CN100382907C - 一种高线硬质合金复合辊环及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高线硬质合金复合辊环，其辊环体包括辊环基体及复合工作层，材料为碳化钨硬质合金的辊环基体与材料为硬度和密度均高于辊环基体的碳化钨硬质合金粉料的复合工作层经复合烧结而成一体。制造该高线复合辊环的工艺为：将辊环基体与不掺成型剂的硬质合金粉料同时装入石墨模具，经振动装实后一同装入专用的中频液压振动烧结机中进行热压烧结，再进行二次正压烧结，检验合格后经磨削加工，制成成品。本发明可提高辊环工作层硬度及耐磨性，提高辊环的轧制量和使用寿命，可使高线大量的报废辊环得以再生利用，节约大量的贵重金属资源。适用于最终轧制速度达每秒一百多米的高速线材生产线上精轧机组轧制线材、钢筋等。

Description

一种高线硬质合金复合辊环及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高速线材轧制生产线上的精轧机组用辊环及其制造工艺，属于硬质合金粉末冶金技术领域。

背景技术

现有的原生辊环如图1所示，由使用单位根据生产需要在其辊环外圆上开出轧制线材用槽后，安装在精轧机组(十几个架次)上成对使用。在生产中由于高温、高速和高压造成辊环磨损，辊环要经常下线修磨槽形和外径，当其外径修磨到规定尺寸时(修磨十几次，重量减少约30％。连续寿命约60天)便下线报废，见附图2，图2中的A部分表示经多次修磨损耗去的部分。从工作性质可见1件辊环应由两部分组成：1、损耗去的部分即工作层，要求其硬度高、耐磨性好、轧制量大。2、报废的部分即基体，要求其韧性好、强度高、不碎裂。

现有技术生产的辊环是由单一成份的常规硬质合金材料烧结而成，是整体式结构。其制造工艺是：合金粉料掺入成型剂充分混合后→模压成型→冷等静压(压力达200MPa)→加热真空去除成型剂→真空烧结(功率约100KW，保温约90min)→热等静压(压力100MPa，总功率约120KW，保温约60min)→磨削加工→成品。

上述现有技术的不足之处在于：1、现有的一件辊环只能用同一成份牌号的合金粉料加工成型，在设计其成份牌号时，满足了基体的强度、韧性要求，即首先保证工作中不出现碎辊、裂辊等现象，就不易保证工作层硬度、耐磨性的要求，尽管现有辊环为不同架次生产了不同牌号的辊环，但因上述原因，现有辊环还是不能加大工作层的硬度做到内柔外刚。2、现有的工艺技术由于工艺方法的局限，不能使报废后的辊环实现再生利用。3、现有的辊环生产工艺比较复杂，加热工序多，成型压力很高，保温时间长，因此能耗较高。

发明内容

为了克服现有辊环不能很好满足工作层的硬度、耐磨性要求和现有的生产工艺不能使报废的辊环实现再生利用的不足，本发明的目的在于：提供一种高线硬质合金复合辊环及其制造方法，该高线硬质合金复合辊环能实现内柔外刚，即让工作层的材料硬度、密度及耐磨性高于基体，从而提高辊环的轧制量和使用寿命。该制造方法还可以使报废的辊环得到复合再生利用，节约大量贵重金属和能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高线硬质合金复合辊环，在其辊环体外圆上开有轧制线材用槽。所述的辊环体是由工作层和基体两部分组成的复合式结构；工作层与基体材料牌号不相同。该工作层为一环形体，复合在基体的外圆上，材料为碳化钨硬质合金的辊环基体与材料为硬度和密度均高于辊环基体的碳化钨硬质合金粉料的复合工作层经复合烧结成为一体。所述的高线硬质合金复合辊环的环体尺寸与原生辊环尺寸相同。

所述的复合工作层可采用0.5-1μm的亚微或小于0.5μm的纳米级硬质合金材料与基体复合烧结为一体，工作层的硬度和强度比辊环基体分别高100％和60％。

所述的复合辊环基体可用中频液压振动烧结及磨削加工工艺方法获得。也可利用报废的旧辊环做为复合辊环基体。

一种专用于制造上述高线硬质合金复合辊环的工艺方法，该方法包括以下的工艺步骤：

(1)将复合辊环基体与工作层的不掺成型剂的硬质合金粉料同时装入石墨模具中进行振动、加盖、压实。硬质合金粉料可选用高于基体硬度和密度1-2个牌号的常规硬质合金粉料，也可选用性能更好的亚微和纳米级硬质合金材料。合金粉料将形成复合辊环的工作层和磨削加工层。用不掺成型剂的合金粉料的目的是与基体良好结合，同时省去脱除成型剂的工序，又减少了因成型剂引发材料缺陷的可能。

