高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法

摘要

本发明公开了高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法，属于金属陶瓷合金技术领域，解决现有的轧辊辊环外层抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感的技术问题，包括压制混合粉末，压制混合粉末的配料包括：TiCN，TiC，TiN；WC，Mo2C，ZrNbC，Cr3C2，Co‑Ni；本申请高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷辊环外圈具有高的耐磨性、高的热传导性及耐腐蚀性能，综合性能优异。低合金钢内圈易于加工，增加了加工的经济性，该类金属陶瓷复合轧辊采用外层和内层结构组装而成，使金属陶瓷轧辊辊环磨削加工工序简化，同时又降低了合金制造成本，组装方便，适宜于批量生产。

权利要求

1.高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，金属陶瓷材质包括压制混合粉末，其特征在于，压制混合粉末的配料包括：45～65wt％TiCN，1.5～10wt％TiC，1.5～8wt％TiN，8.5～25wt％WC，1.0～4.5wt％Mo2C，1.5～7.5wt％ZrNbC，1.0～3.5wt％Cr3C2，12～20wt％Co‑Ni；金属陶瓷材质的微观组织包括硬质相，固溶体相和粘结相，硬质相的成分包括TiCN，固溶体相的成分包括(Ti,M)(C,N)，其中M为W，Mo，Nb，Cr，Zr多元组成，粘结相的成分包括Co‑Ni。

2.根据权利要求1所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，其特征在于，压制混合粉末的配料包括：50wt％TiCN，5.5wt％TiC，4.5wt％TiN，16.5wt％WC，2.5wt％Mo2C，4.5wt％ZrNbC，2wt％Cr3C2，14.5wt％Co‑Ni。

3.根据权利要求1或2所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，其特征在于，TiCN的粉末粒度FSSS为1.5～3.2微米，TiC、TiN、WC、Mo2C、ZrNbC、Cr3C2、Co‑Ni的粉末粒度FSSS均不大于2.5微米。

4.如权利要求1‑3任一项所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入研磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；

步骤2、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过

120～180目筛后沉淀1～2h；

步骤3、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为100～120℃，干燥时间为1～

2h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成金属陶瓷毛坯；

步骤4、将压制好的将压制好的金属陶瓷毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3～5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420～500℃，保持时间为2～6.5h；

步骤5、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250～1330℃，保温时间为2～4小时，烧结气压为500～5000Pa，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1～3:7～9；

步骤6、固相烧结后进行高温液相烧结，烧结温度为1450～1530℃，烧结保温时间为1～

4h，通入1～5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％；

步骤7、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷件。

5.根据权利要求4所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质的制备方法，其特征在于，氩气气体气压优选为4～5MPa。

6.基于权利要求1‑3任一项所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的辊环外圈，其特征在于，所述辊环外圈的制备方法包括如下步骤：步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；

步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过

120～180目筛后沉淀1～2h；

步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为100～120℃，干燥时间为1～

2h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3～5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420～500℃，保持时间为2～6.5h；

步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250～1330℃，保温时间为2～4小时，烧结气压为500～5000Pa，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1～3:7～9；

步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1450～1530℃，烧结保温时间为1～4h，通入1～5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％；

步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈。

7.基于权利要求6所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的辊环外圈，其特征在于：步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

8.基于权利要求7所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的带孔型的辊环外圈的辊环，其特征在于，包括辊环本体，所述辊环本体包括低合金钢内圈，位于所述低合金钢内圈内侧外周的一圈L型槽，所述L型槽内设置有所述的带孔型的辊环外圈，所述带孔型的辊环外圈延伸至所述L型槽外侧，所述L型槽的外侧套设有压盖，所述压盖的外周与低合金钢内圈的外周形状相同，所述压盖与所述低合金钢内圈之间通过紧固螺钉固定，所述压盖内表面设置有键槽。

9.如权利要求8所述的带孔型的辊环外圈的辊环的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、将带孔型的辊环外圈加热至100‑250℃，保持12‑24小时；

