CN110293131B - 一种耐高温耐磨辊子及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐高温耐磨辊子及其生产工艺，涉及钢铁连铸及热轧技术领域，辊子包括辊子基体，焊接层和涂层，辊子基体的外表面焊接有焊接层，焊接层的外周侧喷涂有涂层，涂层的材料为WC‑Co材料，构成焊接层的焊接材料硬度HB≧280。本发明提供的耐高温耐磨辊子能满足生产上的预期使用寿命要求，降低了人力物力成本。

Description

一种耐高温耐磨辊子及其生产工艺

技术领域

本发明涉及钢铁连铸及热轧技术领域，具体而言，涉及一种耐高温耐磨辊子及其生产工艺。

背景技术

由于连铸及热轧部位的辊子承受着高温腐蚀及传输磨损，使得这些辊子的使用寿命远不能满足预期的使用要求，而频繁的更换辊子，带来的人力物力成本较高。基于此，提供较长使用寿命的辊子成为生产的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐磨辊子。该辊子能满足生产上的预期使用寿命要求，降低了人力物力成本。

本发明的另一目的在于提供一种耐高温耐磨辊子的生产工艺。该生产工艺设计简单，科学，能发挥出耐高温耐磨辊子的耐磨耐高温性能。

本发明是这样实现的：

一种耐高温耐磨辊子，辊子包括辊子基体，焊接层和涂层，辊子基体的外表面焊接有焊接层，焊接层的外周侧喷涂有涂层，涂层的材料为WC-Co材料，WC-Co材料为粉末，粒径为5-30微米，构成焊接层的焊接材料硬度HB≧280，涂层的硬度≧HV1300。

在本发明应用较佳的实施例中，上述辊子基体的材质为可焊接碳钢或可焊接低合金结构钢，焊接层的焊接材料为堆焊焊接材料。

在本发明应用较佳的实施例中，上述堆焊焊接材料为0Cr17堆焊材质，以质量％计，0Cr17堆焊材质的化学成分包括Cr：16.5-19.0％，Mn：0.8-1.5％，C：0-0.08％，Si：0.5-1.0％，P：0-0.02％和S：0-0.02％，焊接层的有效厚度为2-5mm。

在本发明应用较佳的实施例中，上述涂层的材料为WC-15Co，涂层的厚度为0.05-0.5mm。

一种耐高温耐磨辊子的生产工艺，包括依次进行的如下步骤：先在所述辊子基体的外圆表面堆焊，硬度HB≧280的焊接材料形成焊接层，再在焊接层的外周侧喷涂WC-Co材料，涂层的硬度≧HV1300。

在本发明应用较佳的实施例中，上述在进行堆焊前还包括粗加工辊子基体，粗加工辊子基体具体包括：将辊子基体的外圆直接加工到堆焊前的尺寸，辊子基体的其他部位留加工余量。

在本发明应用较佳的实施例中，上述在进行堆焊后还包括去应力退火，去应力退火具体包括：将堆焊后的辊子基体在温度470-500℃下去应力退火3小时，待炉体冷却到100-150℃后出炉空冷，然后进行精加工处理，精加工后的焊接层的硬度HB≧280。

在本发明应用较佳的实施例中，上述生产工艺还包括在精加工后进行清洗和喷砂，清洗和喷砂具体包括：在精加工后，对焊接层表面进行清洗去油，喷砂拉毛。

在本发明应用较佳的实施例中，上述焊接层的外周侧喷涂WC-Co材料的方法采用超音速火焰喷涂方法，涂层的硬度≧HV1300。

在本发明应用较佳的实施例中，上述生产工艺还包括在喷涂有WC-Co材料的辊子外表面涂刷高温封孔剂，然后将辊子在220～350℃下保温3～5小时保温固化；

优选的，将辊子放入250℃的真空炉内保温4小时，待炉体自然冷却至常温出炉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的辊子断面材质采用三层结构，每层结构各有其特点。其中，最外层直接与外部高温环境、腐蚀环境、滚动摩擦相接触，采用了WC-Co材质，WC具有特殊的耐蚀性、高硬度和抗压强度，耐磨性高，而Co材质具有良好的韧性，可以作为WC的粘接剂，使WC颗粒之间有牢固的强度，涂层的硬度≧HV1300；辊子基材采用可焊接的碳钢或低合金结构钢既可满足辊子基体强度又可满足辊子基体的可焊性；中间堆焊HB≧280的较高硬度的合金可以抵抗表面硬质合金WC-Co压入时的压力，同时也有一定的韧性，避免产生耐磨层龟裂和掉块。此外，WC还具有隔热作用，使辊子内部温度相对温度较低，基材产生龟裂现象大大降低。辊子采用三层结构，使得辊子整体寿命大大提高。通过提供一种耐高温耐磨辊子的生产工艺，极大提升了辊子的整体耐高温和耐磨性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1的辊子纵剖图。