(2)再放入专用的中频液压振动烧结机中进行升温、加压、振动烧结，该压力振动液相烧结工序的温度为1380℃，压力3MPa，保温时间10分钟，使工作层与基体烧结为一体。

(3)烧结完成后，待工件降温至600℃以下，取出工件，检查毛坯复合辊环，合格后再放入专用的电阻氩气烧结炉中进行二次正压液相烧结，升温至1300℃-1400℃，(根据工作层材料不同选择)当达到烧结温度时，压力调至8MPa，保温30分钟后，停机随炉冷却。此工序是为了进一步提高毛坯复合辊环的密度，消除辊环材料中可能存在的孔隙等缺陷。

(4)当炉温低于400℃时，工件出炉冷却，经检验合格后对辊环平面、内孔和外圆进行磨削加工，即制成高线硬质合金复合辊环。

所述的复合辊环基体可用中频液压振动烧结及磨削加工工艺方法获得。也可利用报废的旧辊环做为基体。

本发明高线硬质合金复合辊环中的基体部分可由以下工艺步骤获得：

(1)将不掺成型剂的2-4μm的常规硬质合金粉末装入石墨模具中振动、加盖、压实。压力3MPa；

(2)进行中频液压振动液相烧结，温度为1380℃，压力3MPa，保温60分钟，冷却后出炉；

(3)磨削加工平面、内孔和外圆后成为基体部分。

本发明高线硬质合金复合辊环的基体部分还可利用报废的旧辊环，经表面净化处理后与材料为硬质合金粉末的工作层进行复合烧结，从而使报废辊环得到再生利用。

本发明的有益效果是：

1.双层复合式结构，更科学合理，符合辊环工作性质

本发明的创新点在于：①高线硬质合金复合辊环为复合式结构，是由工作层和基体两部分组成。②高线硬质合金复合辊环的工作层、基体是由成份、牌号不同的硬质合金材料复合而成。③一种专用于制造高线硬质合金复合辊环的工艺方法。与现有技术一件辊环的工作层和基体部分由成份、牌号完全相同的材料组成的整体式辊环相比，本发明将现有的整体辊环从结构上分为基体部分和工作层部分，并且工作层的材料硬度和耐磨性均高于基体部分，因而可以提高辊环的轧制量和使用寿命。同时基体部分又保证不发生碎辊、裂辊现象，达到内柔外刚的效果。

2.本发明高线硬质合金复合辊环具有更好的使用性能

本发明两种不同材料牌号构成的高线硬质合金复合辊环比现有的单一材料牌号的原生辊环具有更好的使用性能，更具有明显优势，可提高轧制量30％以上。原生辊环为保证不碎辊、不裂辊，一般硬度最高只能达到86HRA，密度最高达到14.1g/cm³。而本发明的高线硬质合金复合辊环，在保证基体部分强度不变的情况下，可使工作层硬度达到88HRA，密度达到14.9g/m³以上，从而使耐磨性明显提高。

3.本发明高线硬质合金复合辊环具有更为优越的材料性能

本发明高线硬质合金复合辊环的工作层可采用亚微和纳米级硬质合金，与常规牌号的硬质合金相比具有更高的硬度、耐磨性和强度。硬度可达HV₃₀1980，提高近一倍。强度可达3700MPa，提高近60％，因此具有更为优越的材料性能，烧结后可以得到没有孔隙的显微组织，应是今后辊环的发展方向。

4.使高线大量的报废辊环得以再生利用，节约大量的贵重金属资源

本发明可用报废辊环作为复合辊环的基体部分，从而使大量的报废辊环得到再生利用，可节约大量的钨、钴类贵重金属资源，与现有辊环相比可降低制造成本30％。目前，我国在线和在建的高速线材生产线约有100多条，每年下线报废的硬质合金辊环达26000余件，按新辊环价值计算达3.6亿元。报废辊环重量达450吨左右，造成了大量的钨、钴类贵重金属资源的浪费。采用本发明技术后，可使这些报废辊环再生利用，每年可创产值约2.5亿元，利税7500万元，新增就业岗位2000余个，可为高线生产企业节约辊环备件费用1.1亿元，再生利用的贵重金属价值达1.6亿元。

