专利名称：复合轧辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合用作复合轧辊硬质表面的金属陶瓷材料，复合轧辊包括金属芯和金属陶瓷材料的硬质表面，以及在金属芯上形成硬质表面的方法。
本发明尤其涉及的，当然绝不是唯一的，是用在结构钢生产中的轧辊。这种轧辊通常由钢或铁材料铸造的。
用在结构钢生产中的轧辊其主要要求是(a)抗磨损，使轧辊表面的磨损和局部损伤减至最小;
(b)均匀磨损的能力，以致能保持轧制产品精确尺寸公差;
(c)抗热疲劳裂纹的产生和扩展;
(d)抗机械力的抗压强度和抗拉强度;
(e)韧性。
这些要求的相对重要性依轧机的阶段而改变。例如，抗热疲劳裂纹的产生和扩展在粗轧机与精轧机相比是更为重要的要求。因此，具有用于精轧机中可接受的组合性质的轧辊用在粗轧机中则不可接受。
建议在结构钢的轧制中使用复合轧辊，该轧辊包括金属芯和金属陶瓷材料的硬质表面。根据理论，金属陶瓷材料应很好地适合上述要求，通过选择金属陶瓷材料的个别成分使之包括韧性的基体和该基体中分散的硬的碳化物，以及调节该成分相对比例，使硬质表面的性质最佳化，以克服上述某些要求，如抗磨损和韧性不一定相容的问题，然而根据实践，至今还未能够制成金属芯上金属陶瓷硬质表面来形成一种轧辊，该轧辊能充分地符合上述要求。在某种程度上提供这样一种情况，困难在于将看上去合适的金属陶瓷材料涂到金属芯上形成一种微观组织可接受的硬质表面而且连接金属芯。微观组织的考虑包括需要有均匀分散的碳化物颗粒和最小的局部缺陷。难于使用金属陶瓷材料的另一个因素是必须能够对硬质表面机械加工，以形成可接受的性质的表面。
本发明目的是减少前段文字所述的缺点。
按照本发明，提供一种复合轧辊，该轧辊包括金属芯和金属芯上的金属陶瓷材料硬质表面，该金属陶瓷材料包括分散在合金中的碳化铌。合金的成分包括以合金总重为准计30-45%(重量)的铁，合金的组织包括分散在基体中的碳化物。
对金属芯上金属陶瓷材料硬质表面的实验工作中出乎意料地发现，合金中铁的浓度显著影响合金中碳化物的分布(为了将该碳化物区别于碳化铌，下文中把它叫作“二次碳化物”)。尤其发现，为了获得二次碳化物在金属陶瓷材料硬质表面中的均匀分散，这对于获得金属陶瓷材料的均匀性质必要的，合金应当包括以合金总重计的30-45%(重量)的铁。
以合金总重量计，合金包括32-43%(重量)的铁是优选的。
特别优选的合金是，以合金总重计，包括35-40%(重量)的铁。
金属陶瓷材料包括10-60%(体积)的碳化铌且余为合金，这是优选的。
特别优选的是金属陶瓷材料包括20-40%(体积)的碳化铌，余为合金。
最佳的是金属陶瓷材料包括20-30%(体积)的碳化铌，余为合金。
典型的金属陶瓷材料包括25%(体积)的碳化铌。
优选的是合金为铁-钴基合金或铁-镍基合金。
特别优选的是铁-钴基合金和铁-镍基的合金包括任意一种或多种下列元素。
(a)铬铬与钴和镍形成固溶体。此外，氧化铬形成表面层，它可提供优异的抗高温氧化和腐蚀的性能。
(b)钼、钨、铌、钽、钒这些元素形成碳化物，加入后提高基体的硬度和热强性。这些元素也使基体时效硬化。
(c)钛、铝这些元素形成金属间化合物，它们使基体时效硬化。
(d)硅硅起脱氧剂的作用。
(e)锰锰起脱氧剂和脱硫剂的作用。
按照本发明，也提供一种适合用作轧辊硬质表面的金属陶瓷材料，该金属陶瓷材料包括碳化铌和前段所述的合金。
按照本发明，还提供形成前段所述轧辊的方法，该方法包括将碳化铌颗粒与合金和/或合金组分的混合物熔焊到芯上。
优选的是，进行熔焊步骤利用等离子传送电弧硬质堆焊体系。
也优选的是，等离子传送电弧硬质堆焊体系的粉末和等离子气体每种包括直到10%(体积)的氢且其余为氩。
利用实施例并参照所附的显微照片进一步叙述本发明。
图1是按照本发明优选金属陶瓷材料硬质表面的低倍放大显微照片(放大12.8倍)的典型图;
图2是硬质表面中等放大显微照片(放大160倍);
图3是硬质表面高倍放大显微照片(放500倍)。
显微照片所示的硬质表面的制成方式是将包括30%(体积)的NbC，50%(体积)的NistellC和20%(体积)的CEAC高纯铁的混合物的金属陶瓷材料，用STELLITESTARWELD等离子传送电弧硬质堆焊体系，600型吹管熔焊到钢基体上。以三次操作运行来涂敷硬质表面。氩和氢的混合物全部以气流方式使用。
NistelleC的化学成分列于下面(以重量%表示)CNiMnSiCrMoFeVW0.1平衡1.01.016.517.06.00.34.5显微照片表明表明，硬质表面包括相当均匀的一次碳化物(即碳化铌)的分布，以及在铁-镍合金中二次碳化物以三种明显的形态的均匀分布，即(a)相当大，块状;(b)“汉字”状，和(c)共析体。
