專利名稱：粉末冶金軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末冶金軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥及其制造的方法。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵冶金設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，滾動(dòng)式軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥得到廣泛應(yīng)用。由于導(dǎo)衛(wèi)輥工作條件惡劣，必須承受表面高溫、高速磨擦磨損、軋材沖擊、冷熱疲勞應(yīng)力作用，經(jīng)常因磨損、開(kāi)裂、粘鋼等原因失效。目前，軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥主要采用球墨鑄鐵、高鉻鑄鐵材料、Cr12MoV合金鋼材料、硬質(zhì)合金材料和復(fù)合堆焊材料。從現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，這些材料存在諸多問(wèn)題，影響導(dǎo)衛(wèi)輥使用效果。球墨鑄鐵是最早選用的材料，其耐磨性和抗熱沖擊性均不能滿足要求。高鉻鑄鐵材料隨著鉻含量的增加、合金元素偏析長(zhǎng)大的傾向明顯，導(dǎo)致脆性開(kāi)裂、且加工困難。Cr12MoV合金鋼材料在高溫的工況條件下容易產(chǎn)生退火現(xiàn)象，失去了耐磨性。每個(gè)班次需要停機(jī)更換導(dǎo)衛(wèi)輥，浪費(fèi)大量的生產(chǎn)時(shí)間。硬質(zhì)合金材料具有優(yōu)秀的耐磨性，但價(jià)格昂貴、脆性較大、特別是開(kāi)裂后一旦被帶入軋輥將使軋輥損壞，故難以推廣。復(fù)合堆焊材料受生產(chǎn)工藝的影響效率低下，又不可避免地存在缺陷，容易粘鋼或劃傷鋼材。根據(jù)綜合因素考慮，人們更多地使用Cr12MoV合金鋼材料，采用每班換輥的方法，以求生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。
近幾年來(lái)，高合金粉末冶金液相燒結(jié)材料的研究引起人們的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外做了大量的工作。盡管這方面的研究尚不十分成熟，但有些成果已經(jīng)在內(nèi)燃機(jī)排氣閥座、搖臂鑲塊上得到應(yīng)用。這類材料在軋鋼機(jī)械上的應(yīng)用尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥及其制造方法。通過(guò)材質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)和粉末冶金液相燒結(jié)技術(shù)，獲得了性能優(yōu)良的軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥。
粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥，其特征在于導(dǎo)位輥的粉末原料成份為Cr 8～20％；Mo 0.8～3.6％；W 0.5～2％；Ni、Co、Cu 3.5～7％；V 0.3～1.2％；BN 0.1～0.5％；C 1.8～2.5％；酰胺蠟粉0.5％；表面活性劑0.3～1％；余量為鐵粉；粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥物理性能材料密度ρ7.5～7.8g/cm3；硬度HRC50～63；抗彎強(qiáng)度1000～1300Mpa；徑向壓潰強(qiáng)度1500～1800Mpa；沖擊韌性αK3.9～5J/cm2；抗拉強(qiáng)度σb800～1200MPa。
粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥的制造方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、配料與混料采用水霧化Fe-Ni-Mo予合金鐵粉末和還原鐵粉，水霧化予合金鐵粉含量為50～95％，還原鐵粉含量為5～50％，鉻、鉬以高碳鉻鐵合金、鉬鐵粉末的形式加入，調(diào)節(jié)含量；Ni、Cu、Co為電解粉末，-200目，C為膠體石墨，W、V以予合金粉末形式加入，六方BN粉末粒度為-1μm；取Fe-Ni-Mo予合金鐵粉，將其50％的粉末裝進(jìn)混料機(jī)，取Fe-Cr粉末、其余各種粉末及硬脂酸鹽類，加入混料機(jī)，將余下的Fe-Ni-Mo予合金鐵粉加入混料機(jī)，混合1.5～3小時(shí)，取還原鐵粉，加入表面活性劑，小型混料機(jī)混合1.5～3小時(shí)；將混有表面活性劑的還原鐵粉加入混料機(jī)，再混合1.5～3小時(shí)，卸料；b、壓制成型模具設(shè)計(jì)參數(shù)彈性后效0.03％～0.1，收縮系數(shù)徑向3.0～4.0％、軸向4.0～4.5％，壓坯設(shè)計(jì)密度6.0～6.6g/cm3；壓制壓制壓力500～750MPa，雙向壓制，限位器限位，保壓時(shí)間20～30秒；c、燒結(jié)燒結(jié)采用純氫燒結(jié)工藝或真空燒結(jié)工藝，純氫燒結(jié)工藝燒結(jié)溫度1230℃～1300±3℃，保溫時(shí)間1～1.5小時(shí)，氫氣露點(diǎn)-50℃，氫氣流量5m3/小時(shí)，火焰高度80～100cm，推舟速度15～20分鐘/舟，冷卻水流量2m3/h，填料為1～3％碳黑和氧化鋁的混合物，燒結(jié)設(shè)備為推桿式粉末冶金燒結(jié)爐；真空燒結(jié)工藝燒結(jié)溫度1210℃～1280℃±2℃，保溫時(shí)間40～90分鐘，真空度＜5Pa，升溫速度100～180℃/小時(shí)，600～650℃保溫30～60分鐘，燒結(jié)完成后斷電降溫，600～700℃通入氮?dú)饫鋮s，出爐溫度＜70℃；d、熱處理熱處理采用普通熱處理或真空熱處理，普通熱處理熱處理設(shè)備為經(jīng)過(guò)密封處理的馬弗爐或井式爐，保護(hù)氣氛流量≥2m/h，維護(hù)爐內(nèi)正壓，淬火溫度860～1020℃，升溫速度＜100℃，保溫時(shí)間40～180分鐘，出爐空冷，200～600℃回火1～2小時(shí)；真空熱處理熱處理設(shè)備為真空熱處理爐，真空度＜10Pa，升溫速度80～100℃/小時(shí)，淬火溫度860～1020℃，保溫時(shí)間60～180分鐘，爐內(nèi)油淬，280～600℃回火2～3小時(shí)；
e、機(jī)械加工設(shè)備為精密數(shù)控車床，工程陶瓷刀片，車削速度60～200m/min，精車進(jìn)刀量0.01～0.2mm/r。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出優(yōu)點(diǎn)和有益效果體現(xiàn)在采用粉末冶金工藝技術(shù)，提供具有良好綜合性能的粉末冶金軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥。其金相組織為合金碳化物、回火馬氏體和少量的殘余奧氏體，晶粒細(xì)小均勻、無(wú)合金元素偏析和粗大組織形成，因此具有抗高速磨擦、磨損性能、能夠承受表面高溫作用、不產(chǎn)生退火現(xiàn)象，由于加入了自潤(rùn)滑材料組元，不僅具有良好的減磨性，而且不粘鋼。通過(guò)液相燒結(jié)技術(shù)方法，提高了制品的密度和機(jī)械性能。在制品的基體中存在少量的微觀封閉的球形空隙，能夠起到釋放熱應(yīng)力的作用，提高了抗冷、熱疲勞應(yīng)力的能力。
采用鋼模壓制成型，可以精確計(jì)算、控制燒結(jié)收縮，制品最大限度地接近最終形位尺寸，機(jī)械加工量較少，材料利用率可達(dá)95％以上，使得制造成本降低。粉末冶金導(dǎo)衛(wèi)輥可以連續(xù)使用3～5個(gè)班次，減少了更換導(dǎo)衛(wèi)輥的次數(shù)，提高了軋鋼工作效率。經(jīng)過(guò)修磨以后可以多次使用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥粉末原料成份為Cr 15％；Mo 1.2％；W 0.5％；Ni、Co、Cu 3.5％；V 0.5％；BN 0.3％；C 2.0％；酰胺蠟粉0.5％；表面活性劑0.7％；余量為鐵粉。
粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥制造方法操作步驟1、稱取總量為10公斤按上述原料成份配好的粉末，依次加入高效混料機(jī)，混合2小時(shí)；還原鐵粉加入0.7％的該性石蠟和聚乙二醇的丙酮溶液混和2小時(shí)，然后加入高效雙錐式混料機(jī)混料機(jī)，混合2小時(shí)，完成混料。
