專利名稱：用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高線軋機熱軋鋼絲用的硬質(zhì)合金輥環(huán)，特別是能用于高線軋機 成品機架熱軋鋼絲的硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，硬質(zhì)合金輥環(huán)已廣泛地用于鋼鐵行業(yè)的高線軋機高速熱軋鋼絲，可 用于高線軋機的預精軋、精軋和減定徑的各個機架。硬質(zhì)合金輥環(huán)在使用中， 輥環(huán)的軋槽表面受到高速前進的紅鋼沖擊(換坯時的黑頭鋼沖擊力更大)，接著， 鋼坯被擠壓變細變長，然后離開軋槽，使軋槽在瞬間受到?jīng)_擊擠壓發(fā)生彈性變
形和彈性回復，而且高溫(750 1050°C)高速軋制，其變形和回復的程度和次 數(shù)很高，因此，要求輥環(huán)要有很高的抗沖擊韌性和抗熱疲勞、熱裂紋性能。同 時，高速軋制還使單位時間通過輥環(huán)的線材更多，這就要求輥槽表面要有很高 的耐磨性。線材軋制變形時產(chǎn)生的大量熱能又提高了軋制時的溫度，必須進行 水冷卻，冷卻水一般都偏酸性或堿性，并帶有微量的細小硬粒，飛速旋轉(zhuǎn)的輥 環(huán)又要承受時冷時熱的交變應(yīng)力，這更要求輥環(huán)要有高的導熱性能和較高的抗 裂紋、抗腐蝕性能。
隨著軋制技術(shù)的發(fā)展，高線軋機對硬質(zhì)合金輥環(huán)質(zhì)量和使用壽命的要求越 來越高，特別是出最終產(chǎn)品的成品機架(一般為高線軋機的最后兩架)，軋制速 度最高， 一般線速度都在90米/秒以上，最高可達140米/秒；輥環(huán)的輥徑最小， 轉(zhuǎn)速也最高；又必須確保軋制鋼絲表面質(zhì)量。因此，要求硬質(zhì)合金輥環(huán)既具有 更高的導熱率和耐磨性，又具有更高的抗沖擊韌性、抗熱疲勞和抵御熱裂紋的 形成和擴展的能力，才能提高輥環(huán)的使用壽命。本行業(yè)技術(shù)人員都知道，為此 應(yīng)盡可能選用粗晶WC，并降低合金中的鈷含量，并開展了大量的研究。中國專 利97114701.9就公開了一種"耐熱開裂和耐磨性提高的熱軋用輥環(huán)"，該發(fā)明 的硬質(zhì)合金輥環(huán)特征是WC晶粒是圓形的，平均粒徑為3 10um，最大粒徑不超出平均值的兩倍，組織中小于平均粒徑值一半的晶粒不大于2%。該發(fā)明還提出了制備這種輥環(huán)的方法通過帶或不帶篩分的噴射碾磨將WC粉末碾磨成已除去粗晶粒和細晶粒的窄粒徑分布的粉末，把該wc粉末與能形成粘結(jié)相已得到預期最終組成的粉末、壓制劑和增稠劑在不碾磨條件下、即不發(fā)生粒徑減少條件 下、 一起濕法混合成料漿，用噴霧干燥法干燥料漿，根據(jù)標準工藝用噴霧干燥粉末壓制輥環(huán)并燒結(jié)。在混合前可用鈷涂覆WC粉末。該專利采用噴射碾磨制取 窄粒徑分布的WC粉末，采用或不采用鈷涂覆WC的方法在不碾磨的條件下制備混合料，在實際運用中存在的主要問題是將WC粉末、壓制劑和增稠劑一起濕法混合成料漿，而不經(jīng)碾磨，粘結(jié)相在合金難于均勻分布，粘結(jié)相和wc晶粒之間的結(jié)合強度不夠，必然影響硬質(zhì)合金輥環(huán)的質(zhì)量及其質(zhì)量的穩(wěn)定性，最終影響輥環(huán)使用性能。該專利提供的實施例中，其輥環(huán)僅能用于軋制速度為40米/ 秒的不銹鋼鋼絲軋制。此外，該專利制備的輥環(huán)對WC粉末的粒徑要求苛刻，必 然增加生產(chǎn)設(shè)備的復雜性和工藝控制的難度，不僅增加生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量也 難以穩(wěn)定。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述己有技術(shù)存在的粘結(jié)相在合金中分布不均勻，且與wc晶粒結(jié)合強度不夠等技術(shù)缺陷，提供一種wc和粘結(jié)相具有更均勻的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和結(jié)合強度，更高的導熱系數(shù)，更高的硬度和耐磨性的硬質(zhì)合金輥 環(huán)，它能用于具有最高轉(zhuǎn)速和軋制速度的高線軋機成品機架，不僅使軋材具有 優(yōu)良的表面質(zhì)量，而且使用壽命較長。