CN113210439B - 一种高温耐磨夹送制动辊环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温耐磨夹送制动辊环及其制备方法，属于夹送制动辊环技术领域，包括基材和高温耐磨层，所述高温耐磨层设置在基材的外表面上；本发明制备的夹送制动辊环高温耐磨覆层的热膨胀系数与钢相近，可与钢基体实现冶金结合，表面硬度可根据使用工况进行调整，同时表层在高温情况下耐磨耐冲击，可制备出表面工作位高温耐磨而芯部保证足够强韧性的夹送制动辊环，降低了工件的制备成本，可只在有需要的工作位部分进行熔敷制备，能够大量应用于高温磨损工况下的夹送制动辊环中，本发明制备的夹送制动辊环，是在合金调质钢、热作模具钢或轴承钢这些普通基材表面进行熔敷，具有优异的抗冲击和高温耐磨性能，大幅提高夹送制动辊环的使用寿命。

Description

一种高温耐磨夹送制动辊环及其制备方法
技术领域
本发明属于夹送制动辊环技术领域，尤其涉及一种高温耐磨夹送制动辊环及其制备方法。
背景技术
夹送制动辊环是高速棒材轧制生产线的关键部件之一。在高速棒材轧制生产过程中，精轧后的棒材高速送上冷床，输送到冷床的速度高达50m/s左右。为控制成品上冷床前速度，轧制线上必须安装多组夹送制动辊环，其中，剪前夹送制动辊安装于倍尺飞剪前，夹持棒材送入倍尺飞剪；尾部夹送制动辊环功能为将剪切后的棒材进行制动，输送到冷床上料装置，并在传送过程中使棒材减速，即起输送和制动棒材的作用。它在使用过程中的磨损、超差、失效对生产的效率影响重大，特别是在高速棒材的生产中，夹送制动辊环的质量可靠、经久耐用是轧制产品质量与生产效率的保证。
目前高速棒材夹送制动辊环多采用5CrMnMo、高速钢等材料制备，这些材料在经过热处理之后其硬度可达到HRC50-60，但这些材料的红硬性不够，且在反复的高温水冷交替使用工况中，材料硬度会不断下降，导致其使用性能衰退，使得这类夹送制动辊环在实际应用中使用寿命极短，特别是剪前夹送制动辊环，工作温度通常在700℃以上，该工况下夹送制动辊环的损耗更大，经常会因为夹送制动辊环的失效而影响轧制生产线的连续运行，目前常规材料制备的夹送制动辊环使用性能无法满足高速棒材轧制生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种高温耐磨夹送制动辊环及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高温耐磨夹送制动辊环，包括基材和表面高温耐磨层，所述高温耐磨层设置在基材的外表面上。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述高温耐磨层包括以下成分材料：Cr、Mo、Al、C、B、Ti、Nb，余量为Fe。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述各个成分材料的质量百分比分别为：Cr：18％-30％，Mo：15％-20％，Al： 2％-5％，C：4％-6％，B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述基材为合金调质钢、热作模具钢或轴承钢中的一种。
本文还公开了一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，对其进行一定速率的升温至一定程度，并进行保温；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨一段时间，获取其粉末；
S3、对粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝；
S4、利用S3制作的焊丝，通过敷焊方式将药芯焊丝熔敷在预热到一定温度的辊环毛坯的表面上；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S1中，辊环毛坯预热是以5～10℃/min的速度加热至300-500℃，并保温2-3h。
进一步的，通过一定温度的预热和保温，可有效保证辊环毛坯的温度均匀性及后续表面熔敷高温耐磨层的质量。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S2中，取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2-3h，获取其粉末，使其粉末过120-220目的筛网。
进一步的，球磨一段时间，可有效获取原材料粉末粒度及均匀性，可用于后续加工。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S3中，对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢，所述S4中，利用S3制作的焊丝，通过等离子熔敷、氩弧堆焊或埋弧焊中的一种工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层。
进一步的，外皮可采用多种材质，可有效提高其外皮的选择范围广度及高温耐磨覆层性能调控，通过多种工艺将药芯焊丝熔敷在基材表面，具有很大的可选择性，可进行快速加工。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明制备的夹送制动辊环高温耐磨覆层的热胀系数与钢相近，且可与钢基体实现冶金结合，表面硬度可根据使用工况进行调整，同时表层在高温情况下耐磨耐冲击，可以制备出表面工作位高温耐磨而芯部保证足够强韧性的夹送制动辊环，同时能与钢基体结合的特点，大大降低了工件的制备成本，可只在有需要的工作位部分进行熔敷制备，能够大量应用于高温磨损工况下的夹送制动辊环中，本发明制备的夹送制动辊环，是在合金调质钢、热作模具钢或轴承钢这些普通基材表面进行熔敷，其表面硬度达到HRC63以上，高温耐磨熔覆层由Fe-Mo-Cr合金粘接相和三元硼化物及碳化物硬质相构成，具有优异的抗冲击和高温耐磨性能，完全满足高速棒材轧制夹送制动辊环的工况要求，在生产应用中极大的提高了辊环使用寿命，有效降低成本、提高生产效率及保证轧制产品质量的稳定性。
附图说明
图1为一种高温耐磨夹送制动辊环的剖面图。
图2为一种高温耐磨夹送制动辊环的表面高温耐磨层截面微观形貌图。
图例说明：
1、基材；2、高温耐磨层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高温耐磨夹送制动辊环，包括基材1和高温耐磨层2，所述高温耐磨层2设置在基材1的外表面上，所述高温耐磨层2包括以下成分材料：Cr：18％-30％，Mo：15％-20％，Al：2％-5％，C：4％-6％， B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe，所述基材1为42CrMo 钢；
本文还公开了一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，辊环毛坯预热是以5℃/min的速度加热至300℃，并保温2h；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2h，获取其粉末，使其粉末过120目的筛网；
S3、对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢；
