专利名称：一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊的制作方法
技术领域：
本实用新型属于冶金热轧装备技术领域，具体涉及一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊。
背景技术：
轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。以往热轧辊采用整体结构，常用的材料为55Mn2，55Cr, 60CrMnMo, 60SiMnMo等，热处理采用整体正火或淬火，表面硬度要求HB190-270。在轧机轧制过程中轧辊存在着严重的轧辊磨损。轧辊磨损不仅增加了辊耗，而且改变了原始辊型，直接影响轧件板形、板凸度的精确控制，严重制约着产品质量的提高。轧辊磨损还会加剧薄板轧制的边部减薄现象，以及加剧中厚板轧制的平面形状不良现象，降低成材率。产生上述问题的原因主要是对热轧辊 设计时没有充分考虑轧辊的现场失效形式和工况特点，造成轧件质量的下降和热轧轧辊的早期失效。
发明内容本实用新型的目的是解决冶金热轧辊的表层磨损和受高温金属熔体浸蚀问题，提供一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊。本实用新型的目的是这样实现的一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊，包括材质为合金结构钢40Cr的热轧辊基体，其特征是在所述的热轧辊基体表面喷涂有金属陶瓷复合涂层，所述的金属陶瓷复合涂层由粘接层、梯度过渡层和工作层构成。金属陶瓷复合涂层采用梯度结构，以NiCrAl合金粉末作为粘结层，12Co-ffC金属陶瓷粉体+ Ni包WS2 + La2O3作为工作层。涂层的化学成分由基体平缓的呈梯度过渡到涂层的表面，减少基体与涂层间的成分差距，致使涂层的组织和物化性能也为连续过渡，避免了基体到涂层的组织、性能的突变，缓解了界面处的应力集中，改善了涂层界面的结合状况，包括NiCrAl与40Cr基体之间、NiCrAl与12Co_WC金属陶瓷粉体+ WS2 + La2O3之间，不仅使涂层的硬度得到平缓过渡，而且使涂层的结合强度大大提高，有效改善了涂层的性倉泛。本实用新型针对轧制时工作辊与带钢之间以及与支持辊之间的相互接触摩擦，导致了轧辊的磨损，分析其磨损形式主要有(I)磨粒磨损高温钢坯(850°C以上)表面再生的氧化铁皮在轧制压力作用下破碎，其碎片作为磨粒不断磨削轧辊辊面，形成磨粒磨损；(2)疲劳磨损轧辊在周期性的承载、卸载、加热、冷却过程中承受着接触疲劳和热疲劳，当循环应力超过轧辊材料的疲劳强度时，表面层将引发裂纹并逐渐扩展，最后使裂纹区的材料断裂剥落，即发生疲劳磨损；(3)粘着磨损钢坯的塑性变形使氧化铁皮不可能完整地包围住轧辊表面，当高温带钢与辊面在压力下紧密接触时，带钢对辊面产生粘着磨损；(4)氧化磨损与高温带钢接触及摩擦使得工作辊表面温度升高，促使辊面氧化加快，在载荷作用下，氧化层破裂发生氧化磨损。因而，轧辊所处的高温环境是影响其磨损失效的主要因素。另一方面，热轧工艺润滑具有明显地改善钢板表面质量，减少轧辊磨损，降低轧辊重磨量，降低电耗，提高生产率等效果。但润滑油供给轧辊表面后，轧制变形区内温度高、润湿油粘度显著下降，甚至附着油的一部分将产生燃烧、气化以及金属横向流动等因素的影响，导致润滑效果不理想。通过改变了传统的热轧辊设计理念，根据轧辊上述的现场失效形式和工况特点，采用涂层形式设计成多层复合材料，而且能够提高涂层的硬度和高温耐蚀性能；充分发挥固体润滑材料WS2在高温环境下具有稳定摩擦性能等材料各自的特点，避免了由于热轧辊在高温环境下润滑效果不理想的情况，满足热轧轧辊的工况要求。本实用新型可以大幅提高热轧辊的使用寿命，使用寿命提高I倍以上；提高热轧制件的产品质量和稳定性，降低生产成本，生产成本下降50%以上。
图I是本实用新型热轧辊剖面结构示意图。
具体实施方式
一、涂层系统设计本实用新型基体4的材料选用合金结构钢40Cr ;涂层材料选用具有高的熔点、硬度、弹性模量以及优良的耐磨性的12CO-WC金属陶瓷粉体，同时添加Ni包WS2高温润滑剂和添加能细化晶粒和提高涂层致密性的稀土 La203。经过反复配比和试验，选用复合涂层材料的质量比为 12Co-WC Ni 包 WS2 :稀土 La203=72 : 26 : 2。涂层采用梯度结构，以NiCrAl合金粉末作为粘结层1，12Co_WC金属陶瓷粉体+ Ni包WS2 + La2O3作为工作层3，涂层的结构设计见表1，第I层为粘接层1，第2_3层为梯度过渡层2，第4层为功能层，也叫工作层3。表I涂层结构设计
权利要求1.一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊，包括材质为合金结构钢40Cr的热轧辊基体(4)，其特征是在所述的热轧辊基体表面喷涂有金属陶瓷复合涂层，所述的金属陶瓷复合涂层从内到外依次由粘接层(I)、梯度过渡层(2 )和工作层(3 )构成。
2.如权利要求I所述的带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊，其特征是粘接层(I)、梯度过渡层(2)和工作层(3)的厚度分别为200μπι、400μπι和400 μ m。
专利摘要本实用新型涉及一种带有复合润滑耐磨涂层的热轧辊，包括材质为合金结构钢40Cr的热轧辊基体(4)及其表面喷涂的金属陶瓷复合涂层，所述的金属陶瓷复合涂层从内到外由呈梯度过渡的粘接层(1)、过渡层(2)和工作层(3)构成。本实用新型解决了冶金热轧辊的表层磨损和受高温金属熔体浸蚀问题，可以大幅提高热轧辊的使用寿命，提高热轧制件的产品质量和稳定性，降低生产成本。
文档编号B21B27/02GK202366947SQ201120453088
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者赵运才 申请人:景德镇陶瓷学院