述硬质合金和铁系合金的热膨胀系数分别为约6x10^-6/℃和12x10^-6/℃，相差约2倍，所以当在金属接合后进行冷却时，在外层和内层之间的接合边界中产生大的拉伸应力。当在此状态下进行轧制时，轧制的应力增加至拉伸应力，导致施加至接合边界的组合应力。如果该组合应力超过边界的接合强度，则将有可能损坏轧辊。因此，为了通过在与外层金属接合的内层中产生贝氏体或马氏体相变来减少残留拉伸应力，向内层中添加0.06质量％以上的Cr(其是一种贝氏体形成元素)。

在JP 2003-342668 A的实施例3中，将由具有包含0.31质量％的C、0.24质量％的Si、0.39质量％的Mn、3.25质量％的Ni和1.81质量％的Cr的组成的铁系合金制成的实心内层1布置在内径为200mm且长度为2000mm的HIP罐的中央，并且将包含80质量％的WC和20质量％的Co的用于外层的硬质合金材料以及包含50质量％的C和50质量％的Co的用于中间层的硬质合金材料装填到在内层的外表面和HIP罐的内表面之间的空间中，以进行热等静压(hot isostatic pressing，HIP)。

用于轧制带材的复合硬质合金轧辊可以是长的，但是根据带材的宽度可变。因为外层和内层通过HIP接合，所以应使用大的HIP炉以容纳整个复合轧辊。例如，如外径大于200mm且全长大于2000mm这样大的复合硬质合金轧辊具有HIP炉运行成本高的问题。另外，在全长大于4000mm的大型复合硬质合金轧辊的情况下，没有能够容纳该复合轧辊的HIP炉，从而实际上无法制造复合硬质合金轧辊。

另外，JP H5-171339 A公开了一种WC-Co-Ni-Cr硬质合金，其中WC+Cr为95重量％以下，Co+Ni低于10重量％，并且Cr/Co+Ni+Cr为2-40重量％。JP H5-171339 A描述了，因为具有这样的组成的硬质合金的耐磨性和韧性比常规组成合金的耐磨性和韧性高，所以其可以用于热轧轧辊和导辊，这在很大程度上有助于降低轧辊成本，如单位管径的轧制量增大，研磨量减少，损坏减少等。然而，由WC粒子和Co-Ni-Cr结合相(粘合相，binder phase)组成的硬质合金的轧制轧辊无法进行对钢带的充分冷轧。深入的研究已经表明，这样不充分的冷轧是由钢带的不充分压缩量造成的，因为具有Co-Ni-Cr结合相的硬质合金具有低至300-500MPa的压缩屈服强度，存在在钢带的冷轧期间由于在轧辊表面上的屈服而产生细小凹痕的问题。

JP 2000-219931 A公开了一种硬质合金，其包含50-90质量％的亚微米WC和具有淬透性的结合相，该结合相除了Fe以外还包含10-60质量％的Co、低于10质量％的Ni、0.2-0.8质量％的C以及Cr和W和任选的Mo和/或V，该粘合相中C、Cr、W、Mo和V的摩尔比X_C、X_Cr、X_W、X_Mo和X_V满足2X_C＜X_W+X_Cr+X_Mo+X_V＜2.5X_C，并且Cr含量(质量％)满足0.03＜Cr/[100-WC(质量％)]＜0.05。JP 2000-219931 A描述了这种硬质合金由于具有淬透性的结合相而具有高耐磨性。然而，因为这种硬质合金在结合相中含有10-60质量％的Co，所以其具有低的淬透性，从而无法表现出足够的压缩屈服强度。另外，小至亚微米的细小WC粒子向这种硬质合金提供差的韧性并且因此提供差的抗碎裂性，使得其不可用于轧制轧辊的外层。

将于上述情况，需要长的复合硬质合金轧辊，其具有足够压缩屈服强度，从而即使在用于金属带材的冷轧时也较少存在由于屈服所致的在轧辊表面上产生凹痕的问题，并且能够以低成本制造。

发明内容

发明目的

因此，本发明的一个目的是提供一种具有高耐磨性和机械强度的复合硬质合金轧辊，其通过用具有足够的压缩屈服强度的硬质合金形成外层而即使在金属带材的冷轧中也较少存在在轧辊表面上产生凹痕的问题。

本发明的另一目的是提供一种低成本的长复合硬质合金轧辊，其能够用于轧制带材，特别是提供一种长复合硬质合金轧辊，其具有大于200mm的辊直径和大于2000mm的全长。

解决问题的手段

鉴于上述目的，本发明的发明人已经通过对外层和内层的组成以及用于轴的铁系合金的组成进行深入研究而解决了上述问题。已经基于这样的发现完成了本发明。

因此，本发明的第一复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层和与内层的外周面金属接合的硬质合金的外层；

形成外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，并且外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件(shaft member)与内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件(shaft end member)焊接至轴构件；

内层由铁系合金制成，该铁系合金含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种；并且

轴构件和轴端构件由铁系合金制成，该铁系合金含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种。

在本发明的第一复合硬质合金轧辊中，形成外层的硬质合金优选基本上不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物(composite carbide)。

在本发明的第一复合硬质合金轧辊中，在形成外层的硬质合金中含有的WC粒子的中值直径D50优选为0.5-10μm。

在本发明的第一复合硬质合金轧辊中，在形成外层的硬质合金中的结合相优选还包含0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-1质量％的Mn。

在本发明的第一复合硬质合金轧辊中，在形成外层的硬质合金中的结合相中的贝氏体相(bainite phase)和/或马氏体相(martensite phase)的总量优选为50面积％以上。

本发明的第二复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层、与内层的外周面金属接合的硬质合金的中间层和与中间层的外周面接合的硬质合金的外层；

形成外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，并且外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

形成中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相，并且中间层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件与内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件焊接至轴构件；

内层由铁系合金制成，该铁系合金含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种；并且

轴构件和轴端构件由铁系合金制成，该铁系合金含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种。

在本发明的第二复合硬质合金轧辊中，形成外层和/或中间层的硬质合金优选基本上不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物。

