专利名称：一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法
技术领域：
本发明涉及轧辊的制备，特别是一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊 的制备方法。
背景技术：
在钢铁冶金设备中，滚动式轧辊使用非常广泛，且更换频繁、用量大。 由于轧辊工作条件非常严酷，需要长时间承受轧制型材高温、热冲击和高速 摩擦磨损等因素的影响，所以用传统材料(如高铬铸铁、球墨铸铁、高合金 钢、硬质合金材料及堆焊复合材料等)所制成的轧辊经常因磨损、粘钢等原 因失效。高铬铸铁虽硬度高、耐磨性能好，但由于材料脆性大导致发生断裂，
且机加工性能差；球墨铸铁的耐磨性和抗热冲击性能均较差，不能满足使用 要求而被淘汰；堆焊材料虽然能提高使用寿命，但堆焊设备昂贵，堆焊一次， 其寿命增加不大；高合金钢在高温下会发生退火现象，且由于材料本身不存 在高硬质相，所以耐磨性能大幅下降；高合金粉末冶金液相烧结方法在国内 外已有大量报道，但研究尚不成熟，该方法制备的复合材料，其合金成分在 基体中难以分布均匀、可控性差，且由于添加了表面活性剂，使得材料组织 中出现大量气孔等缺陷。目前，结构钢生产中使用的轧辊，主要使用的材料 为Crl2MoV合金钢，导致了大量合金材料的浪费，结构钢生产的轧辊，其技 术性能要求主要有1、高耐磨，轧辊表面磨损量和局部损伤越小越好，保 证轧制品高精度尺寸公差；2、抗热疲劳性好，避免产生疲劳裂纹的产生和 扩展；3、高的机械性能，要求轧辊具有高的抗压强度和抗拉强度；4、高韧 性，避免轧辊发生脆性断裂
发明内容
本发明的目的在于，提供一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备 方法，该方法可以很好地满足轧辊的技术要求，本发明制备的原生柱/带状 硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨层，该耐磨层由高硬度 柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，由于柱/带状硬质相是通过高温 与基体材料实现了冶金结合，且硬质相分布均匀可控，可有效地避免热疲劳
磨损，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能好，保证了复合轧辊对高耐磨性和 高韧性的要求。其综合性能优于合金钢、铸铁和陶瓷材料制备的轧辊(或复 合轧辊)，充分符合在粗轧机和精轧机上的使用要求。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案-
一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，该方 法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨 层，该耐磨层由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，该耐磨 层的制备包括下列步骤
步骤一，将合金粉芯丝/带材在机加工出的轧辊芯部表面编织合金粉芯 丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方式在轧辊芯部表面固定制成预制件，
其中合金粉芯丝/带材骨架的实际体积占浇铸复合层总体积的20% 80%;
步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型，并将预制件放入
轧辊砂型中；
步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于轧辊砂型的型腔中，高温 基体金属液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金 元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结 合的高硬度柱状硬质相；
步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质 相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱/ 带状硬质点复合耐磨轧辊。本发明的方法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊具有以下特点
1、 合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。
2、 由于合金粉芯丝/带材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等 缺陷，内部组织性能优良，明显优于一般的粉末冶金方法制备耐磨复合材料 的组织结构。
3、 本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于 大规模生产。
4、 柱/带状硬质点为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组
织致密且无明显缺陷，耐磨层和辊芯部表面结合良好，避免了像组合式轧辊 在轧制过程中出现的开裂现象和使用过程中的脱落现象。
5、 可根据使用工矿，柱/带状硬质点在基体中的比例可调，并分布均匀；
6、 根据粗轧机和精轧机不同的使用要求，可调整柱/带状硬质点的直径
或形状大小以及分布形式，可从丝/带材尺寸可从毫米级向微米级调整；
7、 其使用寿命可比高合金钢、铸铁或陶瓷材料制成的轧辊寿命提高5-10倍。
图l为合金粉芯带材的结构示意图2是带状硬质点复合耐磨轧辊制备工艺示意图3是浇铸成型的复合耐磨轧辊立体示意图4是图3中(A)部分经浇铸复合后耐磨层的结构示意图5是复合材料的金相组织图。
下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
参见附图，按照本发明的技术方案，首先制备一定直径和合金粉末配 比的合金粉芯丝/带材3，合金粉芯丝/带材3应具有良好柔软度，可机械化编织。成各种形状的合金粉芯丝/带材骨架。将合金芯丝/带材3编织在机加工 出的轧辊芯部表面4的支撑架5上形成三维结构的合金粉芯丝/D带材骨架6， 并通过绑扎或焊接的方法将合金粉芯丝/带材骨架6固定在支撑架6上形成预 制件。合金粉芯丝/带材骨架6的实际体积占表面复合层总体积的20% 80%。 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型7，并将预制件放入轧辊砂 型7中，再用基体金属8的高温液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、 溶渗甚至溶解，合金粉芯丝/带材3中的合金元素在钢液中进行短程扩散，在 基体金属8中形成分布均匀，且与基体金属8实现冶金结合的高硬度柱/带状 硬质相。