步骤b、采用自动夹具将带孔型的辊环外圈套在低合金钢内圈内侧外周的一圈L型槽内，并固定好位置，待冷却至室温后，将压盖通过紧固螺钉与低合金钢内圈固定；

步骤c、置于室温条件下自然恒温≥1天，使低合金钢内圈与压盖充分吸热并与带孔型的辊环外圈形成过盈配合，后精磨加工即得。

10.基于权利要求8所述的金属陶瓷材质制备的带孔型的辊环外圈的辊环的轧辊机，其特征在于，所述轧辊机包括两个或三个所述辊环。

说明书

高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属陶瓷合金技术领域，更具体的是涉及金属陶瓷辊环技术领域。

背景技术

[0002] 20世纪60年代第一台全新结构的摩根45°高速线材精轧机问世后，有色冶金行业线材生产领域的不断革新，线、棒材轧制速度大大提升，其轧辊、辊环及滚动导卫(导辊)是其主要消耗部件，过去使用的轧辊材料大都是工具钢和铸铁制成，约占到生产成本的8％～25％。轧辊或辊环质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响所轧线材的质量。辊环的工作条件非常恶劣，线材轧件通过时轧辊表面的温度可达900℃～
1150℃，轧辊易出现碎辊、裂辊或轧槽等，其主要原因有：轧制过程中辊环直接与高温轧件接触，辊环与辊轴所产生的热应力也是不相同的，辊环还要受到轧制应力的作用。同时还需承受高频交替的热应力冲击。辊环轧制咬入高温棒线材后，接受其传递的热量。受瞬间高温影响，表层因温度急剧升高而膨胀，次表层温度因传热限制基本保持不变，表层受到压应力而次表层为受到拉应力。吐出棒线材后，轧槽与线材脱离，因受冷却水的作用，表层温度很快降低而收缩，使表层变为拉应力状态而次表层变为压应力状态。辊环每旋转一周，其表层就进行一次拉压应力循环，多次反复的拉压结果和交变的冲击载荷的作用下，轧槽表面发生机械变形，在轧槽表面就会出现热疲劳进而产生热疲劳裂纹，并逐渐在辊环表面和内部形成显微裂纹。高频交替热冲击对辊环作用的结果就是热疲劳裂纹的产生，即典型的龟裂纹的形成。承受高速的磨损和磨蚀。辊环在对高速棒线材进行轧制压延的同时，轧槽也承受着棒线材的高速摩擦磨损。另外，冷却水中固体粒子以及氧化铁鳞也会对其产生冲刷和磨料磨蚀，承受冷却水一定的腐蚀作用。由于轧制冷却水都具有一定的酸碱性，辊环在此环境中发生电化学反应，结果对辊环造成腐蚀。热轧线材用复合轧辊的性能而言，材质上必须满足以下要求：平滑的表面光洁度，足够的耐磨性，良好的抗断裂强度，优良的抗腐蚀、抗热疲劳、抗热龟裂性能等。

[0003] 当前的轧辊主要采用铸钢件或复合WC‑Co硬质合金作外层轧辊辊环和整体硬质合金作轧辊，铸钢件轧辊轧制高速线材时寿命仅为硬质合金轧辊的25％～40％左右，且精度不高。而复合WC‑Co硬质合金轧辊作外层热轧辊或整体作轧辊，尽管具有良好的强度、耐磨性和使用帮命，但是密度比铸钢辊大，所制备的轧辊环偏重，通常需要调整现有的整套轧制工艺参数才能适应生产，其二其抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感，因而影响到轧辊的使用寿命，导致生产线材表面光洁度差，其三部分或整体硬质合金作轧辊时所含贵重金属W，Co等元素比例较大，其价格相对更加昂贵。因此，制备更加经济适用的高温耐磨耐腐蚀金属陶瓷复合轧辊十分迫切。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于：为了解决上述现有的铸钢件轧辊寿命低及WC‑Co硬质合金作3
为外层轧辊辊环时，密度大，达到14.78g/cm ，抗腐蚀和抗氧化性能较低，对热裂纹敏感的技术问题，本发明提供高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质、复合轧辊及其制备方法。