在本发明的第二复合硬质合金轧辊中，形成外层和/或中间层的硬质合金中的WC粒子的中值直径D50优选为0.5-10μm。

在本发明的第二复合硬质合金轧辊中，在形成外层和/或中间层的硬质合金中的结合相优选还含有0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-1质量％的Mn。

在本发明的第二复合硬质合金轧辊中，在形成外层和/或中间层的硬质合金中的结合相中的贝氏体相和/或马氏体相的总量优选为50面积％以上。

在本发明的第一和第二复合硬质合金轧辊中，内层优选由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.45质量％的C，0.5-4.0质量％的Cr，1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明的第一和第二复合硬质合金轧辊中，轴构件和轴端构件优选由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的用于制造第一复合硬质合金轧辊的第一方法，该第一复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层和与内层金属接合的硬质合金的外层，所述第一方法包括：

将外层材料布置在内层的周围，所述外层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体，所述内层由含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金制成；

将轴构件邻接(接靠，abut)在内层的至少一个轴向端部上，所述轴构件由含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金制成；

将外层材料、内层和轴构件密封在由钢材料制成的HIP罐中，并且将HIP罐进行真空排气(evacuate)；和

进行HIP处理以将外层材料、内层和轴构件一体化接合。

在本发明的第一制造方法中，形成外层的硬质合金优选包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相；并且外层中的结合相优选具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的用于制造第二复合硬质合金轧辊的第二方法，该第二复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层、由硬质合金制成的中间层和由硬质合金制成的外层，所述内层、中间层和外层彼此金属接合，所述第二方法包括：

将中间层材料和外层材料布置在内层的周围，所述中间层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体，所述外层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体，所述内层由含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金制成；

将轴构件邻接在内层的至少一个轴向端部上，所述轴构件由含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金制成；

将外层材料、中间层材料、内层和轴构件密封在由钢材料制成的HIP罐中，并且将HIP罐进行真空排气；和

进行HIP处理以将外层材料、中间层材料、内层和轴构件一体化接合。

优选的是，在本发明的第二制造方法中，

形成外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；并且

形成中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相，中间层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明的用于制造复合硬质合金轧辊的第一和第二方法中，在HIP处理之后，优选将轴端构件焊接至轴构件，所述轴端构件由含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金制成。

发明效果

本发明的复合硬质合金轧辊可以进行钢带的高品质、连续冷轧，并且可以以低成本获得直径大于200mm且全长为2000mm以上的长轧辊。

在复合硬质合金轧辊的制造中，用于内层的材料应加以选择以减少在由硬质合金制成的外层和由铁系合金制成的内层之间的边界中的残留应力，但是这样的内层实际上由于与具有小热膨胀系数的外层的硬质合金在热收缩方面的很大差异而存在过量残留应力的问题，从而由于不足的强度而无法经受实际的辊轧，或者可能在制造期间被损坏。为了避免这些问题，通过在HIP接合后的冷却期间的马氏体等的相变膨胀而有效消除内层的热收缩。为此，应将有助于淬透性改善的总计2％以上的合金元素如Cr、Ni和Mo加入到内层。在另一方面，因为用于这样的内层的高合金钢不耐受由于焊接所致的开裂，所以当内层由于HIP容量的限制而无法实现必要的长度时，不易于在HIP后将轴端构件焊接至内层以获得必要的长度。根据本发明，其选择由适用于通过HIP焊接的含有少量Cr、Ni和Mo的铁系合金制成的轴构件，并且将该轴构件邻接在内层的端部上，并且通过HIP将它们一体化接合，所述轧辊在用于轧制时不太可能损坏，并且可以通过焊接延长轴部分，从而以低成本获得长的复合硬质合金轧辊。

附图说明

图1是示出了样品2的硬质合金的横截面结构的SEM照片。

图2是示出了通过单轴压缩试验获得的样品2和8的应力-应变曲线的图。

图3是示出了在单轴压缩试验中使用的试验片的示意图。

图4是示出了通过差热分析仪测量的液相产生-开始温度的图。

图5是示出了密封在HIP罐中的内层、用于中间层的烧结体、用于外层的烧结体和轴构件的示意性横截面图。

图6是示出了在HIP处理后的形状的示意性横截面图。

图7是示出了轴构件的经加工的端部的示意性横截面图。

图8是示出了焊接至轴构件的端部的轴端构件的示意性横截面图。

具体实施方式

以下将详细说明本发明的实施方案。除非另外提及，一个实施方案的解释说明可以适用于其他实施方案。以下解释说明是非限制性的，并且可以在本发明的范围内进行多种改变。

[1]复合硬质合金轧辊

本发明的第一复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层和与内层的外周面金属接合的由硬质合金制成的外层；

硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，并且外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件与内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件焊接至轴构件；

内层由铁系合金制成，该铁系合金含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种；并且

轴构件和轴端构件由铁系合金制成，该铁系合金含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种。

本发明的第二复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层、与内层的外周面金属接合的由硬质合金制成的中间层和与中间层的外周面接合的由硬质合金制成的外层；

形成外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

形成中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相，中间层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件与内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件焊接至轴构件；

内层由铁系合金制成，该铁系合金含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种；并且

轴构件和轴端构件由铁系合金制成，该铁系合金含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种。

[1-1]形成外层和中间层的硬质合金

以下将解释说明形成第一复合硬质合金轧辊中的外层的硬质合金以及形成第二复合硬质合金轧辊中的外层和中间层的硬质合金。应注意的是，除非另外提及，第一和第二复合硬质合金轧辊中的外层具有相同的组成。

(A)组成

形成第一和第二复合硬质合金轧辊中的外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，并且形成第二复合硬质合金轧辊中的中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相。

在形成外层的硬质合金中的WC粒子的量c1为55-90质量份。当在外层中WC粒子低于55质量份时，硬质WC粒子的量相对较小，而对硬质合金提供过低的杨氏模量(Young’smodulus)。另一方面，当WC粒子高于90质量份时，结合相的量相对较小，而无法为硬质合金提供足够的强度。外层中的WC粒子的量的下限优选为60质量份，并且更优选65质量份。另外，外层中的WC粒子的量的上限优选为85质量份。

