[发明专利]高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法

说明书

本发明公开了高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法，属于金属陶瓷合金技术领域，解决现有的轧辊辊环外层抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感的技术问题，包括压制混合粉末，压制混合粉末的配料包括：TiCN，TiC，TiN；WC，Mo₂C，ZrNbC，Cr₃C₂，Co‑Ni；本申请高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷辊环外圈具有高的耐磨性、高的热传导性及耐腐蚀性能，综合性能优异。低合金钢内圈易于加工，增加了加工的经济性，该类金属陶瓷复合轧辊采用外层和内层结构组装而成，使金属陶瓷轧辊辊环磨削加工工序简化，同时又降低了合金制造成本，组装方便，适宜于批量生产。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷合金技术领域，更具体的是涉及金属陶瓷辊环技术领域。

背景技术

20世纪60年代第一台全新结构的摩根45°高速线材精轧机问世后，有色冶金行业线材生产领域的不断革新，线、棒材轧制速度大大提升，其轧辊、辊环及滚动导卫(导辊)是其主要消耗部件，过去使用的轧辊材料大都是工具钢和铸铁制成，约占到生产成本的8％～25％。轧辊或辊环质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响所轧线材的质量。辊环的工作条件非常恶劣，线材轧件通过时轧辊表面的温度可达900℃～1150℃，轧辊易出现碎辊、裂辊或轧槽等，其主要原因有：轧制过程中辊环直接与高温轧件接触，辊环与辊轴所产生的热应力也是不相同的，辊环还要受到轧制应力的作用。同时还需承受高频交替的热应力冲击。辊环轧制咬入高温棒线材后，接受其传递的热量。受瞬间高温影响，表层因温度急剧升高而膨胀，次表层温度因传热限制基本保持不变，表层受到压应力而次表层为受到拉应力。吐出棒线材后，轧槽与线材脱离，因受冷却水的作用，表层温度很快降低而收缩，使表层变为拉应力状态而次表层变为压应力状态。辊环每旋转一周，其表层就进行一次拉压应力循环，多次反复的拉压结果和交变的冲击载荷的作用下，轧槽表面发生机械变形，在轧槽表面就会出现热疲劳进而产生热疲劳裂纹，并逐渐在辊环表面和内部形成显微裂纹。高频交替热冲击对辊环作用的结果就是热疲劳裂纹的产生，即典型的龟裂纹的形成。承受高速的磨损和磨蚀。辊环在对高速棒线材进行轧制压延的同时，轧槽也承受着棒线材的高速摩擦磨损。另外，冷却水中固体粒子以及氧化铁鳞也会对其产生冲刷和磨料磨蚀，承受冷却水一定的腐蚀作用。由于轧制冷却水都具有一定的酸碱性，辊环在此环境中发生电化学反应，结果对辊环造成腐蚀。热轧线材用复合轧辊的性能而言，材质上必须满足以下要求：平滑的表面光洁度，足够的耐磨性，良好的抗断裂强度，优良的抗腐蚀、抗热疲劳、抗热龟裂性能等。

当前的轧辊主要采用铸钢件或复合WC-Co硬质合金作外层轧辊辊环和整体硬质合金作轧辊，铸钢件轧辊轧制高速线材时寿命仅为硬质合金轧辊的25％～40％左右，且精度不高。而复合WC-Co硬质合金轧辊作外层热轧辊或整体作轧辊，尽管具有良好的强度、耐磨性和使用帮命，但是密度比铸钢辊大，所制备的轧辊环偏重，通常需要调整现有的整套轧制工艺参数才能适应生产，其二其抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感，因而影响到轧辊的使用寿命，导致生产线材表面光洁度差，其三部分或整体硬质合金作轧辊时所含贵重金属W，Co等元素比例较大，其价格相对更加昂贵。因此，制备更加经济适用的高温耐磨耐腐蚀金属陶瓷复合轧辊十分迫切。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述现有的铸钢件轧辊寿命低及WC-Co硬质合金作为外层轧辊辊环时，密度大，达到14.78g/cm³，抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感的技术问题，本发明提供高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，金属陶瓷材质包括压制混合粉末，压制混合粉末的配料包括：45～65wt％TiCN，1.5～10wt％TiC，1.5～8wt％TiN，8.5～25wt％WC，1.0～4.5wt％Mo₂C，1.5～7.5wt％ZrNbC，1.0～3.5wt％Cr₃C₂，12～20wt％Co-Ni。