專利名稱：一種表面原生高溫耐磨相復(fù)合高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面原生高溫耐磨相復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板，屬于金屬高溫耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在冶金工業(yè)的型材生產(chǎn)中，軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板是必不可少的模具。導(dǎo)衛(wèi)板工作環(huán)境十分惡劣，它們?cè)诠ぷ鬟^程中常常承受到高溫坯的熱負(fù)荷、大沖擊、強(qiáng)烈磨損、擠壓以及冷卻水的極冷作用。這樣要求導(dǎo)衛(wèi)板必須具備高溫下的強(qiáng)度、硬度和優(yōu)異的耐磨性，同時(shí)還必須具備高的沖擊韌性和抗氧化性、抗熱疲勞性等。目前使用的導(dǎo)衛(wèi)板多數(shù)采用高鉻鎳合金鋼制作，耐磨性較好，但在高溫的環(huán)境下，耐磨性嚴(yán)重下降。在這種情況下，單一材質(zhì)明顯已經(jīng)難以滿足高溫條件下導(dǎo)衛(wèi)板的使用，必須走復(fù)合材料的道路，才有可能同時(shí)兼顧材料在高溫條件下的高耐磨性和強(qiáng)韌性。專利CN20081023M97. 4公開了一種復(fù)合耐磨導(dǎo)衛(wèi)板的制備方法，將合金粉芯棒布置于鑄型型腔內(nèi)，然后將基體合金澆入型腔內(nèi)，合金粉芯棒中的合金元素與基體金屬形成高度彌散的合金組織，制成以高韌度高耐磨性的復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)板。本發(fā)明制作導(dǎo)衛(wèi)板采用的是整體復(fù)合方式，成本較高。專利CN00136717. X公開了一種采用40Cr等低合金鋼作為本體，在導(dǎo)衛(wèi)板的工作面部分附著耐磨合金材料層面，合金層為鉻鉬釩合金、鉻鎢合金、硼鉻釩合金等高硬度耐磨合金。本發(fā)明制作的導(dǎo)衛(wèi)板在高溫條件下其基體與耐磨層之間容易發(fā)生脫落，從而影響其使用壽命。經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)具有耐高溫、耐磨、高強(qiáng)韌性、低成本、界面結(jié)合能力強(qiáng)的綜合性的復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)板技術(shù)的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種表面原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，采用高錳鋼、合金鋼或普通碳鋼作為導(dǎo)衛(wèi)板本體，在導(dǎo)衛(wèi)板本體工作部位表面復(fù)合高溫耐磨Laves相，滿足高溫工況下使用。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在金屬基導(dǎo)衛(wèi)板本體2工作部位表面或整個(gè)表面， 原位復(fù)合有高溫耐磨相層1。高溫耐磨相層1為硬質(zhì)Laves相，其表面形狀由工作面(與軋鋼的實(shí)際接觸面)決定。所述基體金屬是普通高錳鋼、合金鋼或碳鋼，導(dǎo)衛(wèi)板的工作部位表面復(fù)合的Laves 相的厚度為2 5mm。Laves相為Cr與R的混合物，R為Ti、Nb Ja —種或幾種組成的混合金屬元素粉末，Cr與R的摩爾比為2:1。本發(fā)明的表面原生高溫耐磨相復(fù)合高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的制作具體包括如下步驟
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2 1的摩爾比，將Cr粉與R金屬粉混合，各金屬粉末的粒徑為100 200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的2 4%，攪拌混合均勻；
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板的消失模模型的工作表面，涂抹厚度為2 5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上普通耐火材料，待其在40 60°C的條件下干燥后用 30 40目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的金屬本體液在溫度為1450 1550°C時(shí)澆入消失模模型的型腔內(nèi)，澆注速度為3 Wcg/s，注滿為止，待其自然冷卻池后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到表面原生高溫耐磨相復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。所述基體金屬是高錳鋼、合金鋼、普通碳鋼及常用鋼種。所述原位生成的Laves相復(fù)合在導(dǎo)衛(wèi)板的高溫磨損工作表面。本發(fā)明通過機(jī)械合金化使元素粉末相互過飽和固溶，在液態(tài)金屬本體的高溫作用下，元素粉末發(fā)生熔解與擴(kuò)散，原位反應(yīng)并和金屬液發(fā)生冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由于元素粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了結(jié)晶過程，阻礙了元素粉末的進(jìn)一步擴(kuò)散，使元素粉末更容易在原位富集，結(jié)晶析出大量彌散的高溫高強(qiáng)度的硬質(zhì)Laves相，并與金屬本體形成良好的冶金結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)，解決了硬質(zhì)相易脫落、易破碎等難題，實(shí)現(xiàn)了高溫耐磨性與高強(qiáng)韌性的統(tǒng)一結(jié)合，使導(dǎo)衛(wèi)板的整體性能顯著提高。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.元素粉末可根據(jù)高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的實(shí)際使用要求進(jìn)行合理配比，成分可調(diào)，使用范圍廣。2.原料采用的是元素粉末，其渣滓等比較少，因此不會(huì)產(chǎn)生夾渣等缺陷，復(fù)合層的內(nèi)部組織優(yōu)良。3.復(fù)合成形工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于大規(guī)模生產(chǎn)。4.高溫耐磨Laves相為整體原位反應(yīng)生成，避免了機(jī)械復(fù)合等工藝過程中常常出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象和使用過程中的脫落現(xiàn)象。5.根據(jù)高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的實(shí)際使用情況，可以調(diào)節(jié)高溫耐磨Laves相在金屬基體中的比例，并保證分布均勻。6.根據(jù)高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)表面局部和整體復(fù)合。7.使高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板工作面既具有金屬本體的強(qiáng)度和韌性，又有硬質(zhì)Laves 相在高溫狀態(tài)下的高硬度和高耐磨性，能夠同時(shí)承受沖擊力、高頻循環(huán)載荷和強(qiáng)烈磨損，具有很高的性價(jià)比，非常適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，使用壽命比普通耐磨軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板提高;Γ5倍。


圖1是高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板工作部位復(fù)合高溫耐磨Laves相的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1沿A-A剖視示意圖3是表面復(fù)合高溫耐磨Laves相的高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的消失模模腔； 圖1中1-表面復(fù)合高溫耐磨Laves相，2-導(dǎo)衛(wèi)板本體； 圖2中3-導(dǎo)衛(wèi)板的表面復(fù)合高溫耐磨Laves相剖面圖，4_導(dǎo)衛(wèi)板本體剖面圖。
圖3中5-導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型的表面復(fù)合高溫耐磨Laves相剖面圖，6_導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，7-導(dǎo)衛(wèi)板消失模砂型。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖2、附圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti金屬粉混合，Cr粉與 Ti粉的粒徑為100目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的2%，攪拌混合均勻；(參見圖1、圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為2mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在40°C條件下干燥后用30目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通高錳鋼，在溫度為1450°C時(shí)按3kg/s的速度澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理表面的氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrTi2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。實(shí)施例2
