一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，包括：内层钢管(1)和外层粉末高速钢(2)，所述内层钢管(1)为预制的圆筒形内钢管，所述外层粉末高速钢(2)是通过热等静压方法包覆在所述内层钢管(1)外周的圆筒形高速钢管；所述内层钢管(1)的厚度与所述外层粉末高速钢(2)的厚度之比为1：(0.6

【技术实现步骤摘要】
一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环及其制造方法


[0001]本专利技术涉及金属材料及冶金轧辊
，特别涉及一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，以及一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环的制造方法。

技术介绍

[0002]轧辊是冶金和机械加工行业中一种常用的设备零部件，也是一种易损耗的工业材料，硬质合金辊环相较于传统的其它材质的辊环，具有硬度高、抗压强度大、耐磨性好、耐腐蚀性好、摩擦系数小、热传导率低、使用寿命长、轧制的产品精度高、质量好等优点，常用于高速线材轧制，但同时硬质合金辊环重量大、加工难度大、废品率高、合金资源浪费大、价格高、抗冲击和抗震性能差，在受到高速的轧制速度、轧制压力及热冲击负荷的影响，易产生裂纹并迅速扩展，造成表面剥落和碎辊发生。
[0003]目前，高速钢轧辊、高速钢辊环/辊套多采用离心铸造辊身加填芯铸造辊轴的工艺，主要有如下缺点：
①
当轧辊外层硼含量高时，与其他元素形成的硼化物与铁基体存在密度差异，离心铸造时，由于离心力的作用，高密度的硼化物及碳化物会向轧辊表面偏析；
②
内外层界面结合不良；
③
外层的合金元素容易扩散到芯部形成大量的碳化物，引起芯部球铁材料脆性增大、抗冲击性能下降，在轧钢过程中易发生断辊事故；
④
采用整体淬火工艺，硬度梯度大，热处理周期长、成本高；
⑤
外层高速钢材料磨损后，辊芯只有重新熔炼才能实现循环利用的问题，造成材料和能源的浪费。
[0004]粉末冶金高速钢是指通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后在高温、高压下压制成形，再经烧结而成的高速钢。粉末冶金高速钢具有合金含量高、纯度高、无偏析、碳化物颗粒细小和各向同性同质等特点，因而具有极佳的韧性和机加工性、良好的红硬性、较高的抗压强度和高的耐磨性，在冲击负荷大的切削加工和模具磨损场合可替代硬质合金，得到了广泛的应用。
[0005]粉末冶金高速钢与传统铸造高速钢相比仍存在原材料价格高，工艺复杂等特点，因此在轧辊
还没有大规模广泛应用。研究一种成本较低、强度性能和韧度性能都较高的复合辊环是本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，以及一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环的制造方法，该高碳高钒粉末高速钢复合辊环同时兼具有粉末冶金高速钢高的耐磨性、良好的红硬性、较高的抗压强度，又能有效降低制造成本。为了解决上述问题，本专利技术提供的一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，其技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，所述复合辊环包括：内层钢管和外层粉末高速钢，所述内层钢管为预制的圆筒形内钢管，所述外层粉末高速钢是通过热等静压方法包覆在所述内层钢管外周的圆筒形高速钢管；所述内层钢管的厚度与所述外层粉末高速钢的厚度之比为1：(0.6-1.5)。
[0008]本专利技术的高碳高钒粉末高速钢复合辊环，与现有技术中的高速钢辊环相比，通过采用热等静压方法将合金粉末现制成高速钢外环，该现制的高速钢外环与预制的内层钢管相结合构成高碳高钒粉末高速钢复合辊环，在达到了耐磨性、硬度和抗压强度的同时，外层的现制高速钢外环紧紧贴附在内层钢管外周，且达到了冶金结合的相互结合性，从而内外层的结合度更高更好，进一步地提高了轧辊辊环的整体性能和稳定性能。另一方面，本专利技术的研究人员通过多次的试验和多次的现场验证，调整内层钢管与外层高速钢的厚度比例，实现了防腐蚀性、强度和抗压性的最优组合，具体试验数据见实施例部分。
[0009]作为本专利技术进一步的改进，所述内层钢管的外管面预制有若干突起或者凹坑，所述突起突出的高度或者所述凹坑内凹的深度是所述内层钢管厚度的1/15-1/6；或者，所述内层钢管的外管面预制有若干环形的凸肋或者凹槽，所述凸肋突出的高度或者所述凹槽内凹的深度是所述内层钢管厚度的1/15-1/6。这样，使得现制的合金粉末高速钢与内层钢管的附着性更好，两者结合的复合辊环整体性大大提高，在辊环的使用过程中能够完全避免内外层之间的轴向串动，提高了辊环的使用寿命。