图标：100-辊子；110-辊子基体；120-焊接层；130-涂层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种耐高温耐磨辊子，辊子包括辊子基体，焊接层和涂层，辊子基体的外表面焊接有焊接层，焊接层的外周侧喷涂有涂层，涂层的材料为WC-Co材料，构成焊接层的焊接材料硬度HB≧280。

辊子基体的材质为可焊接碳钢或可焊接低合金结构钢，焊接层的焊接材料采用堆焊焊接材料。辊子基体的材质为Q345，Q390，35CrMo和42CrMo中的任意一种，在其他实施例中，辊子基体的材质也可以是其他可焊接碳钢或可焊接低合金结构钢。

进一步地，堆焊焊接材料为0Cr17堆焊材质，以质量％计，0Cr17堆焊材质的化学成分包括Cr：16.5-19.0％，Mn：0.8-1.5％，C：0-0.08％，Si：0.5-1.0％，P：0-0.02％和S：0-0.02％，堆焊层的有效厚度为2-5mm。该堆焊层的材质为铁素体基材，与辊子基材同属于铁素体，有利于堆焊层比较容易的与辊子焊接在一起。堆焊层的硬度较高，能够给最外层的涂层提供足够的支撑抗力。

进一步地，涂层的材料为NiCrBSi或WC-15Co，优选为WC-15Co，涂层的厚度为0.05-0.12mm。碳化钨硬质合金材料具有特殊的耐腐蚀性，高硬度和抗压强度，耐磨性能极高，但其本身是一种烧结性材料，具有脆性，需要与韧性金属结合才能应用。韧性金属钴可以作为WC良好的粘结剂，制备抗摩擦磨损的涂层。采用钴含量占15％的WC喷涂材质，有利于Co与WC的充分粘合，保证涂层足够的抗拉强度，不至于图层脆裂。由于涂层的硬度≧HV1300,涂层有足够的耐磨性，所以辊子表面喷涂较薄的涂层就完全满足辊子的抗磨性。

一种耐高温耐磨辊子的生产工艺，包括依次进行的如下步骤：先粗加工辊子基体，再在辊子基体的外圆表面堆焊焊接材料形成焊接层，去应力退火，精加工后进行清洗，喷砂，最后在焊接层的外周侧喷涂WC-Co材料。

进一步地，上述粗加工辊子基体具体包括：将辊子基体的外圆直接加工到堆焊前的尺寸，辊子基体的其他部位留加工余量。

进一步地，上述去应力退火具体包括：将堆焊后的辊子基体在温度470-500℃下去应力退火3小时，待炉体冷却到100-150℃后出炉空冷，然后进行精加工处理，精加工后的焊接层的硬度HB≧280。退火的目的是去掉焊接时产生的应力，硬度HB≧280有利于提高抵抗涂层压入的能力。

进一步地，上述精加工后进行清洗，喷砂具体包括：在精加工后，对焊接层表面进行清洗去油，喷砂拉毛。表面清洗去油可以防止喷涂材料与焊接层被油污割裂开，导致接触不良，使接触面的接触强度受影响；喷砂拉毛有利于增大涂层与焊接层的接触面积及相互啮合力，有利于增大涂层与焊接层之间的界面结合力。

进一步地，上述焊接层的外周侧喷涂WC-Co材料的方法采用超音速火焰喷涂方法。超音速火焰喷涂，使得喷涂粉的结合剂Co成半熔融状态，在高速射流的喷射下，喷涂粒子变形与焊接层表面牢固地结合，涂层的硬度≧HV1300。

此外，碳化钨/钴材料受热易分解，碳化钨涂层结构和性能对于制备工艺非常敏感，采用超音速火焰喷涂方法可以在没有过分加热碳化钨/钴金属离子的情况下就可以有效的加速粒子运动。粉末颗粒的高速运动极大减少了在高温中的停留时间，从而使涂层中氧化物的含量较低，化学成分和相的组成具有较高的稳定性，改善了颗粒的结合妆度，降低了涂层的气孔率，也改善了涂层中残余应力。