为了改善在外层和中间层之间的边界的接合强度以及在内层和中间层之间的边界的接合强度两者，在减少在接合边界之中或附近的周向和轴向残留应力的同时，在形成中间层的硬质合金中的WC粒子的量c2为30-65质量份。中间层中的WC粒子的量的下限优选为33质量份，并且更优选35质量份。另外，中间层中的WC粒子的量的上限优选为60质量份，并且更优选55质量份。

此外，设定外层和中间层中的WC粒子的量，使得外层中的WC粒子的量c1(质量份)和中间层中的WC粒子的量c2(质量份)满足下式：0.45≤c2/c1≤0.85。在本发明的第二复合硬质合金轧辊(其中将外层、中间层和内层通过如下所述的HIP金属地且一体化地接合)中，通过如上所述设定外层和中间层中的WC粒子的量，可以使中间层的热收缩量为在外层和内层的热收缩量之间的中间值，从而减少在HIP后的冷却过程中的残留应力。c2/c1的下限优选为0.5，并且更优选0.55。另外，c2/c1的上限优选为0.8，并且更优选0.75。

(1)WC粒子

在形成外层和中间层的硬质合金中含有的WC粒子的中值直径D50(对应于在50％的累积体积处的粒度)优选为0.5-10μm。当平均粒度小于0.5μm时，在WC粒子和结合相之间的边界增大，使得有可能产生下述的复合碳化物，从而降低硬质合金的强度。另一方面，当平均粒度超过10μm时，硬质合金的强度降低。WC粒子的中值直径D50的下限优选为1μm，更优选2μm，并且最优选3μm。另外，WC粒子的中值直径D50的上限优选为9μm，更优选8μm，并且最优选7μm。

因为WC粒子在硬质合金中以连接的方式密集地存在，所以难以在显微照片上测定WC粒子的粒度。因为通过如下所述将生坯在(液相产生开始温度)和(液相产生开始温度+100℃)之间的温度下在真空中烧结来制备在本发明中使用的硬质合金，所以生坯中的WC粉末和硬质合金中的WC粒子之间基本上不存在粒度差异。因此，分散在硬质合金中的WC粒子的粒度由生坯中的WC粉末的粒度表示。

WC粒子优选具有相对均匀的粒度。因此，在通过激光衍射和散射法测定的累积粒度分布曲线中，WC粒子具有以下定义的优选粒度分布。D10(在10％的累积体积处的粒度)的下限优选为0.3μm，并且更优选1μm，并且D10的上限优选为3μm。另外，D90(在90％的累积体积处的粒度)的下限优选为3μm，并且更优选6μm，并且D90的上限优选为12μm，并且更优选8μm。中值直径D50如上所述。

在外层和中间层中含有的WC粒子可以相同或不同，只要它们满足上述粒度分布即可，但使用相同的WC粒子是优选的。

(2)结合相

在形成外层和中间层的硬质合金中，结合相具有包含以下各项的组成：

0.5-10质量％的Ni，

0.2-2质量％的C，

0.5-5质量％的Cr，和

0.1-5质量％的W，

余量为Fe和不可避免的杂质。

(i)必需元素

(a)Ni：0.5-10质量％

Ni是确保结合相的淬透性所需的元素。当Ni低于0.5质量％时，结合相的淬透性不足，可能降低材料强度。另一方面，当Ni超过10质量％时，结合相变为具有奥氏体相(austenite phase)，导致硬质合金不具有足够压缩屈服强度的硬质合金。Ni含量的下限优选为2.0质量％，更优选2.5质量％，进一步优选3质量％，并且最优选4质量％。另外，Ni含量的上限优选为8质量％，并且更优选7质量％。

(b)C：0.2-2.0质量％

C是确保结合相的淬透性和抑制复合碳化物产生所需的元素。当C低于0.2质量％时，结合相的淬透性不足，并且产生大量的复合碳化物，导致低的材料强度。另一方面，当C超过2.0质量％时，产生粗大的复合碳化物，而对硬质合金提供低的强度。C含量的下限优选为0.3质量％，并且更优选0.5质量％，并且C含量的上限优选为1.5质量％，并且更优选1.0质量％。

(c)Cr：0.5-5质量％

Cr是确保结合相的淬透性所需的元素。当Cr低于0.5质量％时，结合相具有过低的淬透性，而无法获得足够的压缩屈服强度。另一方面，当Cr超过5质量％时，产生粗大的复合碳化物，而对硬质合金提供低的强度。Cr优选为4质量％以下，并且更优选3质量％以下。

(d)W：0.1-5质量％

结合相中的W含量为0.1-5质量％。当结合相中的W含量超过5质量％时，产生粗大的复合碳化物，而对硬质合金提供低的强度。W含量的下限优选为0.8质量％，并且更优选1.2质量％。另外，W含量的上限优选为4质量％。

(ii)任选的元素

(a)Si：0.2-2.0质量％

Si是强化结合相的元素，如果需要的话可以含有Si。低于0.2质量％的Si基本上不具有强化结合相的效果。另一方面，当Si高于2.0质量％时，石墨可能结晶化，而对硬质合金提供低的强度。因此，如果含有的话，Si优选为0.2质量％以上且2.0质量％以下。当Si含量为0.3质量％以上时，特别是当其为0.5质量％以上时，表现出进一步的强化结合相的效果。另外，Si含量的上限优选为1.9质量％。

(b)Co：0-5质量％

具有改善烧结性的功能的Co在本发明中所使用的硬质合金中不是必需的。即，Co含量优选为基本上0质量％。然而，5质量％以下的Co不影响硬质合金的结构和强度。Co含量的上限更优选为2质量％，并且最优选1质量％。