室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体 金属冶金过渡结合融为一体，并形成高耐磨高韧性轧辊的复合耐磨层，取出 铸件，清砂处理，制得原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊。
合金粉芯丝/带材截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围①2 mm On0mm，方形截面边长范围2mm-10mm;长方形截面尺寸由丝材压制成相 应带材截面形状决定)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1 lmm;芯部 为粒度为50 300目的合金粉末。
合金粉芯丝/带材芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加 钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。
合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛 粉末中的一种或几种构成。
基体金属是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的 铸钢或铸铁中的一种。
以下是发明人给出的实施例，但本发明并不限于以下实施例。 实施例制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的带状复合耐磨轧辊
1、取合金粉1包裹于低碳钢管皮2中，形成合金粉芯丝/带材3;选用截面尺寸为3mmX8mm的合金粉芯带材3，合金粉末为高碳铬铁粉， 粒度100 150目；将合金粉芯带材编织在轧辊芯部4表面的支撑架5上， 形成合金粉芯带材骨架6;
2、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型7;
3、 将预制件(即将轧辊芯部表面4、支撑架5和合金粉芯带材骨架6 整体称为预制件)放置在铸型7的型腔中；
4、 选用A3钢作为基体金属8，用中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉， 将钢液从浇道9浇入铸型7的型腔内，注满为止；
5、 室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高 铬合金为带状硬质相10、 A3钢为基体金属8的复合耐磨轧辊。
按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化 硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球 墨铸铁，均能够制成合格的复合耐磨轧辊。
经实验证明，上述实施例制备的复合耐磨轧辊，表面具有高耐磨、高韧 性、高抗冲击性能、高抗疲劳磨损性及良好的机加工性能。综合性能显著优 于高合金钢、高铬铸铁和陶瓷材料制备的轧辊。
权利要求
1、一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，该方法制备的原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊，在轧辊芯部表面上有一层耐磨层，该耐磨层由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属复合而成，该耐磨层的制备包括下列步骤步骤一，将合金粉芯丝/带材在机加工出的轧辊芯部表面编织合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方式在轧辊芯部表面固定制成预制件，其中合金粉芯丝/带材骨架的实际体积占浇铸复合层总体积的20％～80％；步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作轧辊铸型，并将预制件放入轧辊砂型中；步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于轧辊砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯丝/带材截 面为圆形或方形或长方形，其中圆形直径范围O)2mm-①10mm，方形截面边长 范围2腿-10mm;长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定；包 裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0. lmm lmm，合金粉芯丝材的芯部灌装有 合金粉末，粒度为50目 300目。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、 碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。
5、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或 铸铁。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低 碳钢或合金钢。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或 球墨铸铁。
全文摘要
本发明公开了一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，该方法制备的复合耐磨轧辊由芯部和表面耐磨层构成，芯部材料选用韧性高的钢材质，表面耐磨层由高硬度柱/带状硬质点和高韧性金属材料复合而成。首先机加工出轧辊芯部，再用高合金粉芯丝/带材(注带材可由丝材压制而成)在轧辊芯部表面支撑架上编织出一定厚度的丝/带材骨架并绑扎或焊接固定好，将编织好的预制件放入浇铸型腔中，利用高温钢液进行浇铸，对高合金粉芯丝/带材进行铸渗、烧结或溶化，在一定温度区间内，合金元素进行短程扩散，在轧辊表面实现高硬度柱/带状硬质点与高韧性基体金属两部分的冶金结合，形成内含一定比例的柱/带状硬质点的表面硬质点耐磨复合层。
文档编号B21B27/02GK101412096SQ200810232548
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者付永红, 刘文刚, 岑启宏, 彭建洪, 宏 武, 牛立斌, 许云华 申请人:西安建筑科技大学