[0005] 本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，金属陶瓷材质包括压制混合粉末，压制混合粉末的配料包括：45～65wt％TiCN，1.5～10wt％TiC，1.5～8wt％TiN，8.5～25wt％WC，1.0～4.5wt％Mo2C，1.5～7.5wt％ZrNbC，1.0～3.5wt％Cr3C2，12～20wt％Co‑Ni。

[0006] 本申请的技术方案中，本申请压制混合粉末的原料资源丰富，成本低，采用粉末冶金方法获得金属陶瓷复合材料的硬质相的成份主要为TiCN，固溶体相的成份为(Ti,M)(C,N)，其中M为W，Mo，Nb，Cr，Zr多元组成；粘结相成分为Co‑Ni。固溶合金粉末作原料有效提高润湿性降低其膨胀系数，耦合匹配了基体硬质相和粘结相界面，不发生剧烈的化学反应，无脆性相和恶化界面，有益于金属陶瓷的断裂韧性且不降低硬度和抗弯强度。制备的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，具有高红硬性、高耐磨性、热膨胀系数小、化学稳定性好、极低的摩擦系数的优势，是当前热门和极具潜力的材料。与传统硬质合金相比，在高温条件下(700～1100℃)仍具有较好的耐磨性、硬度、化学稳定性和抗粘附性，且金属陶瓷密度仅为5.6g/3 3 3
cm～7.0g/cm ，明显低于钢的密度7.85g/cm ，减轻了整体轧辊的重量；还有利于缓解高速钢和硬质合金刀具的主要成分钨资源在全球范围内的资源枯竭问题。同时，本申请高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷辊环外圈具有高的耐磨性、高的热传导性及耐腐蚀性能，综合性能优异。低合金钢内圈易于加工，增加了加工的经济性，该类金属陶瓷复合轧辊采用外层和内层结构组装而成，使金属陶瓷轧辊辊环磨削加工工序简化，同时又降低了合金制造成本，组装方便，适宜于批量生产。

[0007] 优选的，压制混合粉末的配料包括：50～60wt％TiCN，2～8wt％TiC，2～6wt％TiN；10～20wt％WC，2～4wt％Mo2C，2～7wt％ZrNbC，1.5～3wt％Cr3C2，14～18wt％Co‑Ni。

[0008] 更为优选的，压制混合粉末的配料包括：50wt％TiCN，5.5wt％TiC，4.5wt％TiN；16.5wt％WC，2.5wt％Mo2C，4.5wt％ZrNbC，2wt％Cr3C2，14.5wt％Co‑Ni。

[0009] 进一步的，TiCN的粉末粒度为1.5～3.2微米，TiC的粉末粒度FSSS、TiN的粉末粒度FSSS、WC的粉末粒度FSSS、Mo2C的粉末粒度FSSS、ZrNbC的粉末粒度FSSS、Cr3C2的粉末粒度FSSS及Co‑Ni的粉末粒度FSSS均不大于2.5微米。

[0010] 进一步的，金属陶瓷材质的微观组织包括硬质相，固溶体相和粘结相，硬质相的成分包括TiCN，固溶体相的成分包括(Ti,M)(C,N)，其中M为W，Mo，Nb，Cr，Zr多元组成，粘结相的成分包括Co‑Ni。

[0011] 所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 步骤1、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入研磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；

[0013] 步骤2、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过120～180目筛后沉淀1～2h；

[0014] 步骤3、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为100～120℃，干燥时间为1～2h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成金属陶瓷毛坯；

[0015] 步骤4、将压制好的将压制好的金属陶瓷毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3～5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420～500℃，保持时间为2～6.5h；

[0016] 步骤5、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250～1330℃，保温时间为2～4小时，烧结气压为500～5000Pa，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1～3:7～9；

[0017] 步骤6、固相烧结后进行高温液相烧结，烧结温度为1450～1530℃，烧结保温时间为1～4h，通入1～5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％，其气压优选4～5MPa；