[0010]进一步地，所述内层钢管的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：0.32-0.4％、Si:0.8-1.0％、Mn:0.2-0.3％、Cr:4.8-5.5％、Mo:1.1-1.7％、V:0.8-1.2％、P≤0.03％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0011]进一步地，所述外层粉末高速钢(2)的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：2.5-3.2％、Si:0.5-1.0％、Mn:0.3-0.8％、W:2.0-4.0％、Mo:3-8％、V:8-11％、Cr:4-6％、P≤0.03％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0012]本专利技术的一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
[0013]步骤一，按照预定尺寸和化学组分制作好内层钢管，清洁除杂后待用；按照预定尺寸制作好热等静压用包套，将所述热等静压用包套与所述内层钢管组合安装。
[0014]步骤二，按照预定化学组分制作好外层粉末高速钢用合金粉末，合金粉末的粒度为40μm-100μm，将合金粉末填满所述内层钢管与所述热等静压用包套围城的空间，在真空环境下用电子束将所述内层钢管与所述热等静压用包套焊接封口。
[0015]步骤三，用热等静压复合工艺，将合金粉末烧结成型为所述外层粉末高速钢，其中，热等静压复合工艺的参数为：温度为1020℃-1280℃、压力为130MPa-180MPa、保温时间为1.5h-4h。
[0016]步骤四，经过热等静压复合工艺后，再进行退火、淬火和回火的热处理程序，拆除所述热等静压用包套制造成复合辊环。
[0017]本专利技术的高碳高钒粉末高速钢复合辊环的制造方法，与现有技术中的高速钢复合辊环的制造方法相比，由于现有技术中高速钢复合辊环的内、外环通常是采用预制后组合装配而成，最多是组合装配后进行进一步的热处理，这样两者之间具有过盈性，过盈性装配会使外环在轧制时起泡或者胀坏外环；而且在过盈量一旦消失会出现内外层之间轴向串动的情况。本申请的制造方法，通过将制作外层高速钢的合金粉末填充到内层钢管外周的包套内，通过热等静压方法将合金粉末烧结成型制成外环，即预制与现制相结合，使得高速钢外层紧紧地结合在内层钢管的外周，由于在合金粉末热等静压烧结的过程中有部分合金会渗透到内层钢管内，形成了良好的冶金结合，因此两者基本形成了一体结构，整体性和硬
度、强度都大大提高。
[0018]进一步地，步骤一中，所述热等静压用包套包括包套内管、包套外管、包套底板和包套盖，所述包套内管的外径比所述内层钢管的内径小0.3mm-1mm，所述包套内管的径向长度比所述内层钢管的径向长度长1mm-2mm；所述热等静压用包套与所述内层钢管同轴组装，组装时，将所述包套内管套装在所述内层钢管内部，将所述包套外管套装在所述内层钢管外部，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环，其特征在于，所述复合辊环包括：内层钢管(1)和外层粉末高速钢(2)，所述内层钢管(1)为预制的圆筒形内钢管，所述外层粉末高速钢(2)是通过热等静压方法包覆在所述内层钢管(1)外周的圆筒形高速钢管；所述内层钢管(1)的厚度与所述外层粉末高速钢(2)的厚度之比为1：(0.6-1.5)。2.根据权利要求1所述的高碳高钒粉末高速钢复合辊环，其特征在于，所述内层钢管(1)的外管面预制有若干突起(11)或者凹坑(12)，所述突起(11)突出的高度或者所述凹坑(12)内凹的深度是所述内层钢管(1)厚度的1/15-1/6；或者，所述内层钢管(1)的外管面预制有若干环形的凸肋(13)或者凹槽(14)，所述凸肋(13)突出的高度或者所述凹槽(14)内凹的深度是所述内层钢管(1)厚度的1/15-1/6。3.根据权利要求1或者2所述的高碳高钒粉末高速钢复合辊环，其特征在于，所述内层钢管(1)的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：0.32-0.4％、Si:0.8-1.0％、Mn:0.2-0.3％、Cr:4.8-5.5％、Mo:1.1-1.7％、V:0.8-1.2％、P≤0.03％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1或者2所述的高碳高钒粉末高速钢复合辊环，其特征在于，所述外层粉末高速钢(2)的化学成分以及各成分的质量百分占比为：C：2.5-3.2％、Si:0.5-1.0％、Mn:0.3-0.8％、W:2.0-4.0％、Mo:3-8％、V:8-11％、Cr:4-6％、P≤0.03％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。5.一种高碳高钒粉末高速钢复合辊环的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：步骤一，按照预定尺寸和化学组分制作好内层钢管(1)，清洁除杂后待用；按照预定尺寸制作好热等静压用包套(3)，将所述热等静压用包套(3)与所述内层钢管(1)组合安装；步骤二，按照预定化学组分制作好外层粉末高速钢(2)用合金粉末，合金粉末的粒度为40μm-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾麟芳，向勇，李聚良，胡勇，
申请(专利权)人：湖南三泰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：