合金中铁的总浓度，考虑到CEAC高纯铁和NiselleC中的铁，以合金总重计为37%(重量)。
显然，在内熔焊热作用区域内二次碳化物在形态方面没有明显的变化。
在硬质表面的抛光和浸蚀表面测量硬质表面的硬质。得到下列Vickers硬度值(用30kg负载)。
(a)第一次熔焊试验＝335，309，330和318，平均值＝323，(b)第二次熔焊试验＝350，339，341，334，328和326，平均值＝336.3，(c)第三次熔焊试验＝327，314，333和333，平均值＝324.2。
以上结果表明熔焊试验硬度接近的均匀性，结合观察到的在内熔焊热作用区内二次碳化物中无明显形态变化，这个发现表明硬质表面应呈现均匀磨损的响应。
以上实施例说明，包括分散在合金中碳化铌颗粒的金属陶瓷材料的合金中铁的浓度对二次碳化物在金属陶瓷材料硬质表面的合金相中的分布有出乎意料的影响。如上所示，特别是发现了这个情况，即，为了得到二次碳化物在这种金属陶瓷材料硬质表面中的均匀分布，这对于为了得到硬质表面的均匀硬度特性十分重要，则合金包括以合金总重计30-45%(重量)的铁。
尤其发现，以合金总重计，铁在合金中的浓度低于30%(重量)和高于45%(重量)的情况下，当该金属陶瓷材料作为芯上硬质表面沉积时就会导致二次碳化物在合金相中的分布有明显改变。结果，硬质表面的硬度有明显变化，这对轧辊是不可接受的。
权利要求
1.一种复合轧辊，包括芯和芯上的金属陶瓷材料硬质表面，该金属陶瓷材料包括分散在合金中的碳化铌，合金的成分包括以合金总重计30-45%(重量)的铁，合金的组织包括分散在基体中的碳化物。
2.根据权利要求1的复合轧辊，其中合金包括以合金总重计32-43%(重量)的铁。
3.根据权利要求2的复合轧辊，其中合金包括以合金总重计35-40%(重量)的铁。
4.根据上述任一权利要求的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括10-60%(体积)的碳化铌，余为合金。
5.根据权利要求4的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括20-40%(体积)的碳化铌，余为合金。
6.根据权利要求5的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括20-30%(体积)的碳化铌，余为合金。
7.根据上述任一权利要求的复合轧辊，其中合金包括铁-钴基合金或铁-镍基合金。
8.一种适宜用作轧辊硬质表面的金属陶瓷材料，包括碳化铌和合金，合金成分包括以合金总重计30-45%(重量)的铁，合金的组织包括分散在基体中的碳化物。
9.根据权利要求8的复合轧辊，其中合金包括以合金总重计32-43%(重量)的铁。
10.根据权利要求9的复合轧辊，其中合金包括以合金总重计35-40%(重量)的铁。
11.根据权利要求8-10任一个的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括10-60%(体积)的碳化铌，余为合金。
12.根据权利要求11的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括20-40%(体积)的碳化铌，余为合金。
13.根据权利要求12的复合轧辊，其中金属陶瓷材料包括20-30%(体积)的碳化铌，余为合金。
14.根据权利要求8-13任一个的复合轧辊，其中合金包括铁-钴基合金或铁-镍基合金。
15.一种制成权利要求1-7任一个的复合轧辊的方法，包括将碳化铌颗粒与合金和/或合金组分的混合物熔焊到芯上。
16.根据权利要求15的方法，其中进行熔焊步骤利用等离子传送电弧硬质堆焊体系。
17.根据权利要求16的方法，其中等离子传送电弧硬质堆焊体系的粉末和等离子气体每种包括直到10%(体积)的氢，余为氩。
全文摘要
公开了一种金属陶瓷材料，一种包括芯和金属陶瓷材料硬质表面的复合轧辊，和制成该复合轧辊的方法。金属陶瓷材料包括碳化铌颗粒和合金，合金的成分包括以合金总重计30—45％(重量)的铁。在芯上形成硬质表面以制成复合轧辊时，合金的组织包括分散在基体内的二次碳化物。制成复合轧辊的方法包括将金属陶瓷材料熔焊在芯上。
文档编号C22C32/00GK1096234SQ93121419
公开日1994年12月14日 申请日期1993年11月18日 优先权日1992年11月18日
发明者P·R·沙克斯比 申请人:布罗肯希尔有限公司