阅读说明：本技术 一种组合轧辊及其制备方法 (Combined roller and preparation method thereof ) 是由 张凤泉 熊惟皓 曾春 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开的了一种组合轧辊及其制备方法,组合轧辊由辊芯、辊套和辊套固定装置组成。辊套为轧辊的工作面,安装在辊芯外圆；辊芯用于支撑辊套,辊芯的辊颈位于辊芯的两端并安装在轧机的轴承中,通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架；辊套固定装置是将辊套和辊芯装配在一起,并起到固定和定位的作用；辊套材料为Ti(C,N)基金属陶瓷,实现了轧辊的高精度、高模量和高耐磨。(The invention discloses a combined roller and a preparation method thereof. The roller sleeve is a working surface of the roller and is arranged on the excircle of the roller core; the roll core is used for supporting the roll sleeve, the roll necks of the roll core are positioned at two ends of the roll core and are arranged in a bearing of a rolling mill, and the rolling force is transmitted to the rack through a bearing seat and a screw-down device; the roller sleeve fixing device is used for assembling the roller sleeve and the roller core together and has the functions of fixing and positioning; the roll sleeve is made of Ti (C, N) -based metal ceramic, so that the high precision, high modulus and high wear resistance of the roll are realized.)

一种组合轧辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及板带材轧制和棒线材轧制技术领域，尤其涉及一种组合轧辊及其制备方法。

背景技术

轧辊是轧机的核心部件之一，且是易损件，轧辊性能是决定轧机效率、轧材质量的关键。目前轧辊基本采用工模具钢制作，但钢质轧辊的硬度和弹性模量低，难以实现难轧钢材极薄带产品的高精度、高性能、高效轧制。

为此，研究者采用了许多方法。

(1)复合轧辊，该技术是将轧辊辊身外层和芯部(包括辊颈部分)用不同材质制作，两种材质之间为冶金结合的轧辊，复合轧辊在一定程度上既能满足轧机对辊身耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。外层和芯部材质主要根据轧辊所在机架对其使用性能的具体要求选定。常用的复合轧辊的外层材料有冷硬铸铁、无界冷硬铸铁、球墨铸铁、高铬铸铁、合金钢、半钢、高铬钢、高速钢、硬质合金等；芯部常用材料为灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、锻钢。复合轧辊广泛地应用在各类轧机上，如热轧板带轧机的精轧工作辊、板带轧机的支承辊、型线钢管轧机的中、精轧工作辊等等。一些组合轧辊的辊套也是复合的，如H型钢轧机的水平辊、钢管轧机的张力减径辊等。

制造复合轧辊的方法有多种，主要方法有铸造方法，焊接方法，粉末冶金法，喷射沉积法，锻造复合锭法。

(2)组合轧辊(sleeved roll)：组合轧辊是将不同材质的辊套和辊芯机械地组装在一起的轧辊，又称镶套轧辊。

1)中国专利号为ZL03226253的组合式轧辊装置，是一种采用液压螺母轴向夹紧方式将辊环固定在轧辊轴上的组合式轧辊装置，包括轧辊轴及其上的液压螺母、锁紧环、隔环和合金辊环，液压螺母由螺母、活塞环及密封胶圈构成，锁紧环装在液压螺母和合金辊环之间，其由阶梯环和平环构成，阶梯环外为阶梯柱面，平环套在阶梯环外，平环与阶梯环的配合面为至少两段的多段斜面配合面，平环厚度等于或略小于阶梯环外环与螺母之间的间隙。本实用新型使轧辊的可用工作长度的比率增大，可任意组合辊片数、拆装方便，另液压螺母工作面积大因而所需加载的压力低，元件寿命长，从而降低了液压螺母的造价；又降低了加工锁紧环的精度要求，更不需准备不同厚度的锁紧环，因而操作简单，拆装方便省力省时。该专利由轧辊轴及其上的液压螺母、锁紧环、隔环和合金辊环，液压螺母由螺母、活塞环及密封胶圈构成，锁紧环装在液压螺母和合金辊环之间，工作面为合金辊环，只能用于棒、线材的生产，不能用于带材、更不能用于极薄带材的生产。

