一种非均匀结构硬质合金辊环及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种非均匀结构硬质合金辊环，制备所述硬质合金的原料包括粘结相和硬质相，原料中粘结相的含量为10～20wt％，硬质相的含量为80～90wt％；粘结相包括钴、镍和硼，硬质相为碳化钨，硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒度范围为3.4～4.2μm。本发明专利技术还公开一种非均匀结构硬质合金辊环的其制备方法。本发明专利技术中的非均匀结构硬质合金辊环，使硬质合金辊环的韧性和耐磨性同步提高，进而提高了硬质合金辊环的使用寿命，从而降低钢企轧制成本，提高作业率。

A non-uniform structure cemented carbide roller ring and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种非均匀结构硬质合金辊环及其制备方法
本专利技术涉及非均匀结构硬质合金领域，特别涉及一种适用于难轧钢铁线材的非均匀结构硬质合金辊环及其制备方法。
技术介绍
在现有技术中，通常硬质合金辊环与钢轴、锥套压装共同组合成轧辊，用于钢铁线材、棒材、扁材和异型材的热轧和冷轧。与铸铁、钢制成的轧辊辊环相比，硬质合金辊环的使用寿命可以提高10至20倍，因而得到了广泛应用。在钢铁线材高速轧制过程中，硬质合金辊环需承受很高的交变轧制应力、热应力和扭矩剪切力，因而要求硬质合金辊环具有高的抗冲击韧性和抗热疲劳性能，同时还要具有很高的耐磨性和抗腐蚀性能。在现有技术中，硬质合金辊环的制备，基本选用碳化钨(WC)作硬质相，金属钴(Co)和/或金属镍(Ni)的粉末作粘结相，采用粉末冶金方法进行生产。用纯钴粉作粘结相的碳化钨-钴(WC-Co)的合金辊环的强度和韧性较好，耐磨损性较强，但耐腐蚀和耐钢材表面粗糙度能力稍显不足，对使用现场的工况和冷却水质要求较高。而采用钴-镍-镉(Co-Ni-Cr)作粘结剂的合金辊环，抗腐蚀性能明显改善，抗热裂纹和耐表面粗糙度性能提高，但韧性和耐磨性有所下降。随着钢铁工业的迅猛发展，高强度、高抗震性、耐火防腐的高碳合金钢、特殊钢等钢铁线材因其附加值高，成为高线轧制的主流产品，它们由于轧制强度高、变形抗力大，而被称为硬线，是公认的难轧材料，如弹簧钢、轴承钢、焊丝钢、高速钢、不锈钢、冷镦钢等。尤其是近年来，钢企采用低温轧制技术，大幅提高了轧制抗力，使合金轧辊的轧槽底部易早期出现细而深的热裂纹或大幅降低轧辊的单槽过钢量，造成轧制成本增加，生产效率大幅降低。
技术实现思路
针对钢铁线材高速轧制设备工况及硬线比例不断提高的现状，为了降低钢企轧制成本，提高作业率，本专利技术提供了一种非均匀结构硬质合金辊环及其制备方法，使硬质合金辊环的韧性和耐磨性同步提高，进而提高了硬质合金辊环的使用寿命。本专利技术提供一种非均匀结构硬质合金辊环，制备所述硬质合金的原料包括粘结相和硬质相，所述原料中粘结相的含量为10～20wt％，硬质相的含量为80～90wt％；所述粘结相包括钴、镍和硼，所述硬质相为碳化钨，所述硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒粒度范围为3.4～4.2μm。在本专利技术的一个实施例中，所述硬质相包括粗、中、细三种晶粒度的碳化钨，其中，粗晶粒碳化钨的粒度范围为23～27μm，中晶粒碳化钨的粒度范围为10～12μm，细晶粒碳化钨的粒度范围为4～7μm。在本专利技术的一个实施例中，所述原料中粗晶粒碳化钨的含量为15～35wt％，中晶粒碳化钨的含量为30～70wt％，细晶粒碳化钨的含量为15～35wt％。在本专利技术的一个实施例中，所述原料中钴、镍和硼的含量分别为3～10wt％、3～10wt％和0.2～0.4wt％。本专利技术的另一方面，还公开一种非均匀结构硬质合金辊环的制备方法，包括以下步骤：步骤1、配料：选取碳化钨粉、钴粉、镍粉和硼粉，混合得到非均匀结构硬质合金辊环的原料；所述原料中钴粉、镍粉和硼粉的总含量为10～20wt％，余量为碳化钨粉；步骤2、研磨：对所述原料进行研磨，得到混合料；步骤3、压制：将所述混合料，压制成毛坯；步骤4、烧结：将所述毛坯，放置于烧结炉中进行烧结，得到所述非均匀结构硬质合金辊环；其中，在得到的硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒粒度范围为3.4～4.2μm。在本专利技术的一个实施例中，在步骤1所述的原料中，所述碳化钨包括粗、中、细三种晶粒度的碳化钨，其中，粗晶粒碳化钨的粒度范围为23～27μm，中晶粒碳化钨的粒度范围为10～12μm，细晶粒碳化钨的粒度范围为4～7μm。在本专利技术的一个实施例中，所述原料中粗晶粒碳化钨的含量为15～35wt％，中晶粒碳化钨的含量为30～70wt％，细晶粒碳化钨的含量为15～35wt％。在本专利技术的一个实施例中，所述原料中钴粉的含量为3～10wt％；镍粉的含量为3～10wt％；硼粉的含量为0.2～0.4wt％。在本专利技术的一个实施例中，步骤2包括以下步骤：步骤2.1、以石蜡为成型剂，将石蜡按所述原料的重量百分比1～3％加入到所述原料中，得到初始粉末原料；步骤2.2、将无水乙醇与所述初始粉末原料按照液固比220～260mL/kg的比例进行混合，得到湿料；步骤2.3、将所述湿料在球磨机中进行湿磨30～34小时，其中所述湿料进行研磨的球料比为2.5:1～3.5:1；步骤2.4、卸料干燥，得到混合料。在本专利技术的一个实施例中，步骤4包括以下步骤：步骤4.1、将所述毛坯放置于刷有烧结隔黏材料的石墨板上；步骤4.2、将载有所述毛坯的石墨板放入到烧结炉中，在1360～1410℃下进行真空烧结，然后降至室温；步骤4.3、将载有所述毛坯的石墨板放入到烧结炉中，在1470～1520℃下，充压至55～80bar进行过压烧结，得到所述非均匀结构硬质合金辊环。本专利技术中的非均匀结构硬质合金辊环及其制备方法具有以下优势：在本专利技术中，按一定比例合理搭配粗、中、细三种不同晶粒度的颗粒碳化钨，这种非均匀结构WC-Co-Ni-B硬质合金，由于碳化钨晶粒度或形状差异较大，因此有利于减少合金的孔隙率，减少裂纹源数目或裂纹源的尺寸，提高合金的断裂强度和韧性；其中的中、细晶粒度的碳化钨的加入，会提高合金的硬度和耐磨性；三种晶粒度不同的碳化钨颗粒的结合，使合金的强度、硬度同步提高。另外，在配料时，添加微量硼，有利于混合料中氧化物的还原，使合金钴磁增加，碳化钨晶粒长大，提高合金强度。进一步的，在辊环压坯烧结过程中，先在1360～1410℃的温度下真空烧结，降至室温后，再升温至1470～1520℃，充压至55～80bar进行过压烧结。经二次烧结，得到的硬质合金的强度明显提高，这主要是二次烧结后，合金表层粘结相呈梯度分布，可以阻止裂纹扩展，提高了合金的抗裂纹性能。本专利技术中的非均匀结构硬质合金辊环，韧性和耐磨性同步提升，合金金相中碳化钨的晶粒度达3.4～4.2μm，将所述非均匀结构硬质合金辊环用于难轧钢铁线材的轧制，使得单槽过钢量提高20～50％以上。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1为本专利技术实施例一的非均匀结构合金金相照片；图2为本专利技术实施例二的非均匀结构合金金相照片；图3为本专利技术实施例三的非均匀结构合金金相照片；图4为本专利技术实施例四的非均匀结构合金金相照片；图5为本专利技术实施例五的非均匀结构合金金相照片；图6为本专利技术实施例六的非均匀结构合金金相照片。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但应理解本专利技术的范围并不仅限于这些实例的具体数值。在本专利技术中，其中提到的含量均为重量百分比，μm为长度单位微米，bar为压强单位巴，℃为温度单位摄氏度，kg为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非均匀结构硬质合金辊环，制备所述硬质合金的原料包括粘结相和硬质相，其特征在于，所述原料中粘结相的含量为10～20wt％，硬质相的含量为80～90wt％；所述粘结相包括钴、镍和硼，所述硬质相为碳化钨，所述硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒度范围为3.4～4.2μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种非均匀结构硬质合金辊环，制备所述硬质合金的原料包括粘结相和硬质相，其特征在于，所述原料中粘结相的含量为10～20wt％，硬质相的含量为80～90wt％；所述粘结相包括钴、镍和硼，所述硬质相为碳化钨，所述硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒度范围为3.4～4.2μm。


