专利名称：一种原生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊的制备方法
技术领域：
本发明涉及冶金设备的轧钢导卫辊的制备，特别是一种原生柱/带状硬 质相复合耐磨轧钢导卫辊的制备方法。
背景技术：
在钢铁冶金设备中，滚动式轧钢导卫辊的使用非常广泛，且更换频繁、 用量大。由于导卫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)所制成的导卫辊经常因磨 损、开裂、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，导卫辊主要使用的 材料为Crl2MoV合金钢，但几乎每班一换以保证生产稳定，导致了大量合金 材料的浪费，给生产企业造成了很大的经济损失。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种原 生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊的制备方法，该方法制备的原生柱/ 带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊，通过对合金粉芯进行原位复合生成高耐磨的硬质相，且硬质相与高韧性基体相界面实现冶金结合，具有高耐磨性和高
韧性，从而达到延长其使用寿命。
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/带状硬质相复合耐磨导卫辊的制备方法，其特征在于，该
方法制得的原生柱/带状硬质相复合耐磨导卫辊的表面复合材料由高硬度柱
/带状硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，具体包括下列步
骤
步骤一，在机加工出的导卫辊芯部表面上编织出一定厚度的合金粉芯丝 /带材骨架，并通过绑扎或焊接的方法在轧辊芯部表面固定，形成预制件， 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导卫辊铸型；
步骤三，将预制件放置在导卫辊铸型的型腔中；
步骤四，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到导卫辊铸型的型腔内， 利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结 或溶化，合金粉芯丝/带材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短 程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱/带状合金硬质相；
步骤五，金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱/带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，即制得以高韧性高强度 的金属为基体、内含冶金结合的高硬度柱/带状合金硬质相的复合耐磨导卫 辊。
采用本发明的方法制备的原生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊具有 以下技术效果
1、由于采用合金粉芯丝/带材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高 温作用下，合金粉芯丝/带材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属 液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，縮短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富 集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了 镶嵌在基体金属中的宏观上呈柱/带状的硬质相，并与基体金属形成良好的 冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与 韧性有机统一，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。本法制备的高耐磨原生柱/带状硬质相复合导卫辊的整体性能优良， 显著优于合金钢、铸铁、硬质合金和堆悍材料制成的导卫辊(或复合导卫辊)。
2、 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。
3、 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。
4、 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。
5、 柱/带状硬质相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，避免了像组合式导卫 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。
6、 可根据使用工矿，柱/带状硬质相在基体中的比例可调，并分布均匀；
7、 根据具体使用要求，可调整柱/带状硬质相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；
9、其使用寿命可比高合金钢、铸铁等材料制成的导卫辊寿命提高10-20 倍，可以连续使用50-IOO个班次，减少更换次数和合金资源浪费，能为行业 相关企业带来良好的经济效益。
图l为合金粉芯带材的结构示意图2是本发明的原生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊制备示意图；图3是图2中(A)部分经浇铸复合后耐磨层的结构示意图； 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，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的制备是，将合金粉末l包裹于低碳钢 管皮2中，形成合金粉芯丝材3 (图l),也可以将合金粉芯丝材3制成压制带 材使用。
将合金芯丝/带材3编织在机加工出的导卫辊芯部4的表面上形成骨架5， 并通过绑扎或焊接的方法将骨架5固定，形成预制件，合金粉芯丝/带材骨架 5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钢导卫辊铸型6;将预制件放入轧 钢导卫辊铸型6的型腔中，将冶炼熔化的基体金属钢液浇入到轧钢导卫辊铸 型的型腔内，利用基体金属7的高温钢液对合金粉芯丝/带材3制成的骨架5 进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝/带材3中的合金元素在基体金 属钢液中进行短程扩散，在钢基体中形成分布均匀且实现冶金结合的高硬度 柱/带状硬质相9，室温冷却，金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱/带状合 金硬质相7与基体金属7冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，即制 得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的高硬度柱/带状合金硬质 相的复合耐磨导卫辊。
合金粉芯丝/带材3的截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围 ①2mm ①10mm，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2的壁厚为0. lmm lmm;芯部装有为粒度为50 300目的合金粉末。
上述合金粉芯丝/带材3芯部的合金粉末l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l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7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钢导卫辊
1、 取合金粉1包裹于低碳钢管皮2中，形成合金粉芯带材3;选用截
面尺寸为3mmX8mm的合金粉芯带材3，合金粉末1为高碳铬铁粉，粒度100 150目；将合金粉芯带材编织在导卫辊芯部4表面上，形成带材骨架5;
2、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作导卫辊铸型6;
3、 将预制件(导卫辊芯部4和带材骨架5整体称为预制件)放置在导 卫辊铸型6的型腔中；
4、 选用A3钢作为基体金属7，用中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉， 将钢液从浇道8浇入卫辊铸型6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9、 A3钢为基体金属7的复合耐磨导卫辊。
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导卫辊。
经实验证明，上述实施例制备的复合耐磨轧钢导卫辊，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。寿命可提高 10-20倍，可以连续使用50-100个班次，综合性能显著优于高合金钢、高 铬铸铁和陶瓷材料制备的导卫辊。
权利要求
1、一种原生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊的制备方法，其特征在于，该方法制得的原生柱/带状硬质相复合耐磨轧钢导卫辊的表面复合材料由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，具体包括下列步骤步骤一，在机加工出的导卫辊芯部表面上编织出一定厚度的合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方法在轧辊芯部表面固定，形成预制件，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导卫辊铸型；步骤三，将预制件放置在导卫辊铸型的型腔中；步骤四，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到导卫辊铸型的型腔内，利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化，合金粉芯丝/带材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱/带状合金硬质相；步骤五，金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱/带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，即制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的高硬度柱/带状合金硬质相的复合耐磨轧钢导卫辊。
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①2mm-①10mm，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. 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/带状硬质相复合耐磨导卫辊的制备方法，制得的原生柱/带状硬质相复合耐磨导卫辊的表面复合材料由高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，制备方法先在机加工出的导卫辊芯部表面上编织出一定厚度的合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎或焊接的方法在轧辊芯部表面固定，形成预制件，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到导卫辊铸型的型腔内，合金粉芯丝/带材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱/带状合金硬质相。本方法制备的复合导卫辊具有高耐磨性和高韧性，其使用寿命提高10-20倍，减少更换次数，大大提高轧钢机的工作效率。
文档编号B21B39/14GK101412102SQ20081023256
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, 许云华 申请人:西安建筑科技大学