CN101914750B - 有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法，可将轧辊的使用寿命提高1至5倍。该方法包括先对轧辊进行液相铝镁锰硅多元共渗及抛光处理，然后进行渗氮及抛光处理，最后对轧辊进行氧化处理，使轧辊的表面形成致密的具备优良的力学性能与物理化学性能的厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成，对轧辊表面固着，使有色金属热轧轧辊的应力状态下的耐腐蚀性能与抗热疲劳性能显著提高。该方法在对轧辊进行共渗处理前的预备热处理工艺可以为调质处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面强化处理方法，尤其是涉及一种有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法。
背景技术
据统计，传统的有色金属热轧轧辊有的在连续轧制600吨左右的金属杆料后便失效；轧辊的使用寿命较短严重制约了连轧设备的生产效率，且使产品的生产成本居高不下。
为了解决有色金属热轧轧辊使用寿命较短的问题，现有技术措施为：1、更换材料，通过使用不同的热作模具钢制造轧辊；2、提高轧辊孔型沟槽表面硬度，传统的有色金属的热轧轧辊的热处理工艺一般为调质处理工艺；近二十年来，该技术领域的改进方向主要放在了如何提高轧辊孔型沟槽表面硬度技术措施上。例如，镀硬铬、碳氮共渗、QPQ处理等；但上述技术方法对提高有色金属的热轧轧辊的使用寿命没有显著效果。原因在于人们对于有色金属的热轧轧辊的失效机理认识不足。中国专利200410051107.5公开了一种合金轧辊的表面处理方法和制造方法，使轧辊表面形成厚度15μm-35μm的氮化与氧化组织层，该技术被包含在了上述的技术概述当中，且该技术对轧辊使用寿命的提高效果并不明显。
经研究，有色金属热连轧成型(热挤压加工与冷加工亦然)过程中，由于轧辊是钢铁材料，与有色金属材料的电极电位不同，所以轧辊、有色金属轧材和轧制润滑液(水性乳液)组成的加工体系也就成了一个化学原电池体系。当轧材为铜合金材料时，轧辊是“牺牲阳极”；轧辊经受着轧制应力条件下的电化学腐蚀与腐蚀条件下的应力(热应力与轧制应力)疲劳作用。故传统的轧辊在较短的工作时间里其孔型沟槽表面就出现了疲劳破坏特征的“龟裂花纹”而报废。
当轧材为铝合金、镁合金时，轧材是“牺牲阳极”，轧材与乳化液的反应产生氢气，轧辊经受着轧制应力条件下的氢腐蚀，轧辊孔型沟槽表面层的晶界因氢原子的渗入而弱化。轧辊经受着轧制应力条件下的氢腐蚀与氢腐蚀条件下的应力(热应力与轧制应力)疲劳作用。故传统的轧辊在较短的工作时间里其孔型沟槽表面就出现了疲劳破坏特征的“龟裂花纹”而报废。
针对有色金属的热轧轧辊的失效机理，使用本发明的有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法，可实现热轧条件下的轧辊孔型沟槽表面层材料晶界强化与稳定；消除原电池形成途径；提高轧辊孔型表面耐腐蚀性能与抗磨损性能；提高轧辊的表层抗疲劳性能，可以显著提高轧辊的使用寿命并降低生产成本，轧辊使用寿命可提高1至5倍。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可提高轧辊使用寿命的有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法，包括以下工艺方法步骤：
A、对所述轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为500-600℃，处理时间为100-125s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由60-70％Al，20-30％Mg，0.5-1.5％Mn，8.5-9.5％Si组成；
B、对步骤A得到的轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为500-600℃，处理时间为120-300min；
C、将步骤B得到的轧辊进行抛光处理，去除表面的疏松层；
D、将步骤C得到的轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为350-500℃，处理时间为10-30min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
进一步的是：步骤A中在对所述轧辊进行共渗处理前，先对上述轧辊进行预备热处理工艺，所述预备热处理工艺为调质处理。
本发明的有益效果是：实现热轧条件下的轧辊孔型沟槽表面层材料晶界强化与稳定；消除原电池形成途径；提高轧辊孔型表面耐腐蚀性能与抗磨损性能；提高轧辊的表层抗疲劳性能；可以显著提高轧辊的使用寿命并降低生产成本，轧辊使用寿命可提高1至5倍。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步说明，以下所列实施例为本发明的非限定性实施例，有关成分配比和工艺参数可在允许的范围进行调整，这种调整对本发明没有实质性影响。
实施例一：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为550℃，处理时间为120s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由70％Al，20％Mg，1.5％Mn，8.5％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，即多元复合陶瓷膜，所述渗氮处理的温度条件为570℃，处理时间为180min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为420℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。上述氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层中的氧来自各个处理步骤中不可避免的引入的氧原子，铁来自轧辊所用的材料本身。
实施例二：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为550℃，处理时间为120s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由70％Al，20％Mg，1％Mn，9％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为570℃，处理时间为180min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为420℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例三：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为560℃，处理时间为110s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由65％Al，25％Mg，1％Mn，9％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为560℃，处理时间为180min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为420℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例四：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为560℃，处理时间为110s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由65％Al，25％Mg，0.5％Mn，9.5％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为560℃，处理时间为180min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为430℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例五：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为570℃，处理时间为105s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由65％Al，25％Mg，1.5％Mn，8.5％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为550℃，处理时间为150min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为450℃，处理时间为20min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例六：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为570℃，处理时间为105s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由65％Al，26％Mg，1％Mn，8％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为550℃，处理时间为150min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为420℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例七：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为580℃，处理时间为100s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由70％Al，20％Mg，1.5％Mn，8.5％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为550℃，处理时间为150min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为420℃，处理时间为25min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
实施例八：
先对轧辊进行调质处理；再对轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为540℃，处理时间为125s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由60％Al，30％Mg，1.5％Mn，8.5％Si组成；然后对轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为560℃，处理时间为240min，接着对轧辊进行抛光处理，去除轧辊表面的疏松层；最后对轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为440℃，处理时间为20min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
Claims (2)
1.有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法，其特征是包括以下工艺方法步骤：
A、对所述轧辊进行液相铝镁锰硅扩散共渗处理及渗后抛光处理，经抛光处理后的渗层厚度控制在10μm-25μm，所述共渗处理的温度条件为500-600℃，处理时间为100-125s，其中所述液相铝镁锰硅按重量百分比由60-70％Al，20-30％Mg，0.5-1.5％Mn，8.5-9.5％Si组成；
B、对步骤A得到的轧辊进行渗氮处理，使轧辊的表面形成厚度为15μm-30μm的氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，所述渗氮处理的温度条件为500-600℃，处理时间为120-300min；
C、将步骤B得到的轧辊进行抛光处理，去除表面的疏松层；
D、将步骤C得到的轧辊进行氧化处理，所述氧化处理的温度条件为350-500℃，处理时间为10-30min，使轧辊的表面形成厚度为20μm-35μm氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层，其中氮氧铁锰铝镁硅多元复合陶瓷组织层由正方和六方晶系陶瓷相复合而成。
2.如权利要求1所述的有色金属热加工轧辊的多元复合陶瓷膜表面强化处理方法，其特征是：步骤A中在对所述轧辊进行共渗处理前，先对上述轧辊进行预备热处理工艺，所述预备热处理工艺为调质处理。
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