[0018] 步骤7、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷件。

[0019] 进一步的，步骤1中，球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.2～0.6％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.3～0.5％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为320m1/l～450m1/L，以球磨罐总升数计算。

[0020] 进一步的，步骤2中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径8～12mm，球料比5～10:1。

[0021] 进一步的，步骤2中球磨的转速为60～78转/分，时间为24～60h。

[0022] 进一步的，基于所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的辊环外圈，其特征在于，所述辊环外圈的制备方法包括如下步骤：

[0023] 步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；

[0024] 步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过120～180目筛后沉淀1～2h；

[0025] 步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为100～120℃，干燥时间为1～2h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

[0026] 步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3～5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420～500℃，保持时间为2～6.5h；

[0027] 步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250～1330℃，保温时间为2～4小时，烧结气压为500～5000Pa，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1～3:7～9；

[0028] 步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1450～1530℃，烧结保温时间为1～4h，通入1～5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％，其气压优选4～5MPa；

[0029] 步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈。

[0030] 进一步的，步骤A中，球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.2～0.6％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.3～0.5％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为320m1/l～450m1/L，以球磨罐总升数计算。

[0031] 进一步的，步骤B中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径8～12mm，球料比5～10:1。

[0032] 进一步的，步骤B中球磨的转速为60～78转/分，时间为24～60h。

[0033] 进一步的，步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

[0034] 进一步的，基于所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的带孔型的辊环外圈的辊环，包括辊环本体，所述辊环本体包括低合金钢内圈，位于所述低合金钢内圈内侧外周的一圈L型槽，所述L型槽内设置有所述的带孔型的辊环外圈，所述带孔型的辊环外圈延伸至所述L型槽外侧，所述L型槽的外侧套设有压盖，所述压盖的外周与低合金钢内圈的外周形状相同，所述压盖与所述低合金钢内圈之间通过紧固螺钉固定，所述压盖内表面设置有键槽。

[0035] 进一步的，所述的带孔型的辊环外圈的辊环的组装方法，包括如下步骤：

[0036] 步骤a、将带孔型的辊环外圈加热至100‑250℃，保持12‑24小时；

[0037] 步骤b、采用自动夹具将带孔型的辊环外圈套在低合金钢内圈内侧外周的一圈L型槽内，并固定好位置，待冷却至室温后，将压盖通过紧固螺钉与低合金钢内圈固定；

[0038] 步骤c、置于室温条件下自然恒温≥1天，使低合金钢内圈与压盖充分吸热并与带孔型的辊环外圈形成过盈配合，后精磨加工即得(采用热装)。

[0039] 进一步的，基于所述的金属陶瓷材质制备的复合轧辊的轧辊机，所述轧辊机包括两个或三个所述辊环。

[0040] 本申请的技术方案中，高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质不仅可用于制备复合轧辊，还可以用于制备精轧导卫辊，高线夹送辊，轴承内外圈等。

[0041] 本发明的有益效果如下：

[0042] 1、本申请压制混合粉末的原料资源丰富，成本低，采用粉末冶金方法获得金属陶瓷复合材料的硬质相的成份主要为TiCN，固溶体相的成份为(Ti,M)(C,N)，其中M为W，Mo，Nb，Cr，Zr多元组成；粘结相成分为Co‑Ni。固溶合金粉末作原料有效提高润湿性降低其膨胀系数，耦合匹配了基体硬质相和粘结相界面，不发生剧烈的化学反应，无脆性相和恶化界面，有益于金属陶瓷的断裂韧性且不降低硬度和抗弯强度；

[0043] 2、制备的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质，具有高红硬性、高耐磨性、热膨胀系数小、化学稳定性好、极低的摩擦系数的优势，是当前热门和极具潜力的材料。与传统硬质合金相比，在高温条件下(700～1100℃)仍具有较好的耐磨性、硬度、化学稳定性和抗粘附性，3 3 3
且金属陶瓷密度仅为5.6g/cm ～7.0g/cm ，明显低于钢的密度7.85g/cm ，减轻了整体轧辊的重量；还有利于缓解高速钢和硬质合金刀具的主要成分钨资源在全球范围内的资源枯竭问题；