(c)Mn：0-5质量％

具有改善淬透性的功能的Mn在本发明中所使用的硬质合金中不是必需的。即，Mn含量优选为基本上0质量％。然而，5质量％以下的Mn不影响硬质合金的结构和强度。Mn含量的上限更优选为2质量％，并且最优选1质量％。

(iii)不可避免的杂质

不可避免的杂质包括Mo、V、Nb、Ti、Al、Cu、N、O等。它们之中，选自由Mo、V和Nb组成的组中的至少一种优选为总计2质量％以下。选自由Mo、V和Nb组成的组中的至少一种更优选为总计1质量％以下，并且最优选为总计0.5质量％以下。另外，选自由Ti、Al、Cu、N和O组成的组中的至少一种优选为单独0.5质量％以下并且总计1质量％以下。特别地，N和O中的每一种优选低于1000ppm。在上述范围内的不可避免的杂质基本上不影响硬质合金的结构和强度。

尽管形成外层和中间层的硬质合金中的结合相可以具有相同或不同的组成，但是它们优选具有相同的组成。

(B)结构

(1)复合碳化物

形成外层和中间层的硬质合金优选基本上不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物。复合碳化物为W和金属元素的复合碳化物，例如，(W，Fe，Cr)₂₃C₆、(W，Fe，Cr)₃C、(W，Fe，Cr)₂C、(W，Fe，Cr)₇C₃、(W，Fe，Cr)₆C等。在本文中，复合碳化物的等效圆直径为面积与硬质合金的抛光横截面的显微照片(约1000倍)中的复合碳化物粒子的面积相同的圆的直径。结合相中不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物的硬质合金的抗弯强度为1700MPa以上。在本文中，“基本上不含有复合碳化物”意指在SEM照片(1000倍)上没有观察到等效圆直径为5μm以上的复合碳化物。等效圆直径小于5μm的复合碳化物可以以小于约5面积％(通过EPMA测量)的量存在于形成本发明的复合硬质合金轧辊的外层和中间层的硬质合金中。

(2)贝氏体相和/或马氏体相

形成外层和中间层的硬质合金中的结合相优选具有含有总计50面积％以上的贝氏体相和/或马氏体相的结构。术语“贝氏体相和/或马氏体相”的使用是由于以下事实：贝氏体相和马氏体相具有基本上相同的功能，并且在显微照片上难以将它们区分开。在这样的结构的情况下，形成本发明的复合硬质合金轧辊中的外层和中间层的硬质合金具有高的压缩屈服强度和机械强度。

因为结合相中的贝氏体相和/或马氏体相的总量为50面积％以上，所以硬质合金具有1200MPa以上的压缩屈服强度。贝氏体相和/或马氏体相的总量优选为70面积％以上，更优选80面积％以上，并且最优选基本上100面积％。除贝氏体相和马氏体相以外的相为珠光体相(pearlite phase)、奥氏体相等。

(3)Fe在WC粒子中的扩散

EPMA分析已经表明，在形成本发明的复合硬质合金轧辊中的外层和中间层的硬质合金中，WC粒子含有0.3-0.7质量％的Fe。

当用于金属带材的冷轧时，在硬质合金轧辊的外层中可以抑制在轧辊表面上产生凹痕。

(C)性能

具有上述组成和结构的硬质合金具有1200MPa以上的的压缩屈服强度和1700MPa以上的抗弯强度。因此，当具有由这样的硬质合金制成的外层(和中间层)的轧制轧辊用于金属(钢)带材的冷轧时，可以减少轧辊表面由于压缩屈服而产生的凹痕，而能够在轧制轧辊的长寿命的情况下实现金属带材的连续高品质轧制。当然，本发明的复合硬质合金轧辊也可以用于金属带材的热轧。

压缩屈服强度为通过图3所示的试验片在轴向负荷下的单轴压缩试验测定的屈服应力。即，在如图2所示的通过单轴压缩试验测定的应力-应变曲线中，将在应力和应变偏离直线关系的点处的应力定义为压缩屈服强度。

形成外层和中间层的硬质合金具有更优选1500MPa以上并且最优选1600MPa以上的压缩屈服强度，和更优选2000MPa以上并且最优选2300MPa以上的抗弯强度。

形成外层和中间层的硬质合金还具有385GPa以上的杨氏模量和80HRA以上的洛氏硬度(Rockwell hardness)。杨氏模量优选为400GPa以上，并且更优选450GPa以上。另外，洛氏硬度优选为82HRA以上。

[1-2]内层

内层由具有优异韧性的铁系合金制成，该铁系合金含有总计2.0质量％以上的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种。将这样的铁系合金用于内层，在外层、中间层和内层的金属接合后的冷却过程中，在内层中可以发生贝氏体或马氏体相变，由此减小内层和低热膨胀硬质合金之间的热膨胀差，从而减少在外层和中间层中的残留应力。

用于内层的铁系合金优选包含0.2-0.45质量％的C、0.5-4.0质量％的Cr、1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

(a)C：0.2-0.45质量％

C是与Fe合金化以获得良好的机械性能的必需元素。当C低于0.2质量％时，铁系合金具有高熔点，可能存在缺陷。对于相对廉价的制造，C应为0.2质量％以上。当C超过0.45质量％时，铁系合金变得更硬，而导致低韧性。

(b)Cr：0.5-4.0质量％

Cr是通过合金化来提高材料的强度和淬透性所必需的元素，而使得贝氏体或马氏体相变更容易。当Cr低于0.5质量％时，不能获得足够的强度。尽管Cr对于提高淬透性和减少残留应力是有效的，但是其量可以为4质量％以下。因为加入更多Cr在成本方面是不利的，Cr的上限为4质量％。

(c)Ni：1.4-4.0质量％

Ni是有效用于改善淬透性和使贝氏体或马氏体相变更容易的元素，并且主要减少残留应力。低于1.4质量％的Ni提供的效果不足，而高于4.0质量％的Ni过度地使奥氏体稳定化，而使得相变困难。

(d)Mo：0.1-1.0质量％

Mo提高材料的强度和淬透性，并且有效用于使贝氏体或马氏体相变更容易。当与用于上述目的的Cr和Ni一起加入的Mo低于0.1质量％时，其效果不足。另一方面，当Mo超过1.0质量％时，材料变脆。