2、按檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)壓制試樣10個(gè)，φ60×φ30×H60的圓柱簡(jiǎn)體10件，壓制力680Mpa，壓坯密度6.5g/cm3，壓制設(shè)備為四柱式粉末冶金液壓機(jī)。
3、壓制后的坯件進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1270℃±3℃；保溫時(shí)間1.5小時(shí)；氫氣露點(diǎn)-50℃；氫氣流量5m3/小時(shí)；冷卻水流量2m3/h；填料為1.5％碳黑和氧化鋁的混合物，燒結(jié)設(shè)備為推桿式粉末冶金燒結(jié)爐。
4、燒結(jié)后的坯件進(jìn)行熱處理，熱處理設(shè)備為經(jīng)過(guò)密封處理的馬弗爐。采用氮?dú)?10％氫氣保護(hù)，少量碳黑填埋或滴加煤油，保護(hù)氣氛流量≥2m3/h，以維護(hù)爐內(nèi)正壓。淬火溫度940℃，升溫速度80℃，保溫時(shí)間120分鐘，出爐空冷。260℃回火，2小時(shí)。
5、熱處理后的坯件進(jìn)行機(jī)械加工，對(duì)試樣塊磨削加工，圓柱筒體精車，車削設(shè)備為精密數(shù)控機(jī)床，工程陶瓷刀片，車削速度200m/min，精車進(jìn)刀量0.02mm。
6、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥物理性能為材料密度ρ7.56g/cm3；硬度HRC56；抗彎強(qiáng)度1050Mpa；徑向壓潰強(qiáng)度1520Mpa；沖擊韌性αK4.0J/cm2；抗拉強(qiáng)度σb820MPa。
實(shí)施例2 粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥粉末原料成份同實(shí)施例1。
粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥制造方法操作步驟1、混料方法和壓制方法同實(shí)施例1，混制180公斤混合料。壓制120個(gè)導(dǎo)衛(wèi)輥坯料。
2、采用真空燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度1240℃±2℃；保溫時(shí)間50分鐘；真空度3Pa；升溫速度150℃/小時(shí)；600℃保溫30分鐘；燒結(jié)完成后斷電降溫，600℃通入循環(huán)氮?dú)饫鋮s，室溫出爐。
3、熱處理設(shè)備為真空熱處理爐，真空度8Pa；升溫速度80℃/小時(shí)；淬火溫度920℃；保溫時(shí)間120分鐘；爐內(nèi)油淬；300℃回火，2小時(shí)。
4、機(jī)械加工和性能檢測(cè)方法與實(shí)施例1相同，檢測(cè)結(jié)果為密度ρ7.68g/cm3；硬度HRC60；徑向壓潰強(qiáng)度1600Mpa；抗彎強(qiáng)度≥1200Mpa；沖擊韌性αK4.5J/cm2；抗拉強(qiáng)度σb1000MPa。
該制品用于φ20圓鋼軋制生產(chǎn)，無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，磨損率0.6/班，可以連續(xù)使用3個(gè)班次。修磨后仍可以使用3～5次。
權(quán)利要求
1.一種粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥，其特征在于導(dǎo)位輥的粉末原料成份為Cr 8～20％；Mo 0.8～3.6％；W 0.5～2％；Ni、Co、Cu 3.5～7％；V 0.3～1.2％；BN 0.1～0.5％；C 1.8～2.5％；酰胺蠟粉0.5％；表面活性劑0.3～1％；余量為鐵粉；粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥物理性能材料密度ρ7.5～7.8g/cm3；硬度HRC50～63；抗彎強(qiáng)度1000～1300Mpa；徑向壓潰強(qiáng)度1500～1800Mpa；沖擊韌性αK3.9～5J/cm2；抗拉強(qiáng)度σb800～1200MPa。