[0044] 3、本发明辊环外圈的辊环采用低合金钢内圈、辊环外圈及压盖组装而成，使金属陶瓷环磨加工工序简化，同时又降低了合金制造成本，组装方便，适宜于批量生产；

[0045] 4、本申请采用机械结合与过盈装配相结合的镶嵌复合方法，对辊环结构进行设计和改进，满足了用户使用，降低了成本，经济实用、操作简便；

[0046] 5、本申请采用的复合辊环加工工艺，丰富辊环产品技术，解决了部分或整体硬质合金轧辊成本高及高速高温轧制工艺难匹配的技术问题；

[0047] 6、本发明提供的制备方法在根据加热条件下材质的收缩系数设计，得到装配过盈量情况，便于选择与控制；部分设计低合金内圈与压盖端面留膨胀间隙，其间用键联接增大扭矩，提高了传动性。

附图说明

[0048] 图1为实施例1的金属陶瓷的扫描电镜5000倍下微观组织图；

[0049] 图2为实施例2的金属陶瓷合金的扫描电镜5000倍下微观组织图；

[0050] 图3为实施例1的金属陶瓷合金的所测试的磨损系数图；

[0051] 图4为实施例2的金属陶瓷合金的所测试的磨损系数图；

[0052] 图5是实施例6制备的辊环的结构示意图；

[0053] 图6是实施例7制备的辊环的结构示意图。

[0054] 附图标记：1‑第一压盖，2‑第一带孔型的辊环外圈，3‑第一低合金钢内圈，4‑第一键槽，5‑第一紧固螺钉，6‑第二压盖，7‑第二带孔型的辊环外圈，8‑第二低合金钢内圈，9‑第二键槽，10‑第二紧固螺钉。

具体实施方式

[0055] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0056] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0057] 实施例1

[0058] 一种Ti(C,N)基金属陶瓷材质，其成分组成为60wt％Ti(CN)粉末，3wt％TiC粉末，12wt％WC粉末，2.0wt％TiN粉末，3.5wt％ZrNbC粉末，1wt％Mo2C粉末，1.5wt％Cr3C2粉末，
17wt％Co‑Ni粉末。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。

[0059] 其中，Ti(CN)的粉末粒度FSSS为3.2微米，TiC的粉末粒度FSSS为2.0微米、TiN的粉末粒度FSSS为1.8微米、WC的粉末粒度FSSS为2.2微米、Mo2C的粉末粒度FSSS为2.0微米、ZrNbC的粉末粒度FSSS为1.9微米、Cr3C2的粉末粒度FSSS为2.0微米，Co‑Ni的粉末粒度FSSS为2.0微米。

[0060] 所述的高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质制备的辊环外圈，

[0061] 所述带孔型的辊环外圈的制备方法包括如下步骤：

[0062] 步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.35％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.35％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为360m1/L，以球磨罐总升数计算；

[0063] 步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过120目筛后沉淀1.5h；步骤B中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径8mm，球料比8:1；步骤B中球磨的转速为65转/分，时间为48h；

[0064] 步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为100℃，干燥时间为2h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

[0065] 步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420℃，保持时间为3.5h；

[0066] 步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1280℃，保温时间为3.5小时，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，体积比为1:9，烧结气压为800Pa；步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；

[0067] 步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1470℃，烧结保温时间为2h，通入5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％，温度偏差控制在±0.50℃内；

[0068] 步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈，步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

[0069] 如图1所示为本实施例1获得金属陶瓷材质在5000倍扫描电镜下观察微观组织，图3所示为测试的磨损图。

[0070] 实施例2

[0071] 一种Ti(C,N)基金属陶瓷材质，其成分组成为45wt％Ti(CN)粉末，4wt％TiC粉末，21wt％WC粉末，1.5wt％TiN粉末，4.0wt％ZrNbC粉末，4.0wt％Mo2C粉末，3.5wt％Cr3C2粉末；
17wt％Co‑Ni粉末。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。

