一種cpc高速軋輥鋯質固液面新型材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料，制備方法為：選用ZrO2含量>99％的氧化鋯粉末；添加劑選擇氧化鎂和氧化釔；采用含量聚乙烯醇的水溶液作為粘結劑，調成固含量為50％的漿體，通過離心式造粒形成粉末顆粒，通過等靜壓機壓制成型；將壓制好的產品放于高溫隧道窯，通過24小時燒成。最后采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
【專利說明】一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋼鐵冶煉領域，尤其涉及一種CPC高速軋輥固液面新型材料。
【背景技術】
[0002] 由于鋼材軋制操作是通過軋輥運轉進行的、故軋輥直接影響產品質量和操作幾 天，因此，（業界）強烈要求提高其性能。為了極大地提高軋輥壽命，新日鐵公司軋輥廠和鋼 鐵研宄所等聯合，用CPC法（ContinuousPouringProcessforCladding即連續鑄焊法）開發 了高速（工具）鋼軋輥，其特性如下：a.因利用了硬質結晶碳（C)化物，乳輥具有致密的鑄 造組織；b.用漸進式低頻感應加熱淬火及高溫回火獲得了紙氏（Vickers)硬度800以上的 高硬度，因溫度上升時組織穩定、殘余應力低，故軋輥耐凹陷性和抗裂紋擴展能力高；c.軋 制操作時表面光潔度下降少，乳輥咬入區（rollbite)內保持了穩定的摩擦系數，較之通常 的5% Cr鍛鋼軋輥，可進行時間長達3-5倍的大量連續軋制；d.軋輥磨損極小，可進行油軋 制下的寬度逆轉操作。因此，可發揮本（開發）軋輥耐磨損性、光潔度保持性及耐事故性等 優良性能，可大大緩解冷軋領域軋輥造成的制約條件，除了可以提高生產率外，還能簡化軋 輥管理，實現管理的省力化、彈性化和物流的高效化、效果極大。
[0003] 與普通離心鑄造高速鋼軋輥相比，CPC法制造高速鋼軋輥具有以下特點：熔融的 金屬自下而上凝固，有利于液體金屬的補縮。因為特殊的鑄造方法沒有密度偏析，乳輥外層 可以采用高碳高鎢高釩高速鋼，具有良好的紅硬性和高溫耐磨性。軋輥外層在水冷結晶器 中凝固，以獲得細小的凝固組織，改善軋輥的強韌性和熱疲勞抗力。使用鍛鋼為芯部材料， 具有較高強度，乳鋼時芯部沒有斷裂的危險，并且提高了軋輥的彎曲負載，從而使軋制鋼板 獲得比較好的板形。軋輥內外層材質選擇范圍寬、結合強度高，使以前用離心鑄造法不能生 產的材料，如過共晶材料和顆粒增強高速鋼基復合材料的生產成為可能。在外層與芯部之 間的過渡層由于金屬擴散結合得很好，這種復合軋輥的外層具有較大的殘余壓應力，可防 止軋輥表面上的裂紋向芯部滲入而導致軋輥剝落。CPC工藝不僅可用于制備新軋輥，也可以 修復舊軋輥，生產成本較低，比電渣重熔堆焊法低1/2,比埋弧焊堆焊法低2/3。在實際生產 應用中，該工藝能使輥耗明顯下降，換輥次數和軋輥研磨量減少。同時，CPC復合軋輥性能 比離心軋輥相增強，燃料和動力消耗降低，有助于降低軋制成本和提高帶鋼質量。
[0004] 固液面是指：鋼水從液態向固態結晶轉變的過渡階段所在位置；
[0005] 固液面材料：固液面所在位置處鋼水及成型的軋輥與四周相接觸的材料。
[0006] 受制于固液面材料及相關技術的制約，國際上只有日本的新日鐵及日立鋼廠能夠 生產出CPC高速軋輥；但是以往的固液面材料如剛玉、鋁碳質，很難滿足熱振及抗侵蝕的要 求，影響CPC復合鑄造軋輥硬質共晶碳化物晶粒沿晶界分布及在結晶內顆粒狀MC碳化物呈 彌散分布，從而影響軋輥的質量。
[0007] 本發明旨在提供一種新型的CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料，它能使軋輥在成 型的過程中，外層高合金化不容易產生偏析、得到致密的鍛造凝固組織、具備強韌性和高剛 性的鋼系材料，直接決定了成品軋輥的金相組織均勻幾具有較高的耐磨損性。
[0008] CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料是CPC高速軋輥成型關鍵部位材料，國內在863 項目立項后，通過十幾年的研宄，CPC高速軋輥終于有了雛形，這是我國首次創新性的使用 該類材料來解決CPC高速軋輥的成型難題，填補了我國CPC高速軋輥領域的空白，大幅度緩 和了冷軋鋼板領域中因軋輥原因面制約生產的狀況，具有很高的發明高度。
【發明內容】
[0009] 基于【背景技術】的固液面材料如剛玉、鋁碳質，很難滿足熱振及抗侵蝕的要求，影響 CPC復合鑄造軋輥硬質共晶碳化物晶粒沿晶界分布及在結晶內顆粒狀MC碳化物呈彌散分 布，從而影響軋輥的質量的技術問題，本發明提供了一種新型的CPC高速軋輥鋯質固液面 新型材料，它能使軋輥在成型的過程中，外層高合金化不容易產生偏析、得到致密的鍛造凝 固組織、具備強韌性和高剛性的鋼系材料，成品軋輥的金相組織均勻幾具有較高的耐磨損 性。
[0010] 固液面是指：鋼水從液態向固態結晶轉變的過渡階段所在位置；
