一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法与流程

1.本技术涉及轧钢机械中的轧钢辊环新材料技术领域，尤其涉及一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法。


背景技术：

2.现有的辊环根据生产需要在辊环外圆上开出轧制线材用槽后，安装在精轧机组（十几到二十几个架次）上成对使用。在生产中由于高温、高速和高压造成辊环沟槽表面磨损，辊环消耗很快，一般高速线材2小时、棒材20小时左右辊环就会老化，轧制出的成品规格超标、表面粗糙，必须停机换辊。
3.被换下来的辊环需要进行修磨槽形和外径， 当其外径修磨到规定尺寸时（修磨9～20次）便下线报废。从工作性质可见一件辊环应由两部分组成：1、损耗去的部分即工作层， 要求其硬度高、耐磨性好、轧制量大；2、报废的部分即基体，要求其韧性好、 强度高、不碎裂。
4.现有技术生产的辊环是由单一成分的常规硬质合金材料（主要成分是碳化钨）烧结而成，是整体式结构；满足了基体的强度、韧性要求，失去工作层部分硬度、耐磨性的要求；而满足了工作层部分硬度、耐磨性的要求，就会损失基体的强度、韧性要求，使用中就容易崩裂。
5.辊环需要经过反复修磨以满足使用要求，修磨到一定程度继续使用会造成辊环崩裂、破碎等生产事故。一般不超过连续生产20天即做报废处理，报废的辊环一般用不到整体三分之一。硬质合金辊单辊单价从11000～18000不等。
6.现有辊环频繁换辊影响产量、短期报废提高轧钢成本，是长期困扰线材轧钢行业的难题之一。