[0072] Ti(CN)的粉末粒度FSSS为1.8微米，TiC的粉末粒度FSSS为1.6微米、TiN的粉末粒度FSSS为1.2微米、WC的粉末粒度FSSS为1.5微米、Mo2C的粉末粒度FSSS为1.8微米、ZrNbC的粉末粒度FSSS为1.1微米、Cr3C2的粉末粒度FSSS为1.3微米，Co‑Ni的粉末粒度FSSS为1.6微米。

[0073] 所述带孔型的辊环外圈的制备方法包括如下步骤：

[0074] 步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；步骤A中，球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.6％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.5％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为420m1/L，以球磨罐总升数计算；

[0075] 步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过180目筛后沉淀2h；步骤B中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径12mm，球料比5:1；步骤B中球磨的转速为75转/分，时间为36h；

[0076] 步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为120℃，干燥时间为1h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

[0077] 步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为500℃，保持时间为3h；

[0078] 步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1290℃，保温时间为3.5小时，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，体积比为2:8，烧结气压为2000Pa；步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；

[0079] 步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1500℃，烧结保温时间为2h，通入4MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％，温度偏差控制在±0.50℃内；

[0080] 步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈；步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

[0081] 如图2所示为本实施例2获得金属陶瓷材质在5000倍扫描电镜下观察微观组织，图4所示为测试的磨损图。

[0082] 实施例3

[0083] 一种Ti(C,N)基金属陶瓷材质，其成分组成为50wt％TiCN粉末，3.5wt％TiC粉末，8.5wt％TiN粉末；12.5wt％WC粉末，4.5wt％Mo2C粉末，2.5wt％ZrNbC粉末，3wt％Cr3C2粉末，
15.5wt％Co‑Ni粉末。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。

[0084] Ti(CN)的粉末粒度FSSS为2.5微米，TiC的粉末粒度FSSS为1.5微米、TiN的粉末粒度FSSS为1.2微米、WC的粉末粒度FSSS为1.3微米、Mo2C的粉末粒度FSSS为1.6微米、ZrNbC的粉末粒度FSSS为1.2微米、Cr3C2的粉末粒度FSSS为1.1微米，Co‑Ni的粉末粒度FSSS为1.8微米。

[0085] 所述带孔型的辊环外圈的制备方法包括如下步骤：

[0086] 步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；步骤A中，球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.2％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.3％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为320m1/l，以球磨罐总升数计算；

[0087] 步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过120目筛后沉淀1h；步骤B中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径8mm，球料比10:1；步骤B中球磨的转速为60转/分，时间为60h；

[0088] 步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为120℃，干燥时间为1h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

[0089] 步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以4℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为420℃，保持时间为6.5h；

[0090] 步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250℃，保温时间为4小时，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1:9，烧结气压为500Pa；步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；

[0091] 步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为4h，通入5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％；

[0092] 步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈；步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

[0093] 实施例4

[0094] 一种Ti(C,N)基金属陶瓷材质，其成分组成为63wt％Ti(CN)粉末，3wt％TiC粉末，11wt％WC粉末，2.0wt％TiN粉末，3.5wt％ZrNbC粉末，1wt％Mo2C粉末，1.5wt％Cr3C2粉末，
15wt％Co‑Ni粉末。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。

[0095] Ti(CN)的粉末粒度FSSS为1.5微米，TiC的粉末粒度FSSS为1.2微米、TiN的粉末粒度FSSS为1.0微米、WC的粉末粒度FSSS为1.3微米、Mo2C的粉末粒度FSSS为1.2微米、ZrNbC的粉末粒度FSSS为0.9微米、Cr3C2的粉末粒度FSSS为1.2微米，Co‑Ni的粉末粒度FSSS为1.5微米。

