一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法技术

一种多相二硼化钛/碳氮化钛‑不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，按照重量百分比，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；将粉体装入金属模具中模压成型，制成辊环形状；先将辊环形状的坯体放入固相烧结，制成热轧辊环预制体；将热轧辊环预制体进行机械加工，得到需要的辊环尺寸；将机械加工后的热轧辊环预制体进行高温烧结，得到二硼化钛/碳氮化钛‑不锈钢金属陶瓷热轧机辊环。本发明专利技术过程工艺易操作，制备的金属陶瓷成分简单，不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少，成本低廉，具有良好的耐磨性，使用寿命长，重量轻，适合工业推广。

Preparation method of roller for multi-phase titanium diboride / carbon nitride titanium stainless steel cermet hot rolling mill

A preparation method of multi-phase titanium diboride/titanium carbide_stainless steel cermet roll ring for hot rolling mill is described. According to the weight percentage, TiB2, Ti (C, N), Fe, Ni, Cr, Mn, Si and C powders are mixed evenly, then wet-grinded, dried and sifted under the protection of argon gas to obtain powder. The preform of hot roll ring is prepared by putting the preform of roll ring shape into solid phase sintering; the preform of hot roll ring is machined to get the required roll ring size; the preform of hot roll ring is sintered at high temperature to obtain titanium diboride/titanium carbide_stainless steel cermet hot rolling. Machine roller ring. The process of the invention is easy to operate, the composition of the prepared cermet is simple, does not contain W and Co strategic scarce resources, uses less Ni content, has low cost, has good wear resistance, long service life, light weight, and is suitable for industrial promotion.