ZL 201420618874.9，一种组合式轧辊结构，包括辊芯、辊芯的外围同轴心套装有辊套，辊套的外围同轴心套装有辊筒，辊芯的内部同轴心安插有辊轴，辊芯由橡胶制成，辊套由合金球磨铸铁制成，辊筒由高铬离心复合铸铁制成，辊轴由石墨钢制成，辊筒的外围壁上均匀开设有多个环形燕尾槽，每个环形燕尾槽的圆心均落在辊筒的中轴线上，相邻两个环形燕尾槽之间的距离尺寸是每个环形燕尾槽尺寸的2-5倍，该组合式轧辊结构，主体部分的综合性能强，整体生产成本低、连接关系稳定、运行平稳。该专利辊筒的外围壁上均匀开设有多个环形燕尾槽，只能用于棒、线材的生产，不能用于带材、更不能用于极薄带材的生产。

经检索和专利分析，复合轧辊用于板带轧制，组合轧辊用于棒、线材、型钢轧制。即能生产宽薄带材，也可用于棒、线材、型钢轧制的组合轧辊技术需要开发研制。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种组合轧辊及其制备方法，实现了轧辊的高精度、高模量和高耐磨，本发明组合轧辊融合组合轧辊和复合轧辊两者的优点，即能生产宽薄带材，也可用于棒、线材、型钢轧制。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种组合轧辊，由辊芯、辊套和辊套固定装置组成，辊套为轧辊的工作面，安装在辊芯外圆；辊芯用于支撑辊套，辊芯的辊颈位于辊芯的两端并安装在轧机的轴承中，通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架；辊套固定装置是将辊套和辊芯装配在一起，并起到固定和定位的作用。所述辊套的弹性模量大于辊芯的弹性模量；辊套的硬度和耐磨性也均大于辊芯。

所述辊套还具有光滑的圆柱形或带轧槽的表面。

所述辊套材料为Ti(C,N)基金属陶瓷，辊芯和辊套固定装置的材料为普通碳钢或合金钢；所述Ti(C,N)基金属陶瓷材料的辊套弹性模量为400～500GPa，是高速钢轧辊的二倍以上，红硬性好，工作温度可达1100℃，从而实现了轧辊的高模量；硬度高HRA＝84～93、耐磨性好，与硬质合金相当，从而实现了轧辊的高耐磨；Ti(C,N)基金属陶瓷和采用特殊的加工工艺，轧辊精度高，从而保证了轧辊的高精度。

所述Ti(C,N)基金属陶瓷主要成分是TiN：35～65％、TiC：20～60％、SiC： 3～10％、Cr3C2：5～13％；优选：TiN：45～55％、TiC：40～50％、SiC：3～5％、 Cr3C2：5～10％；以上为重量百分含量。

一种组合轧辊的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用逐层压制法，将混合均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷粉未进行逐层压制，压制到大于所需的形状和尺寸后进行冷等静压烧结；

Ti(C,N)基金属陶瓷粉未主要成分是TiN：35～65％、TiC：20～60％、SiC：3～10％、Cr3C2：5～13％；优选：TiN：45～55％、TiC：40～50％、SiC：3～5％、Cr3C2： 5～10％；以上为重量百分含量。

具体压制工艺：选择的环形孔模具，并将其放置在压力机平台上，将Ti(C,N)基金属陶瓷粉未装入模具的环形孔中，每次加入量30～50mm高，优选的38～42mm，压力机头以1800MPa～2300MPa压力将30～50mm高的粉末压制到20～40mm，优选的压力机头以2000MPa～2100MPa 压力将38～42mm高的粉末压制到28～32mm，为一层；然后再装入30～50mm高的粉末，并压制到20～40mm，一直装、压到所需厚度尺寸，故称逐层压制法。