S4、利用S3制作的焊丝，通过等离子熔敷工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存。
本实施例中，制备的制动辊环是在合金调质钢基材表面进行熔敷，制备的制动辊环的高温耐磨层的热胀系数与钢接近，且可与钢基体进行冶金结合，表面硬度达到HRC63以上，同时表层在高温情况下耐磨耐冲击。
实施例2
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高温耐磨夹送制动辊环，包括基材1和高温耐磨层2，所述高温耐磨层2设置在基材1的外表面上，所述高温耐磨层2包括以下成分材料：Cr：18％-30％，Mo：15％-20％，Al：2％-5％，C：4％-6％， B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe，所述基材1为35CrMo 钢；
本文还公开了一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，辊环毛坯预热是以8℃/min的速度加热至320℃，并保温2.5h；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2.5h，获取其粉末，使其粉末过180目的筛网；
S3、对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢；
S4、利用S3制作的焊丝，通过氩弧堆焊工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存。
本实施例中，可以制备出表面工作位高温耐磨而芯部保证足够强韧性的制动辊环，同时能与钢基体结合的特点，大大降低了工件的制备成本，可只在有需要的工作位部分进行熔敷制备，能够大量应用于高温磨损工况下的制动辊环中。
实施例3
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高温耐磨夹送制动辊环，包括基材1和高温耐磨层2，所述高温耐磨层2设置在基材1的外表面上，所述高温耐磨层2包括以下成分材料：Cr：18％-30％，Mo：15％-20％，Al：2％-5％，C：4％-6％， B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe，所述基材1为H13钢；
本文还公开了一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，辊环毛坯预热是以8℃/min的速度加热至350℃，并保温2.5h；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2-3h，获取其粉末，使其粉末过200目的筛网；
S3、对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢；
S4、利用S3制作的焊丝，通过埋弧焊工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存。
本实施例中，制备的制动辊环，是在H13热作模具钢基材进行熔敷，其表面达到HRC64以上，具有优异的常温耐磨、高温耐磨以及优异红硬性。完全满足制动辊环的工况要求，在生产应用中极大的提高了生产效率。
实施例4
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高温耐磨夹送制动辊环，包括基材1和高温耐磨层2，所述高温耐磨层2设置在基材1的外表面上，所述高温耐磨层2包括以下成分材料：Cr：18％-30％，Mo：15％-20％，Al：2％-5％，C：4％-6％， B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe，所述基材1为GCr15 轴承钢；
本文还公开了一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，辊环毛坯预热是以10℃/min的速度加热至400℃，并保温3h；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨3h，获取其粉末，使其粉末过220目的筛网；
S3、对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢；
S4、利用S3制作的焊丝，通过等离子熔敷工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存。
关于实施例1-4中，需要说明的是：
通过本发明制备的高温耐磨层如图1所示，由金相图1可知，基材与高温耐磨层结合良好，无孔洞、裂纹等缺陷，并且通过表1发现钢材表面制备高温耐磨层可以增加硬度，大幅提高辊环使用寿命，常规材料制备的辊环使用寿命约为过钢量0.5万吨，进一步证明本发明的可行性及优异性。
表1
Figure BDA0003055035900000081
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高温耐磨夹送制动辊环的制备方法，其特征在于，
所述高温耐磨夹送制动辊环包括基材和高温耐磨层；
所述高温耐磨层设置在基材的外表面上；
所述基材为H13钢或GCr15轴承钢；
所述高温耐磨层的各个成分材料的质量百分比分别为Cr：30％，Mo：15％-20％，Al：2％-5％，C：4％-6％，B：2.5％-4％，Ti：0.5％-2％，Nb：0.5％-1.5％，余量为Fe；
所述制备方法，包括如下步骤：
S1、获取基材，机加工出夹送制动辊环毛坯，将辊环毛坯置于加热炉内，对其进行一定速率的升温至一定程度，并进行保温；
S2、取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨一段时间，获取其粉末；
S3、对粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝；
S4、利用S3制作的焊丝，通过敷焊方式将药芯焊丝熔敷在预热到一定温度的辊环毛坯的表面上；
S5、熔敷后的辊环在热处理炉中进行退火处理，消除熔敷应力；
S6、熔敷后的辊环精加工至辊环要求尺寸；
S7、成品入库、保存；
所述S1中，当所述基材为H13钢时，辊环毛坯预热是以8℃/min的速度加热至350℃，并保温2.5h，当所述基材为GCr15轴承钢时，辊环毛坯预热是以10℃/min的速度加热至400℃，并保温3h
所述S2中，当所述基材为H13钢时，取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2-3h，获取其粉末，使其粉末过200目的筛网，当所述基材为GCr15轴承钢时，取高温耐磨层的原材料，置于球磨装置内，球磨2-3h，获取其粉末，使其粉末过220目的筛网；
所述S3中，对球磨后的粉末进行干燥，再装入外皮，拉拔，得到高温耐磨药芯焊丝，外皮为普通低碳钢或为不锈钢；
所述S4中，利用S3制作的焊丝，通过等离子熔敷、氩弧堆焊或埋弧焊中的一种工艺，在预热后的辊环毛坯表面获得高温耐磨覆层；
所述基材为H13钢的所述高温耐磨夹送制动辊环的覆层硬度达到HRC64.1，使用寿命至少为过钢量2.6万吨；
所述基材为GCr15轴承钢的所述高温耐磨夹送制动辊环的覆层硬度达到HRC66.5，使用寿命至少为过钢量2.8万吨。
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