為此，本發(fā)明同時從原料和工藝入手，制備粗晶鎢粉和碳化鎢粉，增大硬質(zhì)相WC的平均晶粒度；采用濕磨制備碳化鎢、粘結(jié)相和成型劑混合料，強化粘 結(jié)相的分布均勻性和結(jié)合強度來實現(xiàn)本發(fā)明發(fā)明目的。其具體技術(shù)方案如下本發(fā)明的這種用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，WC含量為85 94wt%， WC晶粒為具有清晰邊界的不規(guī)則多邊形，平均晶粒度為3. 2 8. 0 u m， 粘結(jié)相含量為6 15wt%，粘結(jié)相為純鈷，或為鈷和鎳復合粘結(jié)相，或為鈷、鎳 和鉻復合粘結(jié)相，合金中的粘結(jié)相呈l 2um的均勻分布。所述WC平均晶粒度優(yōu)選為4. 0 6. 0 " m。本發(fā)明的這種用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，在采用鈷和鎳復合粘結(jié)相制備時，粘結(jié)相中Ni的含量優(yōu)選為20 55wt%。本發(fā)明的這種用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，在采用鈷、鎳和鉻 復合粘結(jié)相制備時，優(yōu)選粘結(jié)相中Ni的含量為20 55wt%， Cr的含量不超過 8wt%。本發(fā)明在制備WC晶粒為具有清晰邊界的不規(guī)則多邊形，平均晶粒度為 3.2 8.0um，合金中的粘結(jié)相呈1 2um均勻分布的硬質(zhì)合金輥環(huán)的制備方 法包括將原料黃鎢在900 105(TC還原制備粗晶鎢粉，對制備的粗晶鎢粉進 行氣流分級篩選，選取Fsss粒度大于9. 0 u m的粗晶鎢粉在1900 220(TC進行 碳化，制備出Fsss粒度為9 17 u m的粗晶原料WC，將粗晶原料WC、粘結(jié)相和 成型劑混合在濕磨機中碾磨，將碾磨后的混合料噴霧干燥、壓坯、脫蠟、低壓 燒結(jié)成輥環(huán)。本發(fā)明的優(yōu)點是從優(yōu)選原料氧化鎢(選取黃鎢W03)入手，高溫還原制備出 粗晶鎢粉，并經(jīng)氣流分級選取大粗晶鎢粉，然后高溫碳化成粗晶原料碳化鎢粉， 再將粗晶原料碳化鎢粉、粘結(jié)相和成型劑在濕磨機中適當碾磨制備出混合均勻， 又基本保留碳化鎢粗晶特征的混合料。因此制備的硬質(zhì)合金輥環(huán)，具有較高的 硬度，硬度HRA》84(HV3》870);具有較好的靭性，抗彎強度》2480 N/ mm2，斷 裂韌性為(18 22) MN/m3/2 (斷裂韌性的測試采用公式& = 0.15 ，通過測量HV維氏硬度值和E1為四個角的裂紋長度之和來計算)，有fe^的抵御機械 應(yīng)力破壞和裂紋擴展的能力，完全滿足高線軋機成品機架苛刻的使用要求。與 其它成品架輥環(huán)相比，它的導熱性能好，推遲了軋槽熱裂紋的產(chǎn)生和軋槽的磨 蝕磨損，減少了輥環(huán)經(jīng)熱循環(huán)產(chǎn)生的疲勞，并且由于其表面硬度高，軋材的表 面質(zhì)量好。本發(fā)明的這種輥環(huán)的軋槽壽命比其它牌號硬質(zhì)合金輥環(huán)的壽命高2 3倍以上。