(2)以外圆为基准，加工Ti(C,N)基金属陶瓷辊套的内孔，内孔锥度为 1:10～1:50；

(3)加工辊芯，锥度与辊套一致；

(4)加工辊套的固定装置；

(5)将加工好的辊套装入辊芯中，无需热装，用螺母紧固到位后，给螺母加定位销；

(6)以辊芯的定位孔为基准，对辊套进行精磨。

Ti(C,N)基金属陶瓷辊套制造采用逐层压制法，实现了大尺寸制造及组织、性能均质化。

本发明的有益效果在于：

(1)辊套采用Ti(C,N)基金属陶瓷，弹性模量高达400～500GPa，是高速钢轧辊的二倍以上；红硬性好，工作温度可达1100℃，从而实现了轧辊的高模量。

(2)辊套采用Ti(C,N)基金属陶瓷，硬度高HRA＝84～93、耐磨性好，与硬质合金相当，从而实现了轧辊的高耐磨。

(3)辊套采用Ti(C,N)基金属陶瓷和特殊的加工工艺，而热膨胀系数8～10 ×10^{- 6}K^-1，与碳钢、合金钢热膨胀系数10-12×10^-6K^-1接近，从而保证了轧辊的高精度。

(4)Ti(C,N)基金属陶瓷稀缺资源含量低，成本为硬质合金的35～55％，辊芯为价格更低的碳钢或合金钢，使整体轧辊的加工成本降低。

附图说明

图1为本发明组合轧辊的结构剖视图；

图2为本发明组合轧辊辊套的剖面图；

图3为本发明组合轧辊辊芯结构图；

图4为本发明组合轧辊辊套固定装置结构图。

图中标号说明

1—辊芯 2—辊套固定装置 3—辊套 4—紧固螺母 5—定位销

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例进一步说明本发明是如何实现的。

(1)采用逐层压制法，将混合均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷粉未进行逐层压制，压制到大于所需的形状和尺寸后进行冷等静压烧结。辊套坯尺寸：外径Φ96mm，长度300mm、壁厚17mm，硬度差ΔHRA≤2；

(2)以外圆为基准，加工Ti(C,N)基金属陶瓷辊套的内孔，内孔锥度 1:10～1:50；

(3)如图3所示，加工辊芯1，锥度与辊套3一致；

(4)如图4所示，加工辊套的固定装置2；

(5)如图1和图4所示，将加工好的辊套3装入辊芯1中，无需热装，用螺母4紧固到位后，给螺母加定位销5；

(6)以辊芯1的定位孔为基准，对辊套3进行精磨。

实施例1

1)选择直拉式250mm四辊冷轧机，

2)选择Φ90mm工作辊

辊芯材质为Cr12MoV，弹性模量E＝206Gpa；

辊套为高模量碳氮化钛金属陶瓷，主要成分是TiN：48％、TiC：42％、 SiC：4％、Cr3C2：6％；。弹性模量E＝480Gpa，辊身表面硬度HRA91.6；辊套外径尺寸为Φ94×300mm，壁厚12mm；

将辊套装入辊芯上，并用紧固装置固定。

3)选择0.50×130mm的50W470的硅钢片作轧件；

按原轧制规程轧制，即采用五个道次，轧成0.10×130mm的50W470 的硅钢薄带，比用原轧辊减少二个道次，道次平均轧制力降低～46％，板形良好，厚度精度0.10±0.003，高于两根钢辊的0.10±0.009，精度提高二倍。

实施例2

1)选择直拉式250mm四辊冷轧机，

2)选择Φ90mm工作辊

辊芯材质为Cr12MoV，弹性模量E＝206Gpa；

辊套为高模量碳氮化钛金属陶瓷，主要成分是TiN：50％、TiC：40％、 SiC：5％、Cr3C2：5％；。弹性模量E＝480Gpa，辊身表面硬度HRA91.6；辊套外径尺寸为Φ92×300mm，壁厚11mm；

将辊套装入辊芯上，并用紧固装置固定。

3)选择0.50×130mm的50W470的硅钢片作轧件；

按原轧制规程轧制，即采用五个道次，轧成0.08×130mm的50W470的硅钢薄带，比用原轧辊减少二个道次，道次平均轧制力降低～52％，板形良好，厚度精度0.08±0.002，高于两根钢辊。