进一步地，上述生产工艺还包括在喷涂有WC-Co材料的辊子外表面涂刷高温封孔剂，然后将辊子在220～350℃下保温3～5小时保温固化；

优选的，将辊子放入250℃的真空炉内保温4小时，待炉体自然冷却至常温出炉。高温封孔剂可有效填补大量的涂层孔洞，有效避免腐蚀的侵入，有利于减小摩擦，增强涂层的耐蚀耐摩擦性，在真空炉内加热固化封孔剂，有利于封孔剂深入孔洞，封闭孔洞。

实施例

参照图1所示，辊子100的结构包括由内到外的三层，分别是辊子基体110，焊接层120和涂层130。其中，辊子基体110的材质为Q390，焊接层120为上海司太立公司430牌号焊丝，焊丝的化学成分为Cr:16.5～19.0、Mn:0.8～1.5、C≦0.08、Si:0.5～1.0、P≦0.02、S≦0.02；涂层的材质为WC-15Co，涂层的硬度≧HV1300。

耐高温耐磨辊子的生产方法，具体包括：先粗加工辊子100的辊子基体110，使辊子基体110的外圆直接加工到堆焊前的尺寸，其它地方留加工余量。在辊子基体110的外圆表面堆焊430焊材，焊后将辊子100放入退火炉内，480℃保温3小时，然后随炉冷却至150℃出炉空冷，堆焊材质的表面硬度为HB294；冷却后进行精加工，然后清洗除油、喷砂拉毛；再对辊子100的外表面进行超音速喷涂WC-15Co材质，然后涂刷高温封孔剂，置于真空度小于30Pa的真空炉中，在250℃下保温4小时加热固化封孔剂，然后随炉冷却至常温，测得涂层的表面硬度为HV1394。

本实施例制得的耐磨辊子与南阳汉冶特钢有限公司原辊子相比，本申请过钢量达到2500炉，而原辊子过钢量仅为500炉。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐高温耐磨辊子，其特征在于，辊子包括辊子基体，焊接层和涂层，所述辊子基体的外表面焊接有所述焊接层，所述焊接层的外周侧喷涂有所述涂层，所述涂层的材料为WC-15Co，所述涂层的厚度为0.05-0.5mm，所述WC-15Co材料为粉末，粒径为5-30微米，构成所述焊接层的焊接材料硬度HB≧280，所述涂层的硬度为HV1394；

所述辊子基体的材质为Q390，35CrMo和42CrMo中的任意一种；所述焊接层的焊接材料为堆焊焊接材料；

所述堆焊焊接材料为0Cr17堆焊材质，以质量％计，所述0Cr17堆焊材质的化学成分包括Cr：16.5-19.0％，Mn：0.8-1.5％，C：0-0.08％，Si：0.5-1.0％，P：0-0.02％和S：0-0.02％，所述焊接层的有效厚度为2-5mm。

2.一种如权利要求1所述的耐高温耐磨辊子的生产工艺，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：先在所述辊子基体的外圆表面堆焊硬度HB≧280的焊接材料形成焊接层，再在焊接层的外周侧喷涂WC-15Co材料，涂层的硬度为HV1394；

在进行堆焊后还包括去应力退火，所述去应力退火具体包括：将堆焊后的辊子基体在温度470-500℃下去应力退火3小时，待炉体冷却到100-150℃后出炉空冷，然后进行精加工处理，所述精加工后的焊接层的硬度HB≧280；

所述生产工艺还包括在精加工后进行清洗和喷砂，所述清洗和喷砂具体包括：在精加工后，对焊接层表面进行清洗去油，喷砂拉毛；

所述生产工艺还包括在喷涂有WC-15Co材料的辊子外表面涂刷高温封孔剂，将辊子放入250℃的真空炉内保温4小时，待炉体自然冷却至常温出炉。

3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，在进行堆焊前还包括粗加工辊子基体，所述粗加工辊子基体具体包括：将所述辊子基体的外圆直接加工到堆焊前的尺寸，所述辊子基体的其他部位留加工余量。

4.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述焊接层的外周侧喷涂WC-15Co材料的方法采用超音速火焰喷涂方法。

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