圖l是本發(fā)明硬質(zhì)合金輥環(huán)的金相顯微照片(1600X); 圖2是本發(fā)明制備的粗晶原料碳化鎢粉的SEM顯微照片； 圖3是本發(fā)明輥環(huán)斷裂韌性測試圖示。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明選用的粗晶原料WC采用黃鎢(W03)工藝制備，將黃鎢在900 1050t:的溫度下進行高溫還原，制備出所需的粗晶鎢粉。對制備的粗晶鎢粉進行氣流分級篩選，篩選出Fsss粒度大于9.0um (微米)的鎢粉在1900 220(TC下 進行高溫碳化，制備的出所需的粗晶原料WC，測量粗晶原料WC的Fsss粒度， 滿足9 17ym之間。粗晶原料WC的SEM照片如圖2所示。然后將優(yōu)選制備出 的粗晶原料WC、粘結(jié)相以及成型劑(石蠟、PEG等) 一起在濕磨機進行碾磨。 碾磨的目的主要是使WC、粘結(jié)相和成型劑等充分地均勻分散，增加WC和粘結(jié) 相的結(jié)合強度。同時，采用常規(guī)的手段盡可能降低碾磨效率(比如采用縮短碾 磨時間、降低球料比的方法)，以減少碾磨使晶粒過分變細的作用。然后，采用 噴霧干燥法干燥混合料，用噴霧干燥粉末壓制輥環(huán)坯，用氫氣脫蠟，低壓(氬 氣，5MPa)燒結(jié)制備出硬質(zhì)合金輥環(huán)。制備的輥環(huán)中WC晶粒為不規(guī)則的多邊形， 具有清晰的邊界，WC的平均晶粒度大于3.2um，為3.2 8.0um，合金中的粘 結(jié)相分布均勻，分布為1 2um，合金的金相微觀組織如圖1所示。合金中的 硬質(zhì)相(WC)和粘結(jié)相結(jié)合強度高，測量的斷裂韌性為圖3所示，測試結(jié)果滿 足為(18 22) MN/m3/2。為了滿足高線軋機成品機架對耐磨性的要求，本發(fā)明通過提高合金中硬質(zhì) 相(WC)的含量來提高耐磨性，硬質(zhì)相(WC)的含量為85 94wt%，合金的硬度 值HRA》84(HD870)。為了滿足不同高線軋機的使用環(huán)境(主要包括軋機冷卻水狀況PH值，水 中懸浮物等指標)，以及提高輥環(huán)在高溫(750 950°C)下的使用性能，本發(fā)明 也選擇不同粘結(jié)相結(jié)構(gòu)。高線軋機冷卻水狀況好，ra》7.2，水中懸浮物含量小 于15mg/L，可選用純鈷粘結(jié)相，含量為6 15w"/。；高線軋機冷卻水狀況較差， PH<7.2，成偏酸性，對鈷的的存在腐蝕作用加劇，可選用耐腐蝕的(Co+Ni)復 合粘結(jié)相，含量為6 15wty。，其中粘結(jié)相中Ni的含量占20 55wt9&;為進一步 提高合金材質(zhì)的高溫使用性能，可選用在(Co+Ni)復合粘結(jié)相中添加Cr的 (Co+Ni+Cr)的合金粘結(jié)相，其中Cr在粘結(jié)相中的最高含量為8wt呢。6D顏IELI減定徑模塊，使用于最后兩架(31#、 32#)，硬質(zhì)合金輥環(huán)規(guī)格-外徑212mm，內(nèi)徑120mm，高度60，軋制速度105米/秒，坯料出口溫度95(TC， 軋制鋼種ER50-6，軋制規(guī)格05.5mm，冷卻水PH值7.2。根據(jù)本發(fā)明的粗晶原料WC的制備方法，選取黃鎢(W03)在(950 1050) 'C下進行高溫還原，對制備的粗晶鎢粉進行氣流分級篩選，篩選出Fsss粒度大 于9.0um(微米)的鎢粉在1950 2050。C下進行高溫碳化，制備的出所需的粗 晶原料WC，測量粗晶原料WC的Fsss粒度為12, 5 u m (微米)，SEM照片滿足圖 2所示。根據(jù)本發(fā)明制得的硬質(zhì)合金輥環(huán)材質(zhì)選取的純鈷粘結(jié)相，含量分別為 92w線的WC和8wty。的鈷，與成型劑石蠟在濕磨機中進行研磨，通過噴霧干燥法 進行干燥制粒，然后壓制、脫蠟低壓燒結(jié)，制得的合金微觀組織滿足圖1所示， 測量合金平均晶粒度為4. 2 u m，硬度HRA達到88. 0 (HV3為1200)，抗彎強度 2800 N/騰2，測得的斷裂韌性為20. 89 MN/m3/2。通過軋制使用，對鋼絲表面進行嚴格的檢測，該輥環(huán)單槽過鋼量為120多 支(2.3噸/支)，軋制噸位為300噸/槽，滿足了該高線軋機的使用要求。實施例2:摩根六代軋機減定徑機組最后兩架，硬質(zhì)合金輥環(huán)規(guī)格外徑156mm，內(nèi) 徑94ram，高度57mm，軋制速度112米/秒，坯料出口溫度(780 1050) °C，軋 制鋼種SAE1008B，軋制規(guī)格0)5.5mm，冷卻水PH值7.2。