技术实现要素：

7.为了解决上述背景技术提到的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本技术提供一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法。
8.本技术提供了一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法，所述高温耐磨复合轧钢辊环由基体和高温耐磨涂层构成，所述高温耐磨涂层涂覆在所述基体上，所述高温耐磨涂层涂覆在所述基体上的制备方法包括以下步骤：s1、预处理：对所述基体进行预处理；s2、真空加热处理：对经过所述预处理后的基体放入真空室进行加热处理和保压处理，所述加热处理时的温度为350～550℃，所述保压处理过程中的压力为（3～8）*10-3
pa；s3、离子清洗处理：向所述真空室内通入氩气/氦气，气压控制在0.33～2pa，同时对所述基体加脉冲负偏压﹣800～﹣50v，氩气/氦气离子轰击所示基体一段时间后，开启离子源增强气体辉光放电，以对经过加热和保压处理后的基体表面进行离子清洗处理，且所述离子清洗处理的时间为40～120分钟；
s4、镀膜处理：对经过离子清洗处理后的基体进行镀膜处理，并形成镀膜工件；s5、降温处理：对经过镀膜处理得到的所述镀膜工件进行自然降温处理，且待所述镀膜工件的温度降至100℃以下后取出；s6、抛光处理：对经过降温处理后的镀膜工件进行抛光处理，得到高温耐磨复合轧钢辊环。
9.步骤s1中，所述预处理具体包括以下步骤：首先，对所述基体先进行喷砂处理；然后，对经过喷砂处理后的基体进行清洗处理；最后，对经过清洗处理后的基体进行烘干处理。
10.所述清洗处理具体为：对经过所述喷砂处理后的基体依次进行高压水柱喷淋、超声波清洗和去离子水漂洗。
11.所述喷砂处理具体包括以下步骤：使用sy-zpt-4a双工位干式喷砂机，且采用300～500目的白刚玉，对所述基体的所有表面均进行喷砂处理，且所述喷砂处理的压力为0.3～0.6mpa，所述喷砂设备的喷嘴距所述基体的距离为5～15cm，所述基体随所述喷砂设备的工作平台同步进行旋转，且所述喷嘴同时上下移动，喷砂时间为5～10分钟。
12.步骤s2中，所述保压处理的时间为90～240分钟。
13.所述高压水柱喷淋具体为：采用3%质量比的碱性金属表面活化剂对所述基体进行高压水柱喷淋，且所述高压喷淋处理的时间为5～15分钟。
14.所述超声波清洗具体包括以下步骤：先采用摩尔浓度为6%的碱性金属表面清洗剂对所述基体进行超声波粗洗，所述超声波粗洗的温度为50～75℃，且所述超声波粗洗的时间为5～15分钟；然后，再采用摩尔浓度为2%的碱性金属表面清洗剂对所述基体进行超声波精洗，所述超声波精洗的温度为50～75℃，且所述超声波精洗的时间为5～15分钟。
15.所述去离子水漂洗具体包括以下步骤：首先，采用常温的去离子水对所述基体进行鼓泡漂洗，所述鼓泡漂洗的时间为3～5分钟；然后，采用温度为50～60℃的去离子水对所述基体进行超声波清洗，且所述超声波清洗的时间为1～2分钟；最后，采用温度为70～80℃的去离子水上下抛动所述基体3～10次，从而完成去离子水漂洗。
16.步骤s4中对经过离子清洗处理后的基体进行镀膜处理，包括以下步骤：镀打底层：采用纯钛靶离子对经过离子清洗处理后的基体进行金属离子刻蚀，然后调整真空室内的气压，对基体表面镀打底层；镀过渡层：对经过沉积打底层后的基体表面镀过渡层，其中，所述过渡层的厚度大于所述打底层的厚度；镀功能层：对经过沉积过渡层后的基体表面镀功能层，其中，所述功能层的厚度小于所述过渡层的厚度。
17.对经过沉积过渡层后的基体表面镀功能层，所述功能层为抗高温耐磨层，包括以下步骤：采用钛硅合金靶，通入一定量氮气，设定真空室内的气压为2.5～4pa；对基体施加
脉冲负偏压﹣150v～﹣20v，占空比40～80%；调节靶电流为60～130a，逐渐通入乙炔气体，乙炔气体流量逐渐增大，氮气流量逐渐减少，维持真空室内整体气压控制在2～3pa范围，乙炔气体与氮气的流量比控制在1：3，当乙炔气体与氮气的流量比稳定后，再继续沉积60～180分钟。
18.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本技术实施例提供的一种高温耐磨复合轧钢辊环，通过在基体表面涂敷一层高温耐磨涂层，该高温耐磨涂层隔绝高温线材、棒料直接与基体接触；同时由于高温耐磨涂层的表面光滑细腻，降低了产品与高温耐磨复合轧钢辊环之间的摩擦系数，从而延长了高温耐磨复合轧钢辊环在线时长，继而达到提高产量的目的。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术实施例提供的一种耐磨符合轧钢辊环的剖视结构示意图。
22.图2为图1中a处位置的放大结构示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.为了便于理解，下面对本技术实施例提供的一种高温耐磨复合轧钢辊环及其制备方法进行详细介绍，如图1至图2所示，所述高温耐磨复合轧钢辊环由基体100和高温耐磨涂层200构成，所述高温耐磨涂层200涂覆在所述基体100上，所述高温耐磨涂层涂覆在所述基体上的制备方法包括以下步骤：s1、预处理：对所述基体进行预处理；s2、真空加热处理：对经过所述预处理后的基体放入真空室进行加热处理和保压处理，所述加热处理时的温度为350～550℃，所述保压处理过程中的压力为（3～8）*10-3