用于内层的铁系合金的具体实例包括镍铬钼钢，如SNCM439、SNCM630等。

[1-3]轴构件和轴端构件

将总计含有1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金用于轴构件和轴端构件。轴构件和轴端构件应具有足够的强度和耐磨性，因为它们用作与复合硬质合金轧辊的内层接合的轴。此外，因为轴端构件焊接至轴构件，所以轴构件应由对轴端构件具有良好焊接性的材料制成。使用含有总计1.5质量％以下的选自由Cr、Ni和Mo组成的组中的至少一种的铁系合金，在HIP处理后，轴端构件可以容易地焊接至轴构件的端部，而获得长的复合硬质合金轧辊。

用于轴构件和轴端构件的铁系合金优选包含0.2-0.58质量％的C、0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。尽管轴构件和轴端构件可以具有相同或不同的组成，但是从可焊接性的方面来看，它们优选具有相同的组成。

(a)C：0.2-0.58质量％

C对于获得足够的轴构件和轴端构件的屈服强度和硬度是必需的。当C低于0.2质量％时，难以获得足够的强度和硬度。当C超过0.58质量％时，在焊接时可能发生开裂，使得焊接困难。

(b)Cr：0-1.2质量％

Cr对于获得足够的轴构件和轴端构件的强度是有效的。高于1.2质量％的Cr提供过量的淬透性，使得在焊接中可能发生开裂。

(c)Mo：0-0.3质量％

Mo对于获得足够的轴构件和轴端构件的强度是有效的。高于0.3质量％的Mo提供过量的淬透性，使得在焊接中可能发生开裂。

用于轴构件和轴端构件的铁系合金包括结构碳钢，如S45C、S55C等，和铬钼钢，如SCM440等。

在内层和轴构件之间的边界的接合强度以拉伸强度计优选为600MPa以上。

[2]硬质合金的制造方法

(1)使用硬质合金的烧结体的方法

首先在将硬质合金的烧结体用于外层(和中间层)的情况下解释说明硬质合金的制造方法。

(A-1)成型用粉末(外层)

将55-90质量份的WC粉末和10-45质量份的金属粉末(其包含2.5-10质量％的Ni、0.3-1.7质量％的C、0.5-5质量％的Cr、0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-2质量％的Mn，余量为Fe和不可避免的杂质)在球磨机等中湿混，并且干燥以制备用于硬质合金的成型的粉末。因为在烧结期间W从WC粉末扩散至结合相，所以金属粉末可以不含有W。WC粉末含量优选为60-90质量份，并且更优选65-90质量份。WC粉末含量的上限优选为85质量份。为了防止产生复合碳化物，金属粉末中的C应为0.3-1.7质量％，并且优选0.5-1.5质量％。

(A-2)成型用粉末(中间层)

将30-65质量份的WC粉末和35-70质量份的金属粉末(其包含2.5-10质量％的Ni、0.3-1.7质量％的C、0.5-5质量％的Cr、0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-2质量％的Mn，余量为Fe和不可避免的杂质)在球磨机中湿混，并且干燥以制备用于硬质合金的成型的粉末。因为在烧结期间W从WC粉末扩散至结合相，所以金属粉末可以不含有W。WC粉末含量优选为33-65质量份，并且更优选35-65质量份。WC粉末含量的上限优选为60质量份。为了防止产生复合碳化物，金属粉末中的C应为0.3-1.7质量％，并且优选0.5-1.5质量％。

用于形成外层和中间层中的结合相的金属粉末可以是构成元素粉末的混合物，或含有所有构成元素的合金粉末。碳可以以粉末形式(如石墨、炭黑等)加入，或者可以加入到各金属或合金的粉末中。Cr可以以与Si的合金的形式(例如，CrSi₂)加入。各金属或合金粉末，例如，Fe粉末、Ni粉末、Co粉末、Mn粉末和CrSi₂粉末，优选具有1-10μm的中值直径D50。

(B)成型

在第一复合硬质合金轧辊的制造中，用于成型外层的粉末通过诸如模压、冷等静压(cold-isostatic pressing，CIP)等的方法进行成型，以获得用于外层的套筒形生坯，将其接合至内层的外周面。另外，在第二复合硬质合金轧辊中，用于成型外层和中间层的粉末通过诸如模压、冷等静压(CIP)等的方法进行成型，以获得用于中间层和外层的套筒形生坯，外层经由中间层与内层的外周面接合。

(C)烧结

在从(液相产生开始温度)到(液相产生开始温度+100℃)的温度下在真空中烧结用于中间层和外层的套筒形生坯。生坯的液相产生开始温度是在烧结的加热过程中开始产生液相的温度，其是通过差热分析仪测量的。图4示出了测量结果的一个实例。生坯的液相产生开始温度是如由图4中的箭头所指示的吸热反应开始的温度。当在比液相产生开始温度+100℃高的温度下烧结时，形成粗大的复合碳化物，使而对硬质合金提供低的强度。另一方面，当在比液相产生开始温度低的温度下烧结时，致密化不足，同样对硬质合金提供低的强度。烧结温度的下限优先为液相产生开始温度+10℃，并且烧结温度的上限优选为液相产生开始温度+90℃，并且更优选液相产生开始温度+80℃。

(D)HIP处理

对烧结体进一步进行HIP处理。以下将在制造第二复合硬质合金轧辊的情况下进行具体说明。顺带地，除了不使用用于中间层的烧结体以外，第一复合硬质合金轧辊的制造与第二复合硬质合金轧辊的制造相同。