[0011] 固液面材料：固液面所在位置處鋼水及成型的軋輥與四周相接觸的材料。
[0012] 本發明的技術方案如下：
[0013] 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，包括以下步驟：
[0014] (1)配料：主料選用ZrO2含量>99%的氧化鋯粉末；添加劑是氧化鎂和氧化釔；
[0015] (2)成型：采用含量聚乙烯醇的水溶液作為粘結劑，調成固含量為50%的漿體，通 過離心式造粒形成粉末顆粒，通過等靜壓機壓制成型；
[0016] (3)燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道窯，通過24小時燒成。
[0017] (4)調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
[0018] 所述步驟（1)，氧化鋯的粒徑優選為lum。
[0019] 所述步驟（1)，氧化鎂和氧化釔的粒徑優選為lum。
[0020] 所述步驟（1)，氧化釔的質量百分比含量優選為：1% -2% ;氧化鎂的重量百分比 含量優選為：2% -4% ;
[0021] 所述步驟（2)，聚乙烯醇的水溶液的質量百分比濃度優選為10% ;
[0022] 所述步驟（2)，優選為通過離心式造粒形成粒度100?200目粉末顆粒，成型方式 是通過500Mpa的等靜壓機壓制成型；
[0023] 所述步驟（3)，燒成溫度優選為1650-1700°C。
[0024] 本發明的有益之處在于：
[0025] 1、受制于固液面材料及相關技術的制約，國際上只有日本的新日鐵及日立鋼廠能 夠生產出CPC高速軋輥；但是以往的固液面材料如剛玉、鋁碳質，很難滿足熱振及抗侵蝕的 要求，影響CPC復合鑄造軋輥硬質共晶碳化物晶粒沿晶界分布及在結晶內顆粒狀MC碳化物 呈彌散分布，從而影響軋輥的質量，本發明開創性地發明了優質的新型材料，極大的降低了 生產成本。
[0026] 2、本發明的新型CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料，它能使軋輥在成型的過程 中，外層高合金化不容易產生偏析、得到致密的鍛造凝固組織、具備強韌性和高剛性的鋼系 材料，成品軋輥的金相組織均勻幾具有較高的耐磨損性。
[0027] 3、本發明的新型CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料制備簡單，成本低廉。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1 :
[0029] 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，包括以下步驟：
[0030] (1)配料：選用Ium的氧化鋯（ZrO2含量>99% )粉末為主料，添加劑是氧化鎂和 氧化釔，粒度lum，含量分別為：氧化鎂2%，氧化釔1%，其余為氧化鋯；所述含量均為質量 百分比含量。
[0031] (2)成型：采用質量百分比為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，調成固含量為 50%的漿體，通過離心式造粒形成粒度100目粉末顆粒。成型方式是通過500Mpa的等靜壓 機壓制成型；
[0032] (3)燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道g，燒成溫度為1650°C，通過24小時燒 成；
[0033] (4)調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
[0034] 實施例2 :
[0035] 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，包括以下步驟：
[0036] (1)配料：選用Ium的氧化鋯（ZrO2含量>99% )粉末；添加劑是氧化鎂和氧化釔， 粒度lum，含量分別為：氧化鎂4%，氧化釔2%，其余為氧化鋯；所述含量均為質量百分比含 量。
[0037] (2)成型：采用質量百分比為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，調成固含量為 50%的漿體，通過離心式造粒形成粒度200目粉末顆粒。成型方式是通過500Mpa的等靜壓 機壓制成型；
[0038] (3)燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道窯，燒成溫度為1700°C，通過24小時燒 成。
[0039] (4)調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
[0040] 實施例3 :
[0041] 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，包括以下步驟：
