專利名稱：仿生非光滑耐磨軋輥(三)的制作方法
技術領域：
本發明屬于軋制型材用的軋輥。
背景技術：
軋鋼廠使用的軋輥，在軋制各種線材、棒材、窄帶鋼、中帶鋼、無縫鋼管的過程中，軋輥處在高溫、高負荷和高速度的條件下工作，使用工況條件苛刻，要求軋輥具有高的強韌性、耐磨性、耐表面粗糙性和耐熱裂性，因此，對制造軋輥的材料和工藝要求高。
目前，軋鋼廠使用的軋輥，大多數仍然使用高合金無限冷硬軋輥和合金半鋼軋輥，這些軋輥大都是采用同一種材料生產。對同一種材料，耐磨性和韌性往往是相互矛盾的兩個指標，而軋輥要求表面有高的耐磨性，芯部要有好的韌性，但是，生產中它們又是相互制約的。如果軋輥的耐磨性高，韌性就明顯不足，生產中時常出現斷輥現象；如果韌性好了，耐磨性又很差。因此，現有材料和工藝制造的軋輥，生產效率低，成本高，以某鋼鐵公司為例，型材軋輥每班八小時需更換三次軋輥，高速線材軋輥每天工作前要用2個小時更換軋輥。如果能將軋輥的使用壽命提高三倍，則生產效率可提高25％，生產成本將降低10％。

發明內容
本發明的目的是為提高軋輥表面耐磨性能，提供一種仿生非光滑耐磨軋輥，有效地提高型材軋輥的使用壽命。
本發明仿生非光滑耐磨軋輥是由耐磨材料輥皮和具有較好韌性的芯部材料復合而成，其特征在于輥皮具有微米級的凸包或凹坑、波紋、鱗片狀的非光滑表面。
軋輥表層的非光滑形態是通過對生物體材料的結構和磨擦行為研究提出來的仿生新思想。通過對某些生物如蜣螂、海生貝類、穿山甲、竹材等的研究發現，生物體表具有的減粘耐磨功能，是與其體表的非光滑形態有密切關系，體表的非光滑形態在磨料磨損過程中，可使磨料粒在磨擦過程中發生滾動而大大減輕了對其體表的損傷，這是生物經過億萬年的進化優化，逐漸形成與生存環境相適應的特征。不同的生物體具有不同的非光滑形態，有凸包、凹坑、波紋、鱗片等形態。根據生物體表的非光滑形態的耐磨效應，由此提出了仿生非光滑耐磨軋輥。軋輥表面的非光滑形態，根據軋輥實際工況條件，可以是凸包、凹坑、波紋、鱗片等形態。非光滑單元體大小在微米尺寸，凸包、凹坑型尺寸范圍直徑在50-200微米，凸包高度和凹坑深度在25-100微米，每一百平方毫米分布著200-5000個凸包或凹坑；波紋型尺寸范圍波寬在50-200微米，波峰與波谷高度在25-100微米，方向可以是徑向或軸向；鱗片型尺寸范圍長軸在50-200微米，短軸最大尺寸范圍在25-100微米，鱗片高度在25-100微米，每一百平方毫米分布著200-5000個鱗片。非光滑單元體形態、分布規律和尺寸大小對提高軋輥表層的耐磨性有重要作用，設計合理的非光滑形態會顯著提高軋輥表層工作部位的耐磨性。
本發明之軋輥所述的芯部采用低碳鋼或球墨鑄鐵等韌性材料，所述的輥皮材料是按如下成分(Wt％)的高碳、高釩高速鋼鑄造而成C 1.0～4.5，V 1.0～15.0，Cr 2.0～5.0，Mo 2.0～5.0，W 2.0～5.0，Fe余量，其中Si≤0.35，Mn≤0.35，P≤0.03。該材料是在高速鋼含有Cr、Mo、W的基礎上，通過增加C、V含量，來改變碳化物的類型和數量，獲得更多的MC型碳化物，并對V，C，Cr，Mo，W系合金進行了系統研究，根據高碳、高釩高速鋼成分-組織-性能(σw、K1C、HRC、耐磨性等)之間的關系、影響規律及作用機制，建立了C、V含量與初生相的準三元狀態圖及Fe-C、Fe-V準二元狀態圖，獲得了合金成分與凝固組織的關系，可根據軋輥的性能和成本要求及合金組織要求，設計合金成分。