2.權(quán)利要求1所述粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥的制造方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、配料與混料采用水霧化Fe-Ni-Mo予合金鐵粉末和還原鐵粉，水霧化予合金鐵粉含量為50～95％，還原鐵粉含量為5～50％，鉻、鉬以高碳鉻鐵合金、鉬鐵粉末的形式加入，調(diào)節(jié)含量；Ni、Cu、Co為電解粉末，-200目，C為膠體石墨，W、V以予合金粉末形式加入，六方BN粉末粒度為-1μm；取Fe-Ni-Mo予合金鐵粉，將其50％的粉末裝進(jìn)混料機(jī)，取Fe-Cr粉末、其余各種粉末及硬脂酸鹽類，加入混料機(jī)，將余下的Fe-Ni-Mo予合金鐵粉加入混料機(jī)，混合1.5～3小時(shí)，取還原鐵粉，加入表面活性劑，小型混料機(jī)混合1.5～3小時(shí)；將混有表面活性劑的還原鐵粉加入混料機(jī)，再混合1.5～3小時(shí)，卸料；b、壓制成型模具設(shè)計(jì)參數(shù)彈性后效0.03％～0.1，收縮系數(shù)徑向3.0～4.0％、軸向4.0～4.5％，壓坯設(shè)計(jì)密度6.0～6.6g/cm3；壓制壓制壓力500～750MPa，雙向壓制，限位器限位，保壓時(shí)間20～30秒；c、燒結(jié)燒結(jié)采用純氫燒結(jié)工藝或真空燒結(jié)工藝，純氫燒結(jié)工藝燒結(jié)溫度1230℃～1300±3℃，保溫時(shí)間1～1.5小時(shí)，氫氣露點(diǎn)-50℃，氫氣流量5m3/小時(shí)，火焰高度80～100cm，推舟速度15～20分鐘/舟，冷卻水流量2m3/h，填料為1～3％碳黑和氧化鋁的混合物，燒結(jié)設(shè)備為推桿式粉末冶金燒結(jié)爐；真空燒結(jié)工藝燒結(jié)溫度1210℃～1280℃±2℃，保溫時(shí)間40～90分鐘，真空度＜5Pa，升溫速度100～180℃/小時(shí)，600～650℃保溫30～60分鐘，燒結(jié)完成后斷電降溫，600～700℃通入氮?dú)饫鋮s，出爐溫度＜70℃；d、熱處理熱處理采用普通熱處理或真空熱處理，普通熱處理熱處理設(shè)備為經(jīng)過(guò)密封處理的馬弗爐或井式爐，保護(hù)氣氛流量≥2m/h，維護(hù)爐內(nèi)正壓，淬火溫度860～1020℃，升溫速度＜100℃，保溫時(shí)間40～180分鐘，出爐空冷，200～600℃回火1～2小時(shí)；真空熱處理熱處理設(shè)備為真空熱處理爐，真空度＜10Pa，升溫速度80～100℃/小時(shí)，淬火溫度860～1020℃，保溫時(shí)間60～180分鐘，爐內(nèi)油淬，280～600℃回火2～3小時(shí)；e、機(jī)械加工設(shè)備為精密數(shù)控車床，工程陶瓷刀片，車削速度60～200m/min，精車進(jìn)刀量0.01～0.2mm/r。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粉末冶金軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥及其制造的方法。通過(guò)材質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)和粉末冶金液相燒結(jié)技術(shù)，獲得了性能優(yōu)良的軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥。粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥的粉末原料成分為Cr 8～20％；Mo 0.8～3.6％；W 0.5～2％；Ni、Co、Cu 3.5～7％；V 0.3～1.2％；BN 0.1～0.5％；C 1.8～2.5％；酰胺蠟粉0.5％；表面活性劑0.3～1％；余量為鐵粉。粉末冶金軋鋼導(dǎo)位輥的制造方法包括以下步驟a.配料與混料；b.壓制成型；c.燒結(jié)；d.熱處理；e.機(jī)械加工。粉末冶金導(dǎo)衛(wèi)輥可以連續(xù)使用3～5個(gè)班次，減少了更換導(dǎo)衛(wèi)輥的次數(shù)，提高了軋鋼工作效率。經(jīng)過(guò)修磨以后可以多次使用。
文檔編號(hào)C22C33/02GK1609256SQ200310104870
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者李成威, 孫本良 申請(qǐng)人:鞍山科技大學(xué)