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Nb金屬粉混合，Cr粉與 Nb粉的粒徑為150目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的3%，攪拌混合均勻；(參見圖1、圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為4mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在50°C的條件下干燥后用35目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通合金鋼液，在溫度為1500°C時(shí)按5kg/s的速度澆入步驟(3) 制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理表面氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrNb2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。實(shí)施例3
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ta金屬粉混合，Cr粉與 Ta粉的粒徑為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的4%，攪拌混合均勻；(參見圖1、圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為5mm，待涂抹層
5自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上普通耐火材料，待其在60°C的條件下干燥后用40目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉碳鋼液，在溫度為1550°C時(shí)按m^g/s澆注速度澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件進(jìn)行，清理氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrTii2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。實(shí)施例4
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Nb金屬粉混合，Cr 粉與Ti、Nb粉的粒徑為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的4%，攪拌混合均勻；(參見圖1.圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在45°C的條件下干燥后用40目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通高錳鋼液，在溫度為1480°C時(shí)按5kg/s澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理表面氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrTi2、CrNb2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。實(shí)施例5
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Ta金屬粉混合，Cr 粉與Ti、Ta粉的粒徑為100目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的2%，攪拌混合均勻；(參見圖1.圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為2mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在50°C的條件下干燥后用30目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通高錳鋼、或碳鋼、合金鋼液，在溫度為1500°C時(shí)按5kg/s澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件進(jìn)行清理，去除表面氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrTi2、CrTii2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。實(shí)施例6
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按21的摩爾比，將Cr粉與Nb、Ta金屬粉混合，Cr 粉與Nb、Ta粉的粒徑為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的3%，攪拌混合均勻；(參見圖1、圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為3mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其自然干燥后用38目的干石英砂造型(參見圖3);
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通高錳鋼液，在溫度為1550°C時(shí)按5 kg/s的速度澆入步驟(3) 制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件進(jìn)行清理，去除表面氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrNb2、CrTa2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。
實(shí)施例7
本發(fā)明原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，可采用以下方法制備
(1)原位生成Laves相的制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Nb、Ta金屬粉混合，Cr 粉與Ti、Nb、Ta粉的粒徑為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的4%，攪拌混合均勻；(參見圖1、圖2)
(3)采用現(xiàn)有技術(shù)，以聚苯乙烯泡沫制備軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面(涂在導(dǎo)衛(wèi)板工作部位)，涂抹厚度為5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在60°C的條件下干燥后用40目的干石英砂造型(參見圖3)；
(4)用現(xiàn)有技術(shù)熔煉普通碳鋼液，在溫度為1500°C時(shí)按m^g/s澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件進(jìn)行清理，去除表面氧化皮，即得到表面原生復(fù)合有CrTi2、CrNb2, CrTa2高溫耐磨相(Laves相)的復(fù)合高溫軋鋼用導(dǎo)衛(wèi)板。
權(quán)利要求
1.一種表面復(fù)合高溫耐磨Laves相的高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，其特征在于在金屬基導(dǎo)衛(wèi)板本體工作部位表面或整個(gè)表面，原位復(fù)合有高溫耐磨相層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，其特征在于導(dǎo)衛(wèi)板表面復(fù)合的高溫耐磨相層為L(zhǎng)aves相，其厚度為2 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，其特征在于金屬基為高錳鋼、合金鋼或普通碳鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，其特征在于=Laves相為Cr與R組成的混合物，R為Ti、Nb、Ta中的一種或任意幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面原位復(fù)合高溫耐磨Laves相的軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，其特征在于Laves相中，Cr與R的摩爾比為2:1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面原生高溫耐磨相復(fù)合高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板，屬于金屬高溫耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。采用高錳鋼、合金鋼、普通碳鋼及常用鋼種作為本體2，在高溫軋鋼機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板的工作部位復(fù)合高溫耐磨Laves相表面1。既具有本體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又具有表面Laves相的高溫耐磨性和高硬度，能夠同時(shí)承受高溫和高沖擊下的強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格合理、制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21B39/14GK102319747SQ20111024845
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者周榮, 宋群玲, 李祖來, 蔣業(yè)華, 陳志輝 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)