所述的高碳、高釩高速鋼，其成分是(重量百分比Wt％)鐵(Fe)余量，釩(V)1.0-15.0，碳(C)1.0-4.5，鉻(Cr)2.0-5.0，鉬(Mo)2.0-5.0，鎢(W)2.0-5.0，硅(Si)≤0.35，錳(Mn)≤0.35，磷(P)≤0.03，硫(S)≤0.03。所述的高碳、高釩高速鋼，具有優異的力學性能和耐磨性，在含碳量大大高于65Cr4W3Mo2VNi、65Cr4W3Mo2V及W18Cr4V的情況下，其K1C值仍大大高于上述合金的K1C值，而抗彎強度與其相當。
本發明的仿生非光滑復合耐磨軋輥，其制備方法是將耐磨材料高碳、高釩高速鋼按上述組成部分的重量百分比(Wt％)配制冶煉后，采用離心鑄造方法澆鑄軋輥的耐磨輥皮，芯部注入低碳鋼或球鐵等韌性材料，使兩種材料性能差異很大的材料復合在一起，形成表面耐磨，芯部又有韌性的復合軋輥。然后按照仿生學理論，由計算機設計軋輥表面具有耐磨效果的仿生非光滑形態圖案，非光滑形態可以是凸包、凹坑、波紋、鱗片等，采用經過特殊調制具有高能量、高密度和高重復頻率的YAG激光，在輔助氣體的配合下，結合計算機圖像處理和機床數控加工技術，在軋輥表層加工出仿生非光滑單元體，形成高耐磨性的仿生非光滑復合耐磨軋輥。
本發明具有以下優點利用仿生非光滑技術將復合耐磨軋輥表面處理出具有不同形態、尺寸和分布規律的不光滑仿生形態圖案，不僅具有高速鋼復合耐磨軋輥的硬度高、耐磨性好、硬度落差小、高溫時的紅硬性和不易斷輥等優點，而且具有仿生非光滑耐磨表面形態，使耐磨性進一步得到提高。其使用壽命較現在使用的冷硬鑄鐵軋輥的壽命提高4-6倍，生產仿生非光滑復合耐磨軋輥的成本僅較現在使用的冷硬鑄鐵軋輥的成本提高20-30％左右，具有高的性能價格比。


圖1是仿生非光滑耐磨軋輥輥皮具有波紋狀的結構形態示意圖。
具體實施例方式
實施例仿生非光滑耐磨軋輥，芯體是低碳鋼或球鐵、輥皮是上述技術方案成分的高碳、高釩高速鋼，輥皮表面為波紋狀，其波寬b＝50微米、波峰與波谷的高度d＝25微米，波紋分布方向為徑向或軸向。
權利要求
1.一種仿生非光滑耐磨軋輥，由耐磨材料輥皮和具有較好韌性的芯部材料復合而成，其特征在于輥皮具有微米級波紋狀的非光滑表面，其輥皮表面的波紋形態為波寬b為50～200微米、波峰與波谷的高度d為25～100微米，波紋分布方向可為徑向或軸向。
2.根據權利要求1所述的一種仿生非光滑耐磨軋輥，其特征在于所述的輥皮材料是按如下成分(Wt％)的高碳、高釩高速鋼鑄造而成C1.0～4.5，V1.0～15.0，Cr2.0～5.0，Mo2.0～5.0，W2.0～5.0，Fe余量，其中Si≤0.35，Mn≤0.35，P≤0.03。
全文摘要
本發明屬于軋制型材用的軋輥。該技術方案是為提高軋輥表面耐磨性能，提供一種仿生非光滑耐磨軋輥，有效地提高型材軋輥的使用壽命。該軋輥由耐磨材料輥皮和具有較好韌性的芯部材料復合而成，其特點是輥皮具有微米級波紋狀的非光滑表面，其輥皮表面的波紋形態為波寬為50～200微米、波峰與波谷的高度為25～100微米，波紋分布方向可為徑向或軸向。
文檔編號C22C38/00GK1557579SQ20041005993
公開日2004年12月29日 申請日期2002年9月25日 優先權日2002年9月25日
發明者任露泉, 周宏 , 韓志武, 邱小明, 佟金, 李建橋, 楊鴻善, 王再宙 申請人:吉林大學