根據(jù)本發(fā)明的粗晶原料WC的制備方法，選取黃鎢(W03)在(950 1050) 'C下進行高溫還原，對制備的粗晶鎢粉進行氣流分級篩選，篩選出Fsss粒度大 于9.0um(微米)的鎢粉在1950 2050'C下進行高溫碳化，制備的出所需的粗 晶原料WC，測量粗晶原料WC的Fsss粒度為12.5um (微米)，SEM照片滿足圖 2所示。根據(jù)本發(fā)明制得的硬質(zhì)合金輥環(huán)材質(zhì)選取的(Co+Ni+Cr)合金粘結(jié)相， 粘結(jié)相含量分別4. 5wty。的Co、 5. 5wty。的Ni和0. 5wty。的Cr 、余量為WC,與成 型劑石蠟在濕磨機中進行研磨，通過噴霧干燥法進行干燥制粒，然后壓制、脫 蠟低壓燒結(jié)，制得的合金微觀組織基本滿足圖1所示，測量合金平均晶粒度為 4.0um，硬度HRA達到86.0 (HV3為1000)，抗彎強度2600 N/訓2，測得的斷7裂韌性為19. 38 MN/m3/2。通過軋制使用，對鋼絲表面進行嚴格的檢測，該輥環(huán)單槽過鋼量軋制噸位 為500噸/槽，滿足了該高線軋機的使用要求。
權(quán)利要求
1、一種用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，WC含量為85～94wt％，粘結(jié)相含量為6～15wt％，粘結(jié)相為純鈷，或為鈷和鎳復合粘結(jié)相，或為鈷、鎳和鉻復合粘結(jié)相，其特征在于WC晶粒為具有清晰邊界的不規(guī)則多邊形，平均晶粒度為3.2～8.0μm，合金中的粘結(jié)相呈1～2μm的均勻分布。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金輥環(huán)，其特征在于所述WC平均晶粒度 為4. 0 6. Oum。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，其 特征在于采用鈷和鎳復合粘結(jié)相時，粘結(jié)相中Ni的含量為20 55wt%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)，其 特征在于采用鈷、鎳和鉻復合粘結(jié)相時，粘結(jié)相中Ni的含量為20 55wty。， Cr 的含量不超過8wt%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)的制備方 法，包括粗晶原料WC制備，將粗晶原料WC、粘結(jié)相和成型劑在濕磨機中碾磨， 將碾磨后的混合料噴霧干燥、壓坯、脫蠟、低壓燒結(jié)，其特征在于將原料黃鎢 在900 105(TC還原制備粗晶鎢粉，對制備的粗晶鎢粉進行氣流分級篩選，選 取Fsss粒度大于9.0um的粗晶鎢粉在1900 220(TC進行碳化，制備出Fsss 粒度為9 17 u m的粗晶原料WC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高線軋機成品機架的硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制備方法，該輥環(huán)有優(yōu)良的耐磨性和抗熱裂紋擴展能力，WC晶粒為不規(guī)則的多邊形，有清晰的邊界，合金的平均晶粒度大于3.2μm，粘結(jié)相分布均勻，β相分布為(1～2)μm；其制備過程中，粗晶WC采用黃鎢工藝，高溫還原制備所需的粗晶W粉，對制備的粗晶鎢粉進行氣流分級篩選，選取Fsss粒度大于9.0μm的W粉進行高溫碳化生產(chǎn)，制備的粗晶原料WC的Fsss粒度為(9～17)μm；采用碾磨的方法對WC、粘結(jié)相和成型劑等進行均勻分散，用特殊工藝降低碾磨效率，保證粗晶WC的完整性；用噴霧干燥法干燥混合料，壓制輥環(huán)，采用氫氣脫蠟低壓燒結(jié)一體工藝進行生產(chǎn)。
文檔編號B21B27/00GK101648213SQ20091004422
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者張忠健, 王憶民, 陽冬元, 龍堅戰(zhàn) 申請人:株洲硬質(zhì)合金集團有限公司