5.本发明工艺简单，耗能低

本发明工艺简单，省去了模压成型、冷等静压和加热烘干成型剂等工序。所用专用设备功率小，烧结压力低，只有现有的原生辊环烧结压力的1/25，保温时间短，只有原生辊环的1/3，与原生辊环生产工艺相比较，可节省用电消耗50％以上。每生产一件辊环，本发明的复合再生工艺可比现有的原生辊环生产工艺节电约400KWh，若每年报废辊环全部采用本发明方法进行复合再生，则每年可节电约1000万KWh。节能效果显著。

附图说明

图1是现有的原生辊环纵向剖视图

图2是使用到尺寸后下线的报废辊环纵向剖视图

图3是本发明高线硬质合金复合辊环的纵向剖视图

图4是本发明高线硬质合金复合辊环的制造工艺流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图3所示为本发明高线硬质合金复合辊环的一个实施例，图中B表示复合工作层，C表示复合辊环的基体部分。工件规格为Φ228.3mm，工作层B采用硬度为87HRA，密度为14.3/cm³的碳化钨硬质合金粉料，而辊环基体C的碳化钨硬质合金材料硬度为85HRA，密度13.9g/cm³，用该双牌号材料经复合工艺烧结成一体，再经磨削加工成为复合辊环成品。再如，工件规格为Φ168.66mm，辊环基体碳化钨硬质合金材料硬度为85HRA，密度13.9g/cm³，工作层碳化钨硬质合金材料硬度为88HRA，密度达14.9g/cm³，经复合工艺制成工作层与基体相差两个牌号的复合辊环，再经磨削加工成为复合辊环成品。

本发明高线硬质合金复合再生辊环制造方法的实施例如下：请参见图4所示，本实施例是利用报废后的旧辊环为基体，经表面净化处理后与不掺成型剂的碳化钨硬质合金粉料同时装入石墨模具，装有粉料和报废辊环的模具经振动装实后加盖一同装入专用的功率为100千瓦的中频液压振动烧结机中，进行升温、加压、振动液相烧结，温度升至1380℃，压力3MPa，保温10分钟。烧结完成后待工件降温至600℃以下，取出工件，检查烧结为一体的毛坯辊环，检查合格后，再放入专用的电阻氩气烧结炉中，进行二次提高密度的正压液相烧结，每炉放置两件，然后升温、加压，当达到烧结温度时1400℃，压力调至8MPa，保温30分钟后停机随炉冷却。当炉温低于400℃时，工件出炉冷却。检验合格后，进行磨削机加工。对内孔、端面、外圆按图纸要求磨到尺寸和精度。检查合格后，即为复合再生辊环。本发明可使一件辊环得到两次复合再生。

本发明适用于最终轧制线速达每秒一百多米的复合高线辊环，轧制线材(钢筋)。

Claims (4)

1.一种高线硬质合金复合辊环，在其辊环体外圆上开有轧制线材用槽，其特征在于：所述的复合辊环体包括辊环基体及与该辊环基体的材料牌号不同的复合工作层，该复合工作层为一环形体，复合在辊环基体的外圆上；材料为碳化钨硬质合金的辊环基体与材料为硬度和密度均高于辊环基体的碳化钨硬质合金粉料的复合工作层经复合烧结而成一体。

2.一种专用于制造权利要求1所述的一种高线硬质合金复合辊环的方法，其特征在于：该方法包括以下的工艺步骤：

(1)将复合辊环基体与复合工作层的硬质合金粉料同时装入石墨模具中进行振动、压实；

(2)再放入专用的中频液压振动烧结机中进行升温，加压、振动烧结，该压力振动液相烧结工序的温度为1380℃，压力3MPa，保温10分钟；

(3)烧结完成后，待工件降温至600℃以下，取出工件，检查已烧结为一体的毛坯辊环，合格后再放入专用的电阻氩气烧结炉中进行二次正压液相烧结，根据工作层材料不同升温至1300℃-1400℃，当达到烧结温度时，压力调至8MPa，保温30分钟，停机随炉冷却；

(4)当炉温低于400℃时，工件出炉冷却，经检验合格后进行磨削加工，即制成高线硬质合金复合辊环。

3.根据权利要求2所述的一种高线硬质合金复合辊环的制造方法，其特征在于：所述的辊环基体部分可由以下工艺步骤获得：

(1)将不掺成型剂的2-4μm的常规硬质合金粉末装入石墨模具中振实；

(2)进行中频液压振动烧结，温度为1380℃，压力3MPa，保温60分钟；

(3)磨削加工后成为基体部分。

4.根据权利要求2所述的一种高线硬质合金复合辊环的制造方法，其特征在于：所述的辊环基体部分可利用报废的旧辊环，经表面净化处理后获得，与材料为硬质合金粉末的工作层烧结成为一体。

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