CN1751816A - 大断面WCp/Fe－C复合材料－球铁复合结构辊环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大断面WCP/Fe－C复合材料－球铁复合结构辊环，其由高耐磨WCP/Fe－C复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成,所述芯部球铁基体合金成分范围为3.0－3.8％C，2.0－2.8％Si，＜0.4％Mn，0.2－0.3％Mo，3－5％Ni，0.04－0.06Mg，0.05－0.08RE，S、P≤0.03。本发明辊环表面复合材料工作层中WC颗粒尺寸75－200μm，体积分数可根据使用工况要求控制在50－85vol％。辊环复合材料工作层中WC颗粒分布均匀，复合材料工作层厚度可在10－30mm之间任意控制。辊环表面复合材料工作层利用率高(大于95％)；辊环芯部球铁基体合金可再循环利用；辊环采用离心铸造法制备，工艺简单，制造成本低。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种大断面WCP/Fe-C复合材料—球铁复合结构辊环。
背景技术
随着冶金工业迅速发展，现代化的连铸——连轧高速化的发展很快。例如，高速线、棒材轧制的高速化，高速线材轧机轧速从65米/秒提高到100米/秒，连续棒材轧机从12米/秒提高到18米/秒。我国进口、国产高速线材轧机生产线由“九五”末的60余条增加至目前的100多条。美国Morgan、德国SMS、MDS、意大利Daneili、英国AHslow等公司代表了世界线棒材设备最高水平，高速线材连轧机最高轧速已达140米/秒以上，连续棒材轧制速度已达25米/秒以上。因此，我国高速线棒材轧机高速化，还有很大潜力。但是，实现高速化最大障碍之一是高速线棒材轧机的易耗件——辊环的生产技术现代化，因为高速线棒材轧机辊环为磨损件，消耗量大，投入成本高。目前生产中采用粉末冶金法生产硬质合金辊环，制造设备昂贵，生产成本高(550元人民币/公斤)。因此，迫切需要研究一种低成本，高性能的新型高线轧机辊环，其目的在不降低辊环使用寿命下，使高速线、棒材轧机辊环的成本降低至原来的1/3-1/2，具有显著的经济和社会效益。
目前辊环通常采用复合结构，例如，高Cr铸铁(钢)或高Cr-Ni无限冷硬铸铁的工作表面层和高强韧的芯部。但是，这种复合结构辊环的高温耐磨性，不能满足线棒材轧机高速化要求。国外八十年代末，国内九十年代初，采用碳化钨颗粒(WC)和钴(Co)粉末冶金的高速线材轧机辊环，制备成本相当高，价格昂贵(500-600元左右/公斤)，材料利用率极低(小于30％)，不能再循环利用；同时，不适合于生产大型和中间工作长度大的辊环。九十年代中期，瑞典山特维克公司采用OSPREY法喷射沉积(spray deposition)制造高碳高速钢棒材精轧机辊环(外径345mm，内径180mm，硬度HRC60)，其价格昂贵，例如，Co价格是W的10倍，我国Cr、Mo、V资源较为缺乏，且这种工艺复杂，不利于大批量生产。九十年代初，日本采用热等静压HIP(hotisostaticpressing)法制造线材精轧机高碳高速钢粉末冶金轧辊[5]。九十年代末，我国钢铁研究总院也研究用热等静压(HIP)法制造高碳高速钢粉末冶金复合轧辊[6]。但是，HIP法只适用于小型辊环，生产成本更高，设备昂贵，制造工艺复杂。
发明内容
本发明的目的即是提供一种大断面WCP/Fe-C复合材料—球铁复合结构辊环。有效降低生产成本，提高工作表面耐磨性及芯部基体性能。
本发明实现上述目的采取的技术方案是：其由高耐磨WC颗粒增强铁基复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.0-3.8％C，2.0-2.8％Si，＜0.4％Mn，0.2-0.3％Mo，3-5％Ni，0.04-0.06Mg，0.05-0.08RE，S、P≤0.03。
所述WC颗粒增强相尺寸为75-200μm。
本发明辊环复合材料工作层性能：硬度HRA79-85；冲击韧性ak3-5J/cm2；抗拉强度σb320-350MPa。芯部基体合金性能：硬度HRA73-75；冲击韧性ak8-13J/cm2；抗拉强度σb600-800MPa；抗压强度≥3500MPa。
本发明与其它辊环相比，有如下优点：
辊环表面复合材料工作层的厚度可以根据使用要求在10-30mm之间任意控制。
辊环表面复合材料材料工作层中WC颗粒体积分数可根据使用工况要求控制在50-85vol％。
辊环复合材料工作层中WC颗粒分布均匀。
辊环复合材料工作表面层材料利用率高(大于95％)；辊环芯部球铁基体合金可再循环利用；
辊环采用离心铸造法制备，工艺简单，制造成本低。
附图说明
图1为本发明复合材料辊环的径向切片图。
图2、图3为本发明辊环复合材料层内WCP分布图。
图4为本发明辊环芯部基体组织图。
图1中：上部黑色部分为WCP/Fe-C复合材料工作层，下部为球铁基体合金层。
具体实施方式
结合附图，给出本发明的实施例如下：
实施例1
本实施例由高耐磨WC颗粒增强铁基复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.3％C，2.2％Si，＜0.3％Mn，0.2％Mo，3.5％Ni，0.04Mg，0.05RE，S、P≤0.03。所述WC颗粒增强相尺寸为200μm。其复合材料工作层性能：硬度HRA79；冲击韧性ak3.1J/cm2；抗拉强度σb319MPa。芯部基体合金性能：硬度HRA73；冲击韧性ak13J/cm2；抗拉强度σb600MPa；抗压强度≥3500MPa。
实施例2
本实施例其由高耐磨WC颗粒增强铁基复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.5％C，2.5％Si，＜0.3％Mn，0.25％Mo，4％Ni，0.05Mg，0.06RE，S、P≤0.03。所述WC颗粒增强相尺寸为150μm。其复合材料工作层性能：硬度HRA82；冲击韧性ak4J/cm2；抗拉强度σb330MPa。芯部基体合金性能：硬度HRA74；冲击韧性ak10J/cm2；抗拉强度σb700MPa；抗压强度≥3600MPa。
实施例3
本实施例其由高耐磨WC颗粒增强铁基复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.6％C，2.7％Si，＜0.4％Mn，0.3％Mo，5％Ni，0.06Mg，0.08RE，S、P≤0.03。所述WC颗粒增强相尺寸为100μm。其复合材料工作层性能：硬度HRA83；冲击韧性ak4.5J/cm2；抗拉强度σb350MPa。芯部基体合金性能：硬度HRA75；冲击韧性ak8.3J/cm2；抗拉强度σb800MPa；抗压强度≥3600MPa。
Claims (2)
1、一种大断面WCP/Fe-C复合材料—球铁复合结构辊环，其特征在于：该辊环由高耐磨WCP/Fe-C复合材料工作层和强韧芯部球铁基体合金组成，所述芯部球铁基体合金成分范围为3.0-3.8％C，2.0-2.8％Si，＜0.4％Mn，0.2-0.3％Mo，3-5％Ni，0.04-0.06Mg，0.05-0.08RE，S、P≤0.03。
2、根据权利要求1所述的大断面WCP/Fe-C复合材料—球铁复合结构辊环，其特征在于：所述WC颗粒增强相尺寸为75-200μm。
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