【技术实现步骤摘要】
一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法
本专利技术属于热轧机金属陶瓷辊环，具体涉及一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法。
技术介绍
金属陶瓷由于具有高硬度、耐高温、良好的耐磨损、耐腐蚀性能在工业耐磨领域大量使用。以Ti(C,N)和TiB2陶瓷为硬质相的复合硬质相金属陶瓷通常晶粒细小、力学性能优良，具有良好的耐磨性、抗高温氧化性，是制备高速热轧辊的新型材料。目前热轧机所使用的硬质合金辊环由WC和Co两种组分经热压烧结制成，这种辊环缺点是大量使用W、Co等战略稀缺元素，价格昂贵且供应不稳定，导致通常的硬质合金轧辊价格高，增加了企业生产成本；在高于500℃环境下WC和Co都开始氧化，硬质合金热轧辊耐高温性能差；并且Co易溶于酸，在冷却水存在下可腐蚀，因此降低了硬质合金热辊环使用寿命和加工质量。因此，在保证优良力学性能条件下，降低金属陶瓷辊环成本，改善抗氧化、耐酸腐蚀性能具有重要的意义。公开号CN1174764A，名称为“金属陶瓷辊环”的中国专利，公开了一种以WC、Al2O3、ZrO2、Co为主要成分，添加2-10wt.％NbC或TaC的金属陶瓷辊环。虽然该辊环具有较高的硬度和耐磨性，能提高热轧机生产效率，但是该金属陶瓷轧辊密度大、能耗高，大量使用了有毒的WC和Co，导致金属陶瓷生产成本高，对生产工人有毒害作用。公开号CN101716656A，名称为“一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法”的中国专利，公开介绍了一种金属陶瓷复合辊环，其中作为辊环的金属陶瓷由如下成分构成：Mo:20～60wt.％，Fe：30～50wt.％，B：1～15wt.％，V：1～15wt.％，Cr：1～15wt.％，Ni：1～15wt.％，C：0.1～2wt.％。该复合辊环具有较低的成本和良好的耐磨性，但是金属陶瓷辊环中的硬质相原位生成，通常晶粒粗大，材料硬度不高，脆性较大。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述缺陷，目的在于提供一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，本专利技术成分简单，不含稀缺战略资源W、Co，使用Ni含量少，生产过程中无毒害作用，产品硬度高，耐磨性好。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，包括以下步骤：(1)混料：按照重量百分比为TiB2：1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％以及C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中模压成型，制成辊环形状；(3)固相烧结：先将辊环形状的坯体放入固相烧结，制成热轧辊环预制体；(4)机械加工：将热轧辊环预制体进行机械加工，得到需要的辊环尺寸；(5)高温烧结：将机械加工后的热轧辊环预制体进行高温烧结，得到二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环。本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中湿磨具体过程为：在混合均匀的粉末放入球磨罐中，加入占混合均匀的粉末质量1％～2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为(5～20)：1，球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时间为4h～20h。本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中干燥具体过程为：采用旋转蒸发仪烘干，烘干温度为55℃～75℃，真空度为0.09MPa。本专利技术进一步的改进在于，步骤(2)中模压成型具体为：在100～400MPa压力下保压30s～120s。本专利技术进一步的改进在于，步骤(3)中烧结温度为800℃～1000℃，时间为10～90min。本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)中高温烧结时真空度为10-2Pa。本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)中烧结的温度为1200℃～1500℃，烧结时间为0.5h～1.5h。本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)中自室温升温，1000℃以下升温速率为8℃/min，1000℃以上升温速率为4℃/min。本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)中烧结后随炉冷却。本专利技术进一步的改进在于，该金属陶瓷热轧机辊环的硬度值范围为75HRA～93HRA，抗弯强度为800MPa～1800MPa。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术中原料经混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结制备形成，制备TiB2/Ti(C,N)-不锈钢金属陶瓷辊环材料，成分简单，不含W、Co等战略稀缺资源，使用Ni含量少，以TiB2/Ti(C,N)为硬质相，以不锈钢为粘结相，成本低廉；由于本专利技术中不使用有毒的WC和Co，所以生产成本低的同时对生产工人无毒害作用。本专利技术中加入TiB2一方面高温氧化环境下能够形成液态B2O3氧化膜，起到润滑减摩的作用，另一方面TiB2作为可以作为形核基底促进非自发形核，有利于获得硬质相晶粒细小的金属陶瓷轧辊。形成的金属陶瓷辊环致密度高，具有良好的耐磨性，使用寿命长，重量轻，主要力学指标优良(硬度75～93HRAHRA，抗弯强度800～1800MPa)，可用于高温精轧工况，适合工业推广。附图说明图1为本专利技术金属陶瓷热轧机辊环的结构示意图。图2为本专利技术的金属陶瓷热轧机辊环的电镜扫描照片SEM图。其中，1为金属辊环。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：本专利技术的TiB2/Ti(C,N)-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备工艺，制备的辊环组成为TiB2/Ti(C,N)复合硬质相和不锈钢粘结相，不锈钢由Fe、Ni、Cr、Mn、Si、C元素组成。各组分重量配比为TiB2:1～20％，Ti(C,N)：59％～79％,Fe：20％～30％,Ni：2.5％～3.5％,Cr：5％～6.5％,Mn：0.2％～0.3％,Si：0.05％～0.08％,C：0.02％～0.03％。具体实施方法为：1)按照上述配比将粉末混料；2)混料后在高能行星球磨机中进行湿磨；3)将球磨后浆料进行烘干；4)干燥后粉末用模压机进行模压制成辊环坯体；5)将辊环坯体在真空烧结炉中进行固相烧结，制备成辊环预制体；6)将辊环预制体从真空炉中取出进行切削精加工；7)加工后金属陶瓷预制体放入真空炉中进行高温烧结得到金属陶瓷辊环。本专利技术过程工艺易操作，制备的金属陶瓷成分简单，不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少，成本低廉，具有良好的耐磨性，使用寿命长，重量轻，适合工业推广。实施例1一种多相TiB2/Ti(C,N)-不锈钢金属陶瓷热轧辊环的制备方法，制备顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空固相烧结、机械加工、高温液相烧结步骤，具体如下：(1)混料：选用市售纯度不低于99％的TiB2、Ti(C,N)(碳氮化钛)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合，各组分照质量百分比为TiB2:1％，Ti(C,N)：74％，Fe：17.965％，Ni：2.25％，Cr：4.5％，Mn：0.2125％，Si：0.055％以及C：0.0175％；(2)球磨：在混合后的原料放入球磨罐中，加入占其质量百分比为2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相二硼化钛/碳氮化钛‑不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按照重量百分比为TiB2：1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％以及C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中模压成型，制成辊环形状；(3)固相烧结：先将辊环形状的坯体放入固相烧结，制成热轧辊环预制体；(4)机械加工：将热轧辊环预制体进行机械加工，得到需要的辊环尺寸；(5)高温烧结：将机械加工后的热轧辊环预制体进行高温烧结，得到二硼化钛/碳氮化钛‑不锈钢金属陶瓷热轧机辊环。

【技术特征摘要】
1.一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按照重量百分比为TiB2：1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％以及C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中模压成型，制成辊环形状；(3)固相烧结：先将辊环形状的坯体放入固相烧结，制成热轧辊环预制体；(4)机械加工：将热轧辊环预制体进行机械加工，得到需要的辊环尺寸；(5)高温烧结：将机械加工后的热轧辊环预制体进行高温烧结，得到二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环。2.根据权利要求1所述的一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，其特征在于，步骤(1)中湿磨具体过程为：在混合均匀的粉末放入球磨罐中，加入占混合均匀的粉末质量1％～2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为(5～20)：1，球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时间为4h～20h。3.根据权利要求1所述的一种多相二硼化钛/碳氮化钛-不锈钢金属陶瓷热轧机辊环的制备方法，其特征在于，步骤(1)中干燥具体过程为：采用旋转蒸发仪烘干，烘干温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烨飞，何林，高义民，刘志伟，郑巧玲，霍旭旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西大唐盛业信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61