[发明专利]耐热开裂和耐磨性提高的热轧用轧辊

说明书

本发明涉及热轧钢丝和钢条用的胶结碳化物轧辊。这些轧辊是用含WC及由Co或者一种Co+Ni或Co+Ni+Cr的合金构成的粘结相的胶结碳化物品牌制成的。

与铸铁、钢或高速钢制成的轧辊相比，用胶结碳化物制成的热轧用轧辊的表面温度低。这将推迟热裂纹的产生并降低在轧槽中的磨蚀磨损，(轧槽是轧辊与热坯相接触时轧辊的槽状部分)。它也将减少轧辊经热循环产生的疲劳。总之，这常使轧槽的寿命比用其他材料制成的轧辊的寿命多10-20倍，并已导致广泛利用胶结碳化物轧辊热轧丝、条和异形材。

胶结碳化物的热导率与粘结相的含量成反比，这是因为碳化钨比粘结相的热导率高。当增大粘结相含量时由于减少了碳化物/碳化物界面区，故在粘结相内发生更多的热传递。

当为一定的热轧用途选择组成时常遇到一个问题即平衡两种需求：抵抗机械应力的坚韧材料和把粘结相含量降至最低以使材料具有尽可能高的热导率从而抵抗热裂纹的形成和热疲劳，并在不增加由于机械过载造成的裂纹的危险下得到尽可能长的轧槽寿命。

由送进轧辊的热坯的冷端造成的许多冲击和高分离力导致高的机械应力，它导致所用的品牌应具有从600到1250HV3范围内的硬度和从10到30％重量百分比的钴含量。为了保持这样低的硬度值，必须尽可能使用粗晶品牌，必须能在不增加硬度下减少粘结相含量，从而降低了材料的韧性。

胶结碳化物是通过粉末冶金方法制备的，包括湿磨含有能形成硬质成分的粉末和粘结相粉末的粉末混合物，把碾磨的混合物干燥成为具有良好流动性的粉末，把干燥后的粉末压制成所需形状的块体，并最后烧结。

高强度的碾磨过程是在不同尺寸的碾磨机中用胶结碳化物碾磨体进行的。据认为为了在碾磨过的混合物中得到均匀分布的粘结相，碾磨是必要的。据认为高强度的碾磨能使混合物产生活性，该活性在烧结过程中进一步促进了致密结构的形成，碾磨时间在几小时到几天的数量级。

用碾磨粉末制备的材料在烧结后的显微结构的特征在于，尖锐的有棱角的WC晶粒具有相当宽的WC粒径分布，常含有相当大的晶粒，它是由于烧结过程中细晶粒的溶解、再结晶和晶粒长大而造成的。

美国专利5505902和5529804公开了制备胶结碳化物的方法，根据这些方法基本排除了碾磨，为了在粉末混合物中得到均匀分布的粘结相，而是对硬质成分晶粒用粘结相进行预涂覆，该混合物进一步与压制剂混合、压制成型并烧结。在所述的第一个专利中涂覆是用溶胶-凝胶法进行的，在第二个专利中，是用多元醇。在使用这些方法时由于不存在烧结过程中晶粒长大，故有可能保持与烧结前同样的晶粒尺寸和形状。

图1是1200X下根据原有技术制备的胶结碳化物轧辊的显微结构照片

图2是1200X下根据本发明的胶结碳化物轧辊的显微结构照片

图3是根据原有技术制备的胶结碳化物轧辊的照片，表明了使用一段时间后轧槽的磨损图案。

图4是根据本发明制备了胶结碳化物轧辊的照片，表明了使用同样时间后轧槽的磨损图案。

现已令人意外地发现用上述美国专利的工艺制备的胶结碳化物具有改善的机械、热和疲劳性能，结果使热轧用轧辊的性能得到提高。在最终所得材料中，WC骨架的邻接度(Contiguity)比用磨碾粉末制备的具有相同粘结相含量和相同硬度的材料的值高，它们之间唯一的区别是由于碾磨粉末在烧结过程中有显著的再结晶和晶粒长大而造成的结构的不同，烧结过程中的不同行为使材料得到更高的WC骨架的邻接度，导致材料有更高的热导率。由于材料产生了更连续和刚性的WC骨架，故也可预计它有更高的强度。更窄的粒径分布和由于可控烧结过程造成的不存在很粗的WC晶粒，也导致材料对裂纹的产生和扩展有更好的抵抗性。

根据本发明，提供了一种热轧用轧辊，它含有70～95wt％，优选地85～94％的WC；粘结相只有钴或者是一种含20～35wt％的Ni，最高10wt％的Cr和可能添加的最高5wt％的钼的Co-Ni-Cr合金；WC晶粒是圆形的，平均粒径在3～10μm之间，优选地4-8μm；最大粒径不超出平均值的两倍，结构中小于平均粒径值一半的晶粒不大于2％。