对于HIP处理，如图5所示，将用于中间层的套筒形烧结体12布置在内层11的周围，并且将用于外层的套筒形烧结体13布置在用于中间层的套筒形烧结体12的周围，其中它们的内表面彼此接触。使轴构件14的端面邻接内层的端面11a，并且将圆筒形HIP罐15a布置在用于外层的套筒形烧结体13的外表面上。用具有要焊接至上述圆筒形HIP罐的凸缘的圆筒形HIP罐15b覆盖内层11和轴构件14，并且将碟形HIP罐15c焊接至带凸缘的圆筒形HIP罐15b。在通过真空排气管(未示出)对HIP罐进行真空排气后，通过焊接将真空排气管密封。之后，将HIP罐15置于用于HIP处理的HIP炉中。HIP温度优选为1150-1300℃，并且HIP压力优选为100-140MPa。高合金内层和轴构件可以通过凭借HIP的扩散接合而彼此良好金属接合，尽管它们的焊接是困难的。在HIP处理后，HIP罐15和复合硬质合金轧辊10的形状在图6中示出。

(E)冷却

在HIP处理后，在900℃至600℃以60℃/小时以上的平均速率进行冷却。当以小于60℃/小时的平均速率冷却时，硬质合金中的结合相含有大百分比的珠光体相，而无法具有总计50面积％以上的贝氏体相和/或马氏体相，由此对硬质合金提供低的压缩屈服强度。以60℃/小时以上的平均速率的冷却可以在HIP炉中的HIP的冷却过程中进行，或者在HIP炉中的冷却之后进行，然后在另一个炉中再次加热到900℃以上。

(2)使用硬质合金的生坯或煅烧体的方法

尽管在使用用于中间层的套筒形烧结体12和用于外层的套筒形烧结体13的情况下进行了以上解释说明，但是可以使用用于中间层和外层的硬质合金的套筒形生坯，或用于中间层和外层的硬质合金的套筒形煅烧体，来代替用于中间层的套筒形烧结体12和用于外层的套筒形烧结体13。同样，在使用生坯或煅烧体的情况下，如在使用烧结体的情况中一样，通过密封HIP罐、HIP处理、然后冷却来制造复合硬质合金轧辊。

(3)使用硬质合金粉末的方法

在本发明中，可以将硬质合金粉末用于外层(和中间层)。当使用硬质合金粉末时，将HIP罐布置在内层11的外周面的周围，其间具有空间，并且将圆筒形隔板置于该空间中。将用于中间层的硬质合金粉末装填到在内层的外周面和隔板之间的间隙中，并且将用于外层的硬质合金粉末装填到在隔板和HIP罐的内表面之间的间隙中。之后，移除隔板，并且将HIP罐用邻接在内层的端面11a上的轴构件14的端面密封。如同在使用烧结体的情况下一样，然后进行HIP处理和冷却以制造复合硬质合金轧辊。当不形成中间层时，可以将用于外层的硬质合金粉末装填到在内层11周围提供的仅用于外层的空间。

如图6所示，由此获得这样的复合硬质合金轧辊10，其包括：由铁系合金制成的内层1，经由硬质合金的中间层2与内层1金属接合的硬质合金的外层3，以及与内层1的至少一个端部轴向金属接合的铁系合金的轴构件4。

为了实现所需产品长度，将轴端构件焊接至轴构件的端部。因为轴端构件由易焊接的低合金材料制成，所以可以进行各种焊接方法，如电弧焊接、摩擦焊接等。在焊接后，如果需要，可以进行应力消除热处理。

本发明通过以下步骤有效地进行：在复合硬质合金轧辊10中，如图7所示，通过在轴构件4和轴端构件5两者的端部中设置的焊接槽6将轴端构件5与轴构件4接合，从而形成如图8所示的焊接部7。因此，可以得到比HIP炉所接纳的尺寸更长的复合硬质合金轧辊。

[3]用途

因为本发明的复合硬质合金轧辊包括具有高压缩屈服强度、抗弯强度、杨氏模量和硬度的外层，所以其特别适用于金属(钢)带材的冷轧。本发明的复合硬质合金轧辊优选用作在以下各项中的工作轧辊：(a)6段式轧机机架，其包括用于轧制金属带材的一对上下工作轧辊，用于支撑工作轧辊的一对上下中间轧辊，和用于支撑中间轧辊的一对上下支承轧辊，或(b)4段式轧机机架，其包括用于轧制金属带材的一对上下工作轧辊，和用于支撑工作轧辊的一对上下支承轧辊。优选将至少一个上述机架布置在包括多个机架的串列式轧机中。

将通过以下实施例更详细地解释说明本发明，同时不打算将本发明限制于此。

参考例1

将WC粉末[纯度：99.9％，并且D10：4.3μm，中值直径D50：6.4μm以及D90：9.0μm，其是通过激光衍射粒度分布计(SALD-2200，可得自Shimadzu Corporation)测量的]和具有表1中所示的组成的结合相粉末以表2中所示的比率混合，以制备成型用粉末(样品1-10)。各结合相粉末的中值直径D50为1-10μm，并且含有痕量的不可避免的杂质。

将成型用粉末中的每一种在球磨机中湿混20小时，干燥，然后在98Mpa的压力下压制以形成直径为60mm且高度为40mm的圆筒形生坯(样品1-10)。通过差热分析仪测量从各生坯切出的1mm x 1mm x 2mm的试验片的液相产生开始温度。结果在表3中示出。

表1

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

(1)余量包括不可避免的杂质。

表2

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

表3

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

将各生坯在真空中在表4中所示的条件下烧结，然后在表4中所示的条件下经过HIP以制备样品1-10的硬质合金。通过以下方法评价各硬质合金。另外，样品7、8和10在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外。

表4

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

(1)900℃至600℃的平均冷却速率。

(1)压缩屈服强度

从各硬质合金切出图3中所示的各压缩试验片，并且将应力计连接至其表面的中央部分以得到在轴向负荷下的应力-应变曲线。在应力-应变曲线中，将在应力和应变偏离直线关系的点处的应力视为压缩屈服强度。结果在表5中示出。

