導(dǎo)衛(wèi)輥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有耐磨涂層的復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)輥及其制備方法，尤其涉及一種具有耐磨碳化物涂層的復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)輥及其制備方法，具體涉及一種應(yīng)用于合金鋼表面的耐磨碳化物涂層復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)輥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋼鐵冶金設(shè)備中，滾動(dòng)式軋鋼導(dǎo)衛(wèi)輥的使用非常廣泛，且更換頻繁、用量大。由于導(dǎo)衛(wèi)輥工作條件非常嚴(yán)酷，需要長(zhǎng)時(shí)間承受軋制型材高溫、熱沖擊和高速摩擦磨損等因素的影響，所以用傳統(tǒng)材料(如高鉻鑄鐵、球墨鑄鐵、高合金鋼、硬質(zhì)合金材料及堆焊復(fù)合材料等)所制成的導(dǎo)衛(wèi)輥經(jīng)常因磨損、開(kāi)裂、粘鋼等原因失效。
[0003]高鉻鑄鐵雖硬度高、耐磨性能好，但由于材料脆性大導(dǎo)致發(fā)生斷裂，且機(jī)加工性能差；球墨鑄鐵的耐磨性和抗熱沖擊性能均較差，不能滿足使用要求而被淘汰；堆焊材料雖然能提高使用壽命，但堆焊設(shè)備昂貴，堆焊一次，其壽命增加不大；高合金鋼在高溫下會(huì)發(fā)生退火現(xiàn)象，且由于材料本身不存在高硬質(zhì)相，所以耐磨性能大幅下降；高合金粉末冶金液相燒結(jié)方法在國(guó)內(nèi)外已有大量報(bào)道，但研宄尚不成熟，該方法制備的復(fù)合材料，其合金成分在基體中難以分布均勻、可控性差，且由于添加了表面活性劑，使得材料組織中出現(xiàn)大量氣孔等缺陷。
[0004]目前，導(dǎo)衛(wèi)輥主要使用的材料為Crl2MoV合金鋼，但幾乎每班一換以保證生產(chǎn)穩(wěn)定，導(dǎo)致了大量合金材料的浪費(fèi)，給生產(chǎn)企業(yè)造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0005]然而僅僅提高導(dǎo)衛(wèi)輥基體材料的硬度仍然不足以保證其服役的持久性，因此在其工作部位的表面增加涂層是解決該問(wèn)題既經(jīng)濟(jì)又有效的手段?，F(xiàn)階段使用較多的為碳化物材料的涂層，其具有硬度高、耐磨損性能優(yōu)越的特點(diǎn)，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。其中￥(；是一種常見(jiàn)的涂層材料，其有如下特點(diǎn)特性:
[0006](I)具備密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異的物理化學(xué)性會(huì)K ;
[0007](2)燒結(jié)過(guò)程中長(zhǎng)大傾向小，顆粒一般呈圓形，是一種較為理想的增強(qiáng)材料；
[0008](3)釩資源豐富，容易獲得，價(jià)格比較低廉，碳化釩在金屬基復(fù)合材料中獲得普遍應(yīng)用；
[0009](4)具有很高的熱穩(wěn)定性和高硬度的面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)和晶格類型與奧氏體非常接近，這便于更好地與鋼鐵基體結(jié)合；
[0010](5) VCp的標(biāo)準(zhǔn)生成焓Λ G C1值低，其合成反應(yīng)易于進(jìn)行；
[0011](6) VCp涂覆的鋼鐵基復(fù)合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、鍛造、焊接、熱處理強(qiáng)化且變形小，而且具有普通熔煉鋼的冷熱加工性能。因此，VCp涂層材料被廣泛地用作無(wú)肩冷熱金屬加工工具、切削刀具、各種模具、耐磨耐熱耐蝕零件的耐磨表面。
[0012]目前制備碳化物涂層的方法有化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱噴涂方法、熱滲鍍方法等，但是這些方法，存在生產(chǎn)設(shè)備要求苛刻、生產(chǎn)效率低、涂層結(jié)合強(qiáng)度低等不足。
[0013]因此如何在導(dǎo)衛(wèi)輥工作表面獲得VCp涂層，并且選擇一種生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結(jié)合力好、不易脫落且力學(xué)性能、耐磨性能優(yōu)異的涂層是亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)衛(wèi)輥，其輥身表面具有一種耐磨涂層，而輥芯仍為合金鋼基體，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層，其化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性好，具有低摩擦系數(shù)、高硬度、低表面能以及低傳熱性；并且進(jìn)一步地，提供一種用于獲得上述復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)輥的制備方法。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種導(dǎo)衛(wèi)輥，其輥身表面具有一種梯度復(fù)合涂層，其優(yōu)選被涂覆于輥身基體表面，以提高其表面的耐磨性和斷裂韌性，特別是合金鋼表面，并且提供一種用于獲得上述涂層的制備方法。
[0016]所述導(dǎo)衛(wèi)輥，包括輥身、輥頸和輥頭三部分。其中在其輥身工作表面具有耐磨涂層。優(yōu)選地，具體輥身直徑為500-13000mm，輥身長(zhǎng)度為1000-4000mm。該長(zhǎng)度的選擇有利保證輥身工作部位的表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而輥身部分具有很好的韌性。
