一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法
阅读：455发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种耐磨高速 钢 复合 轧辊 及其制备方法，属于轧辊技术领域。复合轧辊由辊身 高速钢 和辊芯球墨 铸 铁 通过离心复合 铸造 成一体，辊身 钢 水 的化学组成及其 质量 分数控制在1.5‑2.4％C、3.5‑6.0％Cr、3.5‑6.0％Mo、3.5‑6.0％V、1.5‑3.5％W、0.6‑1.2％Nb、0.5‑1.2％Ni、0.3‑0.8％Si、0.3‑0.8％Mn、S 氧 并采用多元微 合金 线对钢水进行炉外变质处理，然后在离心机上浇注成轧辊，辊芯采用球墨 铸铁 ，轧辊经淬火后回火处理，具有硬度高、强韧性和 耐磨性 好等特点，具有优异的使用效果。，下面是一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种耐磨高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①先在中频感应电炉内熔化高速钢复合轧辊辊身即指轧辊的工作部分，辊身钢水的化学组成及其质量分数控制在1.5-2.4％C、3.5-6.0％Cr、3.5-6.0％Mo、3.5-6.0％V、1.5-
3.5％W、0.6-1.2％Nb、0.5-1.2％Ni、0.3-0.8％Si、0.3-0.8％Mn、S<0.04％、P<0.04％，余量Fe；
②当步骤①的辊身钢水温度达到1620-1650℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数：40.0-44.0％Al,<
0.35％C,2.0-3.0％Si,2.5-3.0％Mn,4.0-4.5％Ca,2.5-3.0％Ba,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe；多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身钢水质量的0.35-0.50％；钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф6.0-8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量的0.75-0.90％，多元微合金线的化学组成质量分数：10-15％Ti,6-8％V,8-10％N,2.5-3.5％Mg,6-8％％Ce,1.8-2.2％Zn,2.5-3.5％Zr,
1.5-2.0％Ta,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe；
③当步骤②的变质处理后的钢水温度降至1430-1480℃时，将其浇入转速为500-1000转/分钟的离心机上的铸模内，钢水在离心机上旋转10-15分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下浇注辊芯的球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.5-3.9％C,2.1-2.4％Si,0.3-0.6％Mn,0.04-0.07％Mg,
0.25-0.35％Ni,0.02-0.04％Sb,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe；球墨铸铁铁水浇注温度为
1320-1350℃，球墨铸铁铁水浇注完毕12-24小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
④粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1050-1080℃，保温4-10小时后出炉风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至550-600℃，保温12-20小时后随炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至510-550℃，保温12-20小时后，随炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐磨高速钢复合轧辊。
2.按照权利要求1的方法制备得到的一种耐磨高速钢复合轧辊。
一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 轧辊是轧钢生产中的重要消耗备件，轧辊质量既影响轧材的表明质量和尺寸精度，也影响轧机的生产作业率，因此提高轧辊耐磨性是世界各国轧辊研制者不断关注的重大课题，长期以来，国内外普遍使用高铬铸铁轧辊、冷硬铸铁轧辊和半钢轧辊等品种。中国发明专利CN 102371273公开了一种高铬铸铁轧辊及其生产方法，其特征在于，轧辊外层熔炼时添加了合金成分W和V，热处理工艺得到回火马氏体和弥散分布的球状、块状MC型碳化物，保证基体有高的强韧性和硬度。所述的轧辊外层的化学成分重量百分比为：C2.3～3.0％、Si0.4～1.0％、Mn0.4～1.0％、P＜0.06％、S＜0.01％、Cr15～20％、Ni1.0～1.5％、Mo3.5～5.0％、V0.5～1.0％、W0.1～0.5％，其余为Fe。与现有技术相比，该发明的有益效果是：加入V和W，提高轧辊的高温红硬性；改进热处理工艺，改进后的轧辊毫米轧材同比增加
20％～30％，平均每次轧辊的修磨量在0.3㎜以内。中国发明专利CN101537427还公开了一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，包括轧辊外层和轧辊辊芯，所述的轧辊外层的材料的化学成分重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～
0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。优点：轧辊生产成本低廉；轧辊中夹杂物少，组织纯净度高；可提高轧辊淬透性和淬硬性；有利于轧辊力学性能和热疲劳性能的提高；使用寿命高，生产成本低。
20％～30％，平均每次轧辊的修磨量在0.3㎜以内。中国发明专利CN101537427还公开了一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，包括轧辊外层和轧辊辊芯，所述的轧辊外层的材料的化学成分重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～
0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。优点：轧辊生产成本低廉；轧辊中夹杂物少，组织纯净度高；可提高轧辊淬透性和淬硬性；有利于轧辊力学性能和热疲劳性能的提高；使用寿命高，生产成本低。
[0003] 中国发明专利CN103526125公开了涉及一种半钢轧辊及其制造方法，由辊颈、辊身和辊芯组成，其辊身的化学组成质量百分比为：C：2.15～2.40％、Si0.25～0.45％、Mn0.7～1.0％、Mo0.15～0.40％、Ni0.9～1.1％、Cr2.2～2.5％、V0.10～0.15％、Ti0.8～1.0％、N0.02～0.06％、La0.02～0.05％、Ce0.02～0.05、且0.05％≤La+Ce≤0.08％、B0.010-
0.025％、Al0.8～1.0％、P≤0.05％、S≤0.03％，余量Fe，因凝固组织细小，加工性能好，可以取消球化退火，缩短生产周期，降低能耗。中国发明专利CN101537428还公开了一种半钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.65－
1.90％，Cr：0.80－1.15％，Si：0.35－0.65％，Mn：0.60－1.00％，Mo：0.30－0.60％，Ni：
0.20－0.80％，K：0.05－0.10％，Na：0.05－0.10％，Ti：0.05－0.15％，Nb：0.05－0.15％，Y：0.08－0.15％，Mg：0.03－0.08％，Zn：0.02－0.04％，Al：0.60－1.00％，P：＜0.04％，S：
＜0.03％，其余为Fe。优点：化学成分组成合理，半钢轧