[0096] 所述带孔型的辊环外圈的制备方法包括如下步骤：

[0097] 步骤A、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入球磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；步骤A中，球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.6％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.5％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为450m1/L，以球磨罐总升数计算；

[0098] 步骤B、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过180目筛后沉淀2h；步骤B中硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径12mm，球料比5:1；步骤B中球磨的转速为78转/分，时间为24h；

[0099] 步骤C、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为120℃，干燥时间为1h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成辊环外圈毛坯；

[0100] 步骤D、将压制好的将压制好的辊环外圈毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为500℃，保持时间为2h；

[0101] 步骤E、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1330℃，保温时间为2小时，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为3:7，烧结气压为5000Pa；步骤E中固相烧结后随炉冷却至室温，在辊环外圈半成品上加工粗孔型；

[0102] 步骤F、后进行高温液相烧结，烧结温度为1530℃，烧结保温时间为1h，通入4MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％；

[0103] 步骤G、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷材质辊环外圈；步骤G冷却至室温后精磨孔型，得带孔型的辊环外圈。

[0104] 实施例5

[0105] 一种Ti(C,N)基金属陶瓷材质，其成分组成为56wt％Ti(CN)粉末，4wt％TiC粉末，13wt％WC粉末，3.0wt％TiN粉末，3.5wt％ZrNbC粉末，1wt％Mo2C粉末，1.5wt％Cr3C2粉末，
18wt％Co‑Ni粉末。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。其中，Ti(CN)粉末中的C，N为C/N原子比5/5。

[0106] Ti(CN)的粉末粒度FSSS为1.8微米，TiC的粉末粒度FSSS为1.5微米、TiN的粉末粒度FSSS为1.6微米、WC的粉末粒度FSSS为1.2微米、Mo2C的粉末粒度FSSS为1.3微米、ZrNbC的粉末粒度FSSS为1.5微米、Cr3C2的粉末粒度FSSS为1.2微米，Co‑Ni的粉末粒度FSSS为1.6微米。

[0107] 高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷材质的制备方法：

[0108] 步骤1、按上述质量百分比，称取压制混合粉末的配料并装入研磨罐中，后加入分散剂、成型剂和湿润溶剂；球磨罐内壳为整体采用硬质合金材质，分散剂为硬质酸，分散剂的质量为配料合金总质量的0.4％；成型剂石蜡的质量为配料合金总质量的0.4％；湿性溶剂为已烷，添加剂量为400m1/L，以球磨罐总升数计算；

[0109] 步骤2、将硬质合金球置入球磨罐中湿磨，湿磨方式为滚动机球磨，得混合料浆，料浆过150目筛后沉淀1.5h；硬质合金球为硬质合金YG6X，硬质合金球的直径10mm，球料比8:1；球磨的转速为69转/分，时间为45h；

[0110] 步骤3、将沉淀混合料置于真空干燥箱中，去除溶剂温度为110℃，干燥时间为1.5h，得混合粉末，然后采用等静压法将混合粉末压制成金属陶瓷毛坯；

[0111] 步骤4、将压制好的将压制好的金属陶瓷毛坯置入烧结炉内，在真空或氢气条件下进行脱蜡，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以4℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡温度为460℃，保持时间为4.5h；步骤5、脱蜡后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1290℃，保温时间为3小时，在保温时充入均匀混合气体，混合气体为氮气和氩气，氮气和氩气的体积比为1:9，烧结气压为3000Pa；

[0112] 步骤6、固相烧结后进行高温液相烧结，烧结温度为1490℃，烧结保温时间为3h，通入4MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％；

[0113] 步骤7、液相烧结保温完后随炉冷却至室温获得金属陶瓷件。

[0114] 金属陶瓷材质的微观组织包括硬质相，固溶体相和粘结相，硬质相的成分包括TiCN，固溶体相的成分包括(Ti,M)(C,N)，其中M为W，Mo，Nb，Cr，Zr多元组成，粘结相的成分包括Co‑Ni。

