本发明属于硬质合金辊，具体涉及一种高铬钢硬质合金辊及其制备工艺。
背景技术：
1、随着钢材产品质量、价格市场竞争的日益激烈，钢铁企业一方面不断更新自身的装备技术，不断提升轧机的轧制速度；同时，如何减少轧机的停机次数，进一步提高轧机的有效作业率，已成为轧钢工程师们关注的重要课题。而采用具有更高轧制寿命的轧辊材料是实现这一目标的重要手段之一。硬质合金轧辊因具有良好的耐磨性、高温红硬性、耐热疲劳性及较高的强度，已普遍应用于棒、线材、螺纹钢及无缝钢管等的生产中，大大提高了轧机的有效作业率。
2、通常，在许多用于钢带的辊压机中，在轧辊的两侧布置有支承辊，以减小轧制负荷使辊轧机产生的弯曲变形。在轧制过程中，轧制负荷在轧辊与支承辊的接触区域产生大的应力。现有的硬质合金轧辊由于压缩屈服强度和弯曲强度不理想，由于辊表面的压缩屈服会产生的凹痕，无法实现高质量轧制，轧辊的使用寿命也不长。
3、针对硬质合金轧辊压缩屈服强度和弯曲强度不足的问题，以及由此导致的辊表面易产生凹痕、影响轧制质量和缩短使用寿命的情况，现有技术通常采取以下方法进行改善：(1)优化合金成分：改变硬质合金轧辊的成分，比如增加合金元素的含量，提高合金的硬度和韧性。使用更高质量的wc颗粒，以及优化粘结相的成分和比例，以改善合金的综合性能。(2)改进热处理工艺：引入更先进的热处理技术，如真空热处理、热等静压(hip)、控制冷却等，以消除残余应力，细化晶粒，提高合金的抗弯强度和压缩屈服强度。(3)采用复合结构：设计复合结构的硬质合金轧辊，如使用高韧性钢作为芯部，而硬质合金作为表面层。中间层的引入可以进一步优化热膨胀系数，减少因热应力导致的损伤。(4)表面处理技术应用表面涂层技术，如物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、等离子喷涂等，以增强表面硬度和耐磨性。使用激光熔覆、超音速火焰喷涂等方法，形成高硬度、高结合强度的表面层，提高抗凹痕能力。
4、但是上述方法对硬质合金轧辊压缩屈服强度和弯曲强度的提高效果不能满足市场的需求，同时还存在降低了产品硬度和杨氏模量的问题。因此，亟需一种高铬钢硬质合金辊，其具有足够的压缩屈服强度和弯曲强度，从而即使在用于金属带材的冷轧时，也使得辊表面上由于屈服而产生的凹痕更少，实现高质量轧制，同时改善现有产品硬度和杨氏模量低问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供了一种高铬钢硬质合金辊及其制备工艺。
2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种高铬钢硬质合金辊，包括外层、中间层和由钢制成的内层，所述中间层冶金地结合到所述内层和所述外层；
4、所述外层包括以下组分：60 80质量份的wc颗粒和15 25质量份的第一粘结相，所述第一粘结相包括以下质量百分数的组分：6.2 6.8％cr、0.7 1.6％al、0.5 1.2％六硼化镧、2 3％w、co1.8-2.2％，其余成分是fe和不可避免的杂质；
5、所述中间层包括以下组分：50 60质量份的wc颗粒和38 43质量份的第二粘结相，所述第二粘结相包括以下质量百分数的组分：6.2 6.8％cr、0.7 1.6％al、0.5 1.2％六硼化镧、2 3％w、co1.8-2.2％，其余成分是fe和不可避免的杂质。
6、本发明通过将特定组分和配比的外层和中间层用于制备合金辊，两者通过协同增效，可以改善高铬钢硬质合金辊的压缩屈服强度和弯曲强度，使得辊表面上由于屈服而产生的凹痕更少，可以实现高质量轧制。分析是本发明选用的特定组成的粘结相将wc颗粒粘合在一起，形成具有足够韧性的合金结构，通过控制合金中各组分的比例，可以优化微观结构，形成细小且均匀分布的第二相粒子，在烧结过程中，稀土六硼化物发生分解，生成钨co硼化合物，净化wc颗粒晶界，降低wc在co中的溶解析出，提高合金的硬度和韧性，同时wc颗粒和第一粘结相的协同作用，合金中的cr、al等元素可以促进形成细小的晶粒，细小的晶粒边界有助于阻止裂纹的扩展，可以有效分散外加应力，提高合金的抗弯强度和压缩屈服强度。但是外层和中间层在上述配比条件下，高铬钢硬质合金辊的硬度不理想，可能粘结相虽然能提高合金的韧性，但它们的硬度相对较低，进而导致整体硬度下降。
7、进一步地，所述由钢制成的内层以下质量百分数的组分：0.10 0.16％c、4.14.7％cr、0.3-0.9％ni、1.2-1.6％si、2.3-2.8％mn和0.02-0.06％al，其余成分是fe和不可避免的杂质。
