[发明专利]一种高耐磨复合轧辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于轧钢轧辊技术领域，特别是提供了一种高耐磨复合轧辊及其制备方法，适用于热轧带钢轧机工作轧辊的制造。

背景技术

轧辊是轧钢生产中大量消耗的重要部件，轧辊质量的好坏不仅影响着轧材的表面质量，而且还影响着轧机的作业率，直接制约着企业的经济效益。2011年我国轧材产量达到8.813亿吨，如果每吨轧材平均辊耗为1.5kg/t,意味着全国每年需要消耗轧辊量大约为132万吨，需要消耗资金将高达210亿元以上，所以，提高轧辊使用寿命，降低轧辊消耗，对节能减排、实现绿色钢铁具有十分重要的意义。在现有的生产技术中，热轧带钢轧机工作轧辊通常采用离心复合高镍铬钼无限冷硬铸铁轧辊，即NiCrMo无限冷硬Ⅳ铸铁轧辊，如日本专利技术JP6281206和JP61124532。离心复合高镍铬钼无限冷硬铸铁轧辊在使用过程中存在的普遍问题是轧辊耐磨性差，甚至出现辊面裂纹、剥落等破坏性损坏，据统计，每年造成非正常性损坏的消耗占整个热轧带钢轧机工作轧辊消耗量的30%以上，对整个行业的经济效益造成很大的影响。出现这些问题的主要原因，一方面由于铸铁轧辊材料中仅仅依赖Fe₃C作为耐磨相，M₃C型碳化物显微硬度仅有840—1100HV，硬度低、耐磨性差；另一方面Fe₃C通常是以网状结构分布在基体中，因此，耐冷热疲劳强度低、抗热裂纹和韧性差，在使用过程中工作辊受到高温轧件和冷却水的交替作用，以及轧制压力和轧件冲击力的反复交变作用下，使辊面受到疲劳应力和剪切应力超出了材料的强度极限，从而造成辊面裂纹和剥落等破坏性损坏。

尽管专利CN 102274923A公开了一种铸件表面原位合成碳化钨基硬质合金涂层的方法，该方法采用真空消失模铸造工艺，将W粉、石墨粉和金属粉末混合，加入粘结剂制成粉末涂料膏剂，涂覆在EPS泡沫塑料模型表面活填充在模型的孔或槽内，在浇注过程中，利用钢液的高温引发自蔓延合成反应，发生3W+2C→WC+W2C反应，形成碳化钨基硬质合金相，得到表面和局部自蔓延熔覆碳化钨基硬质合金涂层的铸件。

该方法从原理上是可行的，但是，该发明技术不足之处是碳化钨基硬质合金涂层只形成在铸件表面，而轧辊是要经过多次修复使用的磨损件，在整个工作层内力求于成分均匀、组织均匀、耐磨性相近，这一特征要求是该发明技术无法实施的。

发明内容

本发明目的在于提供一种高耐磨复合轧辊及其制备方法，该轧辊成分设计、制造工艺合理，所制造的轧辊强度高、韧性好、抗事故能力强、使用寿命长。

本发明的轧辊工作层材料采用耐磨性好、具有高硬质相的碳化钨强化合金半钢，轧辊芯部采用石墨钢，轧辊工作层碳化钨强化合金半钢材料与轧辊芯部石墨钢材料为完全冶金结合。

所述的轧辊工作层碳化钨强化合金半钢材料的化学成分重量百分数为：C1.2-2.1%，Si0.3-1.0%，Mn0.5-1.2%，Cr0.5-3.5%，Ni1.0-4.5%，Mo0.3-1.0%，P≤0.035%，S≤0.030%，WC0.1-5.0%，余量为Fe；

所述的轧辊芯部石墨钢材料的化学成分重量百分数为：C1.4-1.8%，Si1.4-2.0%，Mn0.3-0.8%，Ni0.3-0.8%，Cr0.01-0.3%，Mo0.01-0.3%，P＜0.035%，S＜0.030%，余量为Fe。

本发明轧辊制造方法是采用现有普遍使用的卧式离心铸造工艺方法将两种具有不同性质和作用的金属材料熔合成一体。首先将碳化钨颗粒按要求的粒度预制好，按轧辊工作层、芯部的具体成分要求进行分别冶炼，当用做轧辊工作层的半钢金属液化学成分及温度达到设定要求时出钢，外层钢水出钢扒渣后立即采用氩气为载体将碳化钨颗粒喷吹进钢水中，再浇入到高速旋转的离心机铸型内，钢水的浇铸温度为1450-1550℃，浇铸时铸型的温度为50-200℃，铸型内涂料厚度为2-5mm，离心机转速的线速度为8-15米/秒。用作轧辊工作层含有高硬度质点碳化钨颗粒的半钢钢水是在离心力作用下结晶凝固，致密度高、耐磨性好。