(2)抗弯强度

在4点弯曲条件下以30mm的支点间距离测量从各硬质合金中切出的4mm x 3mm x40mm的试验片的抗弯强度。结果在表5中示出。

(3)杨氏模量

通过自由共振式固有振动法(JIS Z2280)测量从各硬质合金切出的宽度为10mm、长度为60mm且厚度为1.5mm的试验片的杨氏模量。结果在表5中示出。

(4)硬度

测量各硬质合金的洛氏硬度(A标度)。结果在表5中示出。

表5

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

(5)结构的观察

将各样品镜面抛光，并且通过SEM进行观察以确定是否存在复合碳化物以及在结合相中的贝氏体相和马氏体相的总面积比。结果在表6中示出。图1是样品2的硬质合金的SEM照片，其中白色粒子为WC粒子，并且灰色部分为结合相。

表6

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

(1)结合相中的贝氏体相和马氏体相的总面积比(％)。

(2)结合相中是否存在直径为5μm以上的复合碳化物。

(6)结合相的组成

通过场发射电子探针显微分析仪(FE-EPMA)来测量各样品中的结合相的组成。在除WC粒子以外的部分中的10个任意点处以1μm的光束直径进行点分析，并且对所测得的值求平均值以确定结合相的组成。当存在直径为5μm以上的复合碳化物时，测量除WC粒子和复合碳化物以外的部分。结果在表7中示出。

表7

注释：*表示在本发明的复合硬质合金轧辊中所使用的硬质合金的组成之外的样品。

(1)分析值。

(2)余量包括不可避免的杂质。

参考例2

使用具有与参考例1中的样品1的组成相同的组成的成型用粉末，通过与参考例1中相同的方法形成实心圆柱形生坯。将各生坯以与参考例1相同的方式烧结以形成外径为44mm且长度为620mm的一体式轧辊。使用此轧辊，对厚0.6mm的纯Ni带材进行冷轧，而不存在由于在轧辊表面上的凹痕而产生的缺陷的问题。

使用具有与参考例1中的样品10的组成相同的组成的成型用粉末，类似地形成外径为44mm且长度为620mm的一体式轧辊。使用此轧辊，对厚0.6mm的纯Ni带材进行轧制，而不存在由于在轧辊表面上的凹痕而产生的缺陷的问题。

实施例1

使用与参考例1中的样品1的材料相同的材料，制备具有表8中所示组成的成型用粉末，并且以与参考例1中的样品1相同的方式将其形成为用于外层和中间层的套筒形生坯。如同参考例1中的样品1一样，将生坯在真空中烧结，以制造用于外层的套筒形烧结体(外径：194mm，内径：171mm，并且长度：1050mm)和用于中间层的烧结体(外径：171mm，内径：152mm，并且长度：1050mm)。

表8

(1)相对于WC粉末和结合相粉末的总量的比率(质量％)。

(2)结合相粉末中的各金属的百分比。

(3)余量包括不可避免的杂质。

如图5所示，将用于中间层的套筒形烧结体12布置在由SNCM439制成的实心圆柱形内层11(外径：152mm，并且长度：1150mm)的周围，并且将用于外层的套筒形烧结体13布置在套筒形烧结体12的周围，其中由S45C制成的轴构件14(外径：152mm，并且长度：80mm)邻接在内层的两个端部上。用圆筒形HIP罐覆盖用于外层的套筒形烧结体13的外表面，并且用各自具有焊接至上述圆筒形HIP罐的凸缘的圆筒形HIP罐覆盖内层11和轴构件14，并且还可以将碟形HIP罐焊接至各带凸缘的圆筒形HIP罐。之后，通过真空排气管(未示出)对HIP罐进行具空排气，并且将真空排气管焊接以密封HIP罐。

通过将HIP罐置于HIP炉中，在1230℃和140MPa下进行HIP。将经HIP的外层和中间层以80-100℃/小时的平均速率冷却。

如图6所示，由此获得这样的的复合硬质合金轧辊10，其包括：由铁系合金制成的内层1，和经由硬质合金的中间层2与内层1金属接合的硬质合金的外层3，与内层1的两个端部轴向金属接合的铁系合金的轴构件4。以与参考例1相同的方式测量此复合硬质合金轧辊10的中间层2和外层3中的结合相的组成。结果在表9中示出。

表9

(1)分析值。

(2)余量包括不可避免的杂质。

在此复合硬质合金轧辊10的外层3中，以与参考例1相同的方式进行其压缩屈服强度、抗弯强度、杨氏模量和硬度的测量以及其结构的观察。结果在表10和11中示出。

表10

表11

(1)结合相中的贝氏体相和马氏体相的总面积比率(％)。

(2)结合相中是否存在直径为5μm以上的复合碳化物。

如图7所示，此复合硬质合金轧辊10的轴构件4的端部设置有槽6，并且设置有槽6的由S45C制成的轴端构件5(外径：152mm，并且长度：300mm)邻接在各轴构件4的具有槽6的端部上。通过焊接这些槽6以形成如图8所示的焊接部7，将轴端构件5连接至轴构件4。在通过加工移除HIP罐后，对外表面进行加工以得到外径为190mm、外层和中间层长度为900mm且总长度为1850mm的复合硬质合金轧辊。

实施例2

除了制备具有表12中所示组成的成型用粉末以外，以与实施例1相同的方式制备用于外层的套筒形烧结体(外径：298mm，内径：264mm，并且长度：1720mm)和用于中间层的套筒形烧结体(外径：264mm，内径：254mm，并且长度：1720mm)。

表12

(1)相对于WC粉末和结合相粉末的总量的比率。

(2)结合相粉末中的各金属的百分比。

(3)余量包括不可避免的杂质。

如图5所示，将用于中间层的套筒形烧结体12布置在由SNCM630制成的实心圆柱形内层11(外径：245mm，并且长度：2150mm)的外周面周围，并且将用于外层的套筒形烧结体13布置其周围，其中由SCM440制成的轴构件14(外径：245mm，并且长度：500mm)邻接在内层的两个端部上。以与实施例1相同的方式将所得的组合件密封在HIP罐中。