8、本发明的由钢制成的内层的组分中除了铁元素，还添加了以cr为主，并辅以多种元素的组分，改善了高铬钢硬质合金辊的硬度。分析是本发明中铬可以在钢中形成细小的碳化物，起到“沉淀硬化”的效果，多种元素的协同作用，cr、mn、ni和si可以促进细小、弥散的碳化物相的析出，c与铬、镍、锰等合金元素协同作用，促使奥氏体转变为马氏体；同时在本发明的冷却条件下，钢可能会形成贝氏体相，这是一种介于马氏体和珠光体之间的组织，贝氏体具有较高的硬度和较好的韧性，以上组分通过形成细化晶粒以及促进有利的微观组织形成，共同提高了钢的硬度。同时，此条件下改善了高铬钢硬质合金辊的杨氏模量。
9、进一步地，所述外层和中间层使用的wc颗粒的中值直径d50是1 5μm。
10、进一步地，外层中的wc颗粒的质量和所述中间层中的wc颗粒的质量比为1.2-1.5：1。在此比例下通过优化合金辊各层的材料分布，不仅提高了合金辊的表面硬度和耐磨性，还通过控制杨氏模量的渐变过渡，改善了合金辊的整体刚性和机械稳定性，从而提高了其杨氏模量。
11、进一步地，在初始直径处，所述外层的厚度是15 20mm。
12、进一步地，所述中间层的厚度是10 15mm。
13、进一步地，所述内层的直径为300-310mm。
14、本发明提供了一种高铬钢硬质合金辊的制备工艺，包括以下步骤：
15、(1)将外层、中间层和内层的组分分别在球磨机中湿混合20-25小时，干燥，然后在100-110mpa的压力下加压，分别制得外层生坯、中间层生坯和内层生坯；
16、(2)将外层生坯、中间层生坯和内层生坯分别在真空条件下温度1260℃-1300℃烧结2-2.4h，分别得到外层烧结体、中间层烧结体和内层烧结体；
17、(3)将中间层烧结体布置在内层烧结体周围，外层烧结体布置在中间层烧结体周围，插入hip(hotisostaticpressingvessel)罐中进行热等静压，然后进行冷却，得到hip后的烧结体；
18、(4)将hip后的烧结体的外层研磨至表面粗糙度ra为0.3 0.8μm，得到高铬钢硬质合金辊。
19、进一步地，冷却的速率为70-80℃/小时。
20、进一步地，热等静压的条件为：温度1240-1270℃、压力150-170mpa，保持2-2.4小时。
21、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
22、1、本发明制得的高铬钢硬质合金辊的压缩屈服强度和弯曲强度高，使得辊表面上由于屈服而产生的凹痕更少，可以实现高质量轧制。同时硬度和杨氏模量得到改善。
23、2、本发明通过将特定组分和配比的外层和中间层用于制备合金辊，两者通过协同增效，可以改善高铬钢硬质合金辊的压缩屈服强度和弯曲强度，使得辊表面上由于屈服而产生的凹痕更少，可以实现高质量轧制。
24、3、本发明的由钢制成的内层的组分中除了铁元素，还添加了以cr为主，并辅以多种元素的组分，改善了高铬钢硬质合金辊的硬度。同时，此条件下改善了高铬钢硬质合金辊的杨氏模量。
1.一种高铬钢硬质合金辊，其特征在于，包括外层、中间层和由钢制成的内层，所述中间层冶金地结合到所述内层和所述外层；
2.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，所述由钢制成的内层以下质量百分数的组分：0.10 0.16％c、4.1 4.7％cr、0.3-0.9％ni、1.2-1.6％si、2.3-2.8％mn和0.02-0.06％al，其余成分是fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，所述外层和中间层使用的wc颗粒的中值直径d50是1 5μm。
4.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，外层中的wc颗粒的质量和所述中间层中的wc颗粒的质量比为1.2-1.5：1。
5.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，所述外层的厚度是15 20mm。
6.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，所述中间层的厚度是1015mm。
7.根据权利要求1所述的高铬钢硬质合金辊，其特征在于，所述内层的直径为300-310mm。
8.一种权利要求1-7任一项所述的高铬钢硬质合金辊的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的高铬钢硬质合金辊的制备工艺，其特征在于，冷却的速率为70-80℃/小时。
10.根据权利要求8所述的高铬钢硬质合金辊的制备工艺，其特征在于，热等静压的条件为：温度1240-1270℃、压力150-170mpa，保持2-2.4小时。