[0042] (1)配料：選用Ium的氧化鋯（ZrO2含量>99% )粉末；添加劑是氧化鎂和氧化釔， 粒度lum，含量分別為：氧化鎂3%，氧化釔1. 5%，其余為氧化鋯；所述含量均為質量百分比 含量。
[0043] (2)成型：采用質量百分比為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，調成固含量為 50%的漿體，通過離心式造粒形成粒度150目粉末顆粒。成型方式是通過500Mpa的等靜壓 機壓制成型；
[0044] (3)燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道窯，燒成溫度為1680°C，通過24小時燒 成。
[0045] (4)調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
[0046] 實施例4 :
[0047] 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，包括以下步驟：
[0048] (1)配料：選用Ium的氧化鋯（ZrO2含量>99% )粉末；添加劑是氧化鎂和氧化釔， 粒度lum，含量分別為：氧化鎂3. 5 %，氧化釔1. 8 %，其余為氧化鋯；所述含量均為質量百分 比含量。
[0049] (2)成型：采用質量百分比為10%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，調成固含量為 50%的漿體，通過離心式造粒形成粒度1200目粉末顆粒。成型方式是通過500Mpa的等靜 壓機壓制成型；
[0050] (3)燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道g，1690°C，通過24小時燒成。
[0051] (4)調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
[0052] 實施例5 :效果檢測
[0053] 日新制鋼所設計的一套CPC裝置，輥身直徑250?850mm，外層長度彡3000mm， 外層厚度彡100mm，軋輥長度彡5700mm，軋輥重量彡15000kg。
[0054] 其工作過程是將熔融的外層高速鋼水澆鑄到垂直裝置的鍛鋼心和水冷結晶模之 間，熔融的外層鋼水與鍛鋼心融合的同時凝固，然后通過拉拔機構將軋輥向下拉。鋼水不 斷的澆入，在通過結晶器時不斷凝固，然后不斷向下拉出，最終形成高速鋼外層、鍛鋼心 部的高速鋼復合軋輥。為了保證外層與心部良好融合，用感應圈加熱熔融金屬和鍛鋼心 部。熔融金屬由下而上凝固，有利于液體金屬的補縮，不產生縮孔、疏松等鑄造缺陷，同 時還可采用高的凝固速度細化組織。
[0055] 選用實施例1-4所制得的固液面材料，以及普通剛玉固液面材料作為對比實驗進 行測試生產。
[0056] 澆注前加熱器底面與底盤上表面相平，加熱器預熱后開始連續澆注得到鋼材。
[0057] 結果如下表1所示：
[0058] 表 1
【權利要求】
1. 一種CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，其特征在于其步驟如下： (1) 配料：主料選用Zr02含量>99%的氧化鋯粉末；添加劑是氧化鎂和氧化釔； (2) 成型：采用含量聚乙烯醇的水溶液作為粘結劑，調成固含量為50%的漿體，通過離 心式造粒形成粉末顆粒，通過等靜壓機壓制成型； (3) 燒制：將壓制好的產品放于高溫隧道g，通過24小時燒成； (4) 調整產品尺寸：采用數控車床按照圖紙進行精確加工，形成符合要求的產品。
2. 權利要求1所述的CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，其中所述步驟 (1)，氧化鋯的粒徑為lum;氧化鎂和氧化釔的粒徑為lum，所述氧化釔的質量百分比含量優 選為：1%-2% ;氧化鎂的重量百分比含量優選為：2%-4°/〇。
3. 權利要求1-2所述的CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，其中聚乙烯醇 的水溶液的質量百分比濃度為10% ;通過離心式造粒形成粒度1〇〇~200目粉末顆粒，成型方 式是通過500Mpa的等靜壓機壓制成型。
4. 權利要求3所述的CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料的制備方法，所述步驟（3)，燒 成溫度為1650-1700° C。
5. 權利要求1-4所述的制備方法制備得到的CPC高速軋輥鋯質固液面新型材料。
【文檔編號】C04B35/66GK104496501SQ201410841332
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】都智剛, 應文瀚, 周濤, 佘峰強, 許琳媛 申請人:浙江鐵獅高溫材料有限公司