通过将HIP罐置于HIP炉中，在1230℃和140MPa下进行HIP处理。在HIP处理后，将外层和中间层以80-100℃/小时的平均速率冷却。

如图6所示，由此获得这样的复合硬质合金轧辊10，其包括：由铁系合金制成的内层1，和经由硬质合金的中间层2与内层1金属接合的硬质合金的外层3，以及与内层1的两个端部轴向金属接合的铁系合金的轴构件4。以与参考例1相同的方式测量此复合硬质合金轧辊10的中间层2和外层3中的结合相的组成。结果在表13中示出。

表13

(1)分析值。

(2)余量包括不可避免的杂质。

如图7所示，此复合硬质合金轧辊10的轴构件4的端部设置有槽6，并且设置有槽6的由SCM440制成的轴端构件5(外径：245mm，并且长度：300mm)邻接在各轴构件4的具有槽6的端部上。通过焊接这些槽6以形成如图8所示的焊接部7，将轴端构件5连接至轴构件4。在通过加工移除HIP罐后，对外表面进行加工以得到外径为295mm、外层和中间层长度为1600mm且总长度为3700mm的复合硬质合金轧辊。

Claims (14)

1.一种复合硬质合金轧辊，所述复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层和与所述内层的外周面金属接合的由硬质合金制成的外层；

形成所述外层的硬质合金包含55至90质量份的WC粒子和10至45质量份的Fe系结合相，并且所述外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件与所述内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件焊接至所述轴构件；

其中所述内层由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.45质量％的C，0.5-4.0质量％的Cr，1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质，并且

其中所述轴构件和所述轴端构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的复合硬质合金轧辊，其中形成所述外层的硬质合金基本上不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物，其中复合碳化物的等效圆直径为面积与所述硬质合金的抛光横截面的约1000倍的SEM照片中观察到的复合碳化物粒子的面积相同的圆的直径。

3.根据权利要求1所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层的硬质合金中的所述WC粒子的中值直径D50为0.5-10μm。

4.根据权利要求1所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层的硬质合金中的所述结合相还包含0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-1质量％的Mn。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层的硬质合金中的所述结合相含有总计50面积％以上的贝氏体相和/或马氏体相。

6.一种复合硬质合金轧辊，所述复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层、与所述内层的外周面金属接合的由硬质合金制成的中间层和与所述中间层的外周面接合的由硬质合金制成的外层；

形成所述外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，并且所述外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

形成所述中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相，并且所述中间层的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质；

轴构件与所述内层的至少一个轴向端部金属接合，并且轴端构件焊接至所述轴构件；

其中所述内层由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.45质量％的C，0.5-4.0质量％的Cr，1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质，并且

其中所述轴构件和所述轴端构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

7.根据权利要求6所述的复合硬质合金轧辊，其中形成所述外层和/或所述中间层的硬质合金基本上不含有等效圆直径为5μm以上的复合碳化物，其中复合碳化物的等效圆直径为面积与所述硬质合金的抛光横截面的约1000倍的SEM照片中观察到的复合碳化物粒子的面积相同的圆的直径。

8.根据权利要求6所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层和/或所述中间层的硬质合金中含有的所述WC粒子的中值直径D50为0.5-10μm。

9.根据权利要求6所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层和/或所述中间层的硬质合金中的所述结合相还包含0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-1质量％的Mn。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的复合硬质合金轧辊，其中在形成所述外层和/或所述中间层的硬质合金中的所述结合相中的贝氏体相和/ 或马氏体相的量为总计50面积％以上。

11.一种用于制造复合硬质合金轧辊的方法，所述复合硬质合金轧辊包括彼此金属接合的由铁系合金制成的内层和由硬质合金制成的外层；所述方法包括：

将外层材料布置在所述内层的周围，所述外层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体；

将轴构件邻接在所述内层的至少一个轴向端部上；

将所述外层材料、所述内层和所述轴构件密封在由钢材料制成的HIP罐中，并且对所述HIP罐进行真空排气；和

进行HIP处理以将所述外层、所述内层和所述轴构件一体化接合，

其中形成所述外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，所述外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质，

其中所述内层由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.45质量％的C，0.5-4.0质量％的Cr，1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质，并且

其中所述轴构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

12.根据权利要求11所述的用于制造复合硬质合金轧辊的方法，其中在所述HIP处理之后，将轴端构件焊接至所述轴构件，

其中所述轴端构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

13.一种用于制造复合硬质合金轧辊的方法，所述复合硬质合金轧辊包括由铁系合金制成的内层、由硬质合金制成的中间层和由硬质合金制成的外层，所述内层、所述中间层和所述外层彼此金属接合；所述方法包括：

将中间层材料和外层材料布置在所述内层的周围，所述中间层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体，所述外层材料是硬质合金的粉末、生坯、煅烧体或烧结体；

将轴构件邻接在所述内层的至少一个轴向端部上；

将所述外层材料、所述中间层材料、所述内层和所述轴构件密封在由钢材料制成的HIP罐中，并且将所述HIP罐进行真空排气；

进行HIP处理以将所述外层材料、所述中间层材料、所述内层和所述轴构件一体化接合，

其中形成所述外层的硬质合金包含55-90质量份的WC粒子和10-45质量份的Fe系结合相，所述外层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，余量为Fe和不可避免的杂质，

形成所述中间层的硬质合金包含30-65质量份的WC粒子和35-70质量份的Fe系结合相，所述中间层中的结合相具有包含以下各项的化学组成：0.5-10质量％的Ni，0.2-2.0质量％的C，0.5-5质量％的Cr和0.1-5质量％的W，和任选的0.2-2.0质量％的Si、0-5质量％的Co和0-1质量％的Mn，余量为Fe和不可避免的杂质，

其中所述内层由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.45质量％的C，0.5-4.0质量％的Cr，1.4-4.0质量％的Ni和0.10-1.0质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质，并且

其中所述轴构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

14.根据权利要求13所述的用于制造复合硬质合金轧辊的方法，其中在所述HIP处理之后，将轴端构件焊接至所述轴构件，

其中所述轴端构件由包含以下各项的铁系合金制成：0.2-0.58质量％的C，0-1.2质量％的Cr和0-0.3质量％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

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