2.根据权利要求1所述的非均匀结构硬质合金辊环，其特征在于，所述硬质相包括粗、中、细三种晶粒度的碳化钨，其中，粗晶粒碳化钨的粒度范围为23～27μm，中晶粒碳化钨的粒度范围为10～12μm，细晶粒碳化钨的粒度范围为4～7μm。


3.根据权利要求2所述的非均匀结构硬质合金辊环，其特征在于，所述原料中粗晶粒碳化钨的含量为15～35wt％，中晶粒碳化钨的含量为30～70wt％，细晶粒碳化钨的含量为15～35wt％。


4.根据权利要求1所述的非均匀结构硬质合金辊环，其特征在于，所述原料中钴、镍和硼的含量分别为3～10wt％、3～10wt％和0.2～0.4wt％。


5.一种非均匀结构硬质合金辊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、配料：选取碳化钨粉、钴粉、镍粉和硼粉，混合得到非均匀结构硬质合金辊环的原料；所述原料中钴粉、镍粉和硼粉的总含量为10～20wt％，余量为碳化钨粉；
步骤2、研磨：对所述原料进行研磨，得到混合料；
步骤3、压制：将所述混合料，压制成毛坯；
步骤4、烧结：将所述毛坯，放置于烧结炉中进行烧结，得到所述非均匀结构硬质合金辊环；
其中，在得到的硬质合金的金相组织中，碳化钨平均晶粒度范围为3.4～4.2μm。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪巍，方晴，周新华，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43