[0115] 实施例6

[0116] 如图1所示，基于实施例1‑4制备的第一带孔型的辊环外圈2的辊环，包括辊环本体，所述辊环本体包括第一低合金钢内圈3，位于所述第一低合金钢内圈3内侧外周的一圈L型槽，所述L型槽内设置有所述第一带孔型的辊环外圈2，所述第一带孔型的辊环外圈2延伸至所述L型槽外侧，所述L型槽的外侧套设有第一压盖1，所述第一压盖1的外周与第一低合金钢内圈3的外周形状相同，所述第一压盖1与所述第一低合金钢内圈3之间通过第一紧固螺钉5固定，所述第一压盖1内表面设置有第一键槽4。本实施例制备的辊环，三个组成轧辊机。

[0117] 实施例7

[0118] 如图2所示，基于实施例1‑4制备的第二带孔型的辊环外圈7的辊环，包括辊环本体，所述辊环本体包括第二低合金钢内圈8，位于所述第二低合金钢内圈8内侧外周的一圈L型槽，所述L型槽内设置有所述第二带孔型的辊环外圈7，所述L型槽的外侧套设有第二压盖6，所述第二压盖6的外周与第二低合金钢内圈8的外周形状相同，所述第二压盖6与所述第二低合金钢内圈8之间通过第二紧固螺钉10固定，所述第二压盖6内表面设置有第二键槽9。
本实施例制备的辊环，两个组成轧辊机。

[0119] 实施例8

[0120] 实施例6的辊环的安装方法如下：

[0121] 步骤a、将第一带孔型的辊环外圈2加热至170℃，保持18小时；

[0122] 步骤b、采用自动夹具将第一带孔型的辊环外圈2套在第一低合金钢内圈3内侧外周的一圈L型槽内，并固定好位置，待冷却至室温后，将第一压盖1通过第一紧固螺钉5与第一低合金钢内圈3固定；

[0123] 步骤c、置于室温条件下自然恒温≥1天，使第一低合金钢内圈3与第一压盖1充分吸热并与第一带孔型的辊环外圈2形成过盈配合，后精磨加工即得(采用热装)。

[0124] 实施例9

[0125] 实施例7的辊环的安装方法如下：

[0126] 步骤a、将第二带孔型的辊环外圈7加热至250℃，保持12小时；

[0127] 步骤b、采用自动夹具将第二带孔型的辊环外圈7套在第二低合金钢内圈8内侧外周的一圈L型槽内，并固定好位置，待冷却至室温后，将第二压盖6通过第二紧固螺钉10与第二低合金钢内圈8固定；

[0128] 步骤c、置于室温条件下自然恒温≥1天，使第二低合金钢内圈8与第二压盖6充分吸热并与第二带孔型的辊环外圈7形成过盈配合，后精磨加工即得(采用热装)。

[0129] 上述实施例中，步骤a中，将第二带孔型的辊环外圈7加热至100℃，保持24小时或将第二带孔型的辊环外圈7加热至150℃，保持14小时或将第二带孔型的辊环外圈7加热至200℃，保持14小时均能安装成辊环。

[0130] 对比例

[0131] 现用铸钢件H13轧辊，与本申请实施例1的带孔型的辊环外圈制备成实施例6结构的轧辊机a、本申请实施例2的带孔型的辊环外圈制备成实施例7结构的轧辊机b、本申请实施例3的带孔型的辊环外圈制备成实施例6结构的轧辊机c及本申请实施例4的带孔型的辊环外圈制备成实施例7结构的轧辊机d相比。磨损情况及轧制过钢量如表1所示。

[0132] 表1不同轧辊热状态下的磨损情况

[0133]

[0134] 由表1知，本申请制备的轧辊机与现用铸钢轧辊其磨损量相比，仅为现用铸钢轧辊其磨损量1/4，表面硬度超过31，轧制过钢量提高至少4.5倍，说明本申请高温耐磨耐腐蚀的金属陶瓷辊环外圈制备的轧辊机具有高的耐磨性，高的表层硬度和良好的断裂韧性。