pa；s3、离子清洗处理：向所述真空室内通入氩气/氦气，气压控制在0.33～2pa，同时对所述基体加脉冲负偏压﹣800～﹣50v，氩气/氦气离子轰击所示基体一段时间后，开启离子源增强气体辉光放电，以对经过加热和保压处理后的基体表面进行离子清洗处理，且所述离子清洗处理的时间为40～120分钟；s4、镀膜处理：对经过离子清洗处理后的基体进行镀膜处理，并形成镀膜工件；s5、降温处理：对经过镀膜处理得到的所述镀膜工件进行自然降温处理，且待所述镀膜工件的温度降至100℃以下后取出；s6、抛光处理：对经过降温处理后的镀膜工件进行抛光处理，得到高温耐磨复合轧
钢辊环。
25.步骤s1中，所述预处理具体包括以下步骤：首先，对所述基体先进行喷砂处理；然后，对经过喷砂处理后的基体进行清洗处理；最后，对经过清洗处理后的基体进行烘干处理。
26.所述清洗处理具体为：对经过所述喷砂处理后的基体依次进行高压水柱喷淋、超声波清洗和去离子水漂洗。
27.所述喷砂处理具体包括以下步骤：使用sy-zpt-4a双工位干式喷砂机，且采用300～500目的白刚玉，对所述基体的所有表面均进行喷砂处理，且所述喷砂处理的压力为0.3～0.6mpa，所述喷砂设备的喷嘴距所述基体的距离为5～15cm，所述基体随所述喷砂设备的工作平台同步进行旋转，且所述喷嘴同时上下移动，喷砂时间为5～10分钟。
28.步骤s2中，所述保压处理的时间为90～240分钟。
29.所述高压水柱喷淋具体为：采用3%质量比的碱性金属表面活化剂对所述基体进行高压水柱喷淋，且所述高压喷淋处理的时间为5～15分钟。
30.所述超声波清洗具体包括以下步骤：先采用摩尔浓度为6%的碱性金属表面清洗剂对所述基体进行超声波粗洗，所述超声波粗洗的温度为50～75℃，且所述超声波粗洗的时间为5～15分钟；然后，再采用摩尔浓度为2%的碱性金属表面清洗剂对所述基体进行超声波精洗，所述超声波精洗的温度为50～75℃，且所述超声波精洗的时间为5～15分钟。
31.所述去离子水漂洗具体包括以下步骤：首先，采用常温的去离子水对所述基体进行鼓泡漂洗，所述鼓泡漂洗的时间为3～5分钟；然后，采用温度为50～60℃的去离子水对所述基体进行超声波清洗，且所述超声波清洗的时间为1～2分钟；最后，采用温度为70～80℃的去离子水上下抛动所述基体3～10次，从而完成去离子水漂洗。
32.步骤s4中对经过离子清洗处理后的基体进行镀膜处理，包括以下步骤：镀打底层201：采用纯钛靶离子对经过离子清洗处理后的基体进行金属离子刻蚀，然后调整真空室内的气压，对基体表面镀打底层；具体为：采用纯钛靶离子进行金属离子刻蚀，然后调整真空室内氩气气压，气压控制在0.5～2pa范围内，调脉冲负偏压至﹣300v～﹣80v，占空比40～80%；同时开启铬靶弧源，弧电流为60～150a，沉积cr膜即打底层中的cr层8～10分钟；后向真空室内通入氮气，气压控制在0.5～1.5pa范围内，调脉冲负偏压至﹣200v～﹣80v，占空比40～80%，调整铬靶弧电流为60～150a，沉积crn膜即打底层中的crn层10～15分钟；后调整真空室内氮气气压，控制在0.5～1.2pa范围内，调脉冲负偏压至﹣200v～﹣80v，占空比40～60%；同时开启铬铝合金靶弧源，弧电流为80～150a，沉积craln膜即打底层中的craln层30～120 分钟。
33.镀过渡层202：对经过沉积打底层后的基体表面镀过渡层，其中，所述过渡层的厚度大于所述打底层的厚度；具体为：调整真空室内氮气气压，控制在3～4pa范围内，调脉冲负偏压至﹣200v～﹣20v，占空比40～80%；同时开启铬铝合金靶和钛硅合金靶弧源，钛铝弧电流为80～150a，钛硅弧电流为60～130a，沉积cralsin膜30～90 分钟。
34.镀功能层203：对经过沉积过渡层后的基体表面镀功能层，所述功能层的厚度小于所述过渡层的厚度。
35.对经过沉积过渡层后的基体表面镀功能层，所述功能层为抗高温耐磨层，包括以下步骤：采用钛硅合金靶，通入一定量氮气，设定真空室内的气压为2.5～4pa；对基体施加脉冲负偏压﹣150v～﹣20v，占空比40～80%；调节靶电流为60～130a，逐渐通入乙炔气体，乙炔气体流量逐渐增大，氮气流量逐渐减少，维持真空室内整体气压控制在2～3pa范围，乙炔气体与氮气的流量比控制在1：3，当乙炔气体与氮气的流量比稳定后，再继续沉积60～180分钟。
36.沉积结束后，关闭弧电源、关闭偏压电源、关闭气体质量流量计、关闭靶线圈磁场电源，维持520℃继续抽真空保压120分钟后，关闭加热组件，工件随炉冷却至100℃以下，打开真空室，取出工件，镀膜过程结束。
37.所使用的纯钛靶中钛原子含量99.99%，纯铬靶中铬原子含量99.999%，钛铝合金靶中，铝的原子百分比为50～70%；钛硅合金靶的靶材中，硅的原子百分比为5～20%。
38.本技术实施例提供的一种高温耐磨复合轧钢辊环，利用离子束辅助真空离子镀膜技术在辊环表面涂敷一层高温耐磨涂层，该涂层隔绝高温线材、棒料直接与辊环机体接触，同时涂层表面光滑细腻降低了成品与辊环之间的摩擦系数，从而延长了辊环在线时长提高产量，也降低了成品表面粗糙度。
39.本发明实施例提供的一种高温耐磨复合轧钢辊环，通过利用离子束辅助真空离子镀膜技术在辊环表面涂敷一层高温耐磨涂层，具备以下明显优势：覆膜厚度适中：8～15μm；覆膜硬度高：膜层硬度可达3800～4300hv；摩擦系数低：相比硬质合金辊环摩擦系数降低50% ；耐热疲劳：在1000℃高温下可持续工作；覆膜与基体结合牢固：膜层均匀磨耗，不产生薄膜局部脱落。
40.本发明实施例提供的一种高温耐磨复合轧钢辊环，其上的高温耐磨涂层可以隔绝高温线材、棒料与辊环机体直接接触，同时涂层表面光滑细腻降低了成品与辊环之间的摩擦系数，从而延长了辊环在线时长提高产量，也降低了成品表面粗糙度。通过在某轧钢工厂使用，高线轧钢辊环可延长使用寿命2～3倍，棒材辊环3～5倍。
41.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。