[0017]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0018]一種輥身表面具有耐磨涂層的導(dǎo)衛(wèi)輥，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層；優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0019]更優(yōu)選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為9-23 μ m，優(yōu)選為12_20μπι，更優(yōu)選為15-20 μπι ;優(yōu)選地，其中V2C的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優(yōu)選為 30-50 μ m。
[0020]此外，本發(fā)明還提供一種輥身表面具有梯度復(fù)合涂層的導(dǎo)衛(wèi)輥，所述梯度復(fù)合涂層為碳化物涂層，包括依次呈梯度分布的V2C致密陶瓷層、微米V8C7致密陶瓷層、V 8C7與基體的融合層。
[0021]優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0022]更優(yōu)選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為9-23 μ m，優(yōu)選為12-20 μ m，更優(yōu)選為15-20 μπι ;優(yōu)選地，其中V2C的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優(yōu)選為 30-50 μ m。
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選地，沿微米V8C7致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為17-88 μπι，優(yōu)選為40-88 μ m，更優(yōu)選為60-88 μ m ;優(yōu)選地，V8C7的體積分?jǐn)?shù)大于70%，優(yōu)選大于75% ;優(yōu)選地，V8C7的晶粒尺寸為5-15 μm，優(yōu)選為6-15 μm，更優(yōu)選為8-15 μπι。
[0024]更進(jìn)一步優(yōu)選地，沿V8C7與基體的融合層縱向剖面，其厚度為127 μ m-1075 μ m，優(yōu)選300-1000 μ m ;優(yōu)選地，其中V8C7的體積分?jǐn)?shù)為20% -85%，優(yōu)選為50% -85% ;優(yōu)選地，V8C7的晶粒尺寸為5-20 μ m，優(yōu)選為10-20 μ m。
[0025]優(yōu)選地，梯度復(fù)合涂層總厚度為153-1186 μm，優(yōu)選在400-1100 μπι。
[0026]更優(yōu)選地，導(dǎo)衛(wèi)輥基體組織根據(jù)熱處理方式不同可分為珠光體、馬氏體、鐵素體、貝氏體、奧氏體和索氏體中的一種或幾種；優(yōu)選地，該梯度復(fù)合涂層被施加于合金鋼表面。
[0027]本發(fā)明提供一種輥身表面具有耐磨涂層的導(dǎo)衛(wèi)輥的制備方法，包括如下步驟:
[0028]I)先準(zhǔn)備一釩板，優(yōu)選的，其中釩的純度應(yīng)控制在99.7-99.9%;更優(yōu)選地，所述釩板的厚度控制在0.2-3mm ;優(yōu)選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0029]2)根據(jù)導(dǎo)衛(wèi)輥的工作受力狀況，其主要磨損的部位是輥身表面，據(jù)此在管模內(nèi)壁固定外部碳源，然后將步驟I)中的釩板按照管模內(nèi)壁尺寸進(jìn)行卷繞，使其與外部碳源緊密結(jié)合；優(yōu)選地，在離心機(jī)的奧氏體不銹鋼管模內(nèi)壁固定外部碳源；
[0030]3)將合金鋼基材冶煉為鋼液；優(yōu)選地，溫度控制在1500_1560°C ；
[0031]4)將上述鋼液澆鑄到上述放置有釩板和外部碳源的管模內(nèi)，待鋼液冷卻后拔出，得到鑄態(tài)的導(dǎo)衛(wèi)輥，其輥身表面為合金鋼與釩板的復(fù)合體，而輥芯仍為合金鋼基體；優(yōu)選地，將上述鋼液通過(guò)離心鑄造澆鑄到上述放置有釩板和外部碳源的離心機(jī)管模內(nèi)；更優(yōu)選地，澆鑄溫度控制在1500-1560°C，澆鑄時(shí)間為60-120秒為宜；進(jìn)一步優(yōu)選地，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為500-600rpm ;優(yōu)選地，待金屬液冷卻2_3min后拔出；
[0032]5)將拔出的鑄態(tài)復(fù)合導(dǎo)衛(wèi)輥轉(zhuǎn)移到具有保護(hù)氣氛的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行保溫，最后隨爐冷卻至室溫，從而在輥身表面形成耐磨涂層，而輥芯仍為合金鋼基體。
[0033]其中，耐磨涂層為V2C致密陶瓷層。
[0034]優(yōu)選地，通過(guò)控制步驟5)中保溫時(shí)間、保溫溫度獲得該V2C致密陶瓷層；優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0035]本發(fā)明還提供一種輥身表面具有梯度復(fù)合涂層的導(dǎo)衛(wèi)輥的制備方法，包括如下步驟:
[0036]I)先準(zhǔn)備一釩板，優(yōu)選的，其中釩的純度應(yīng)控制在99.7-99.9%;更優(yōu)選地，所述釩板的厚度控制在0.2-3mm ;優(yōu)選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0037]2)根據(jù)導(dǎo)衛(wèi)輥的工作受力狀況，其主要磨損的部位是輥身表面，據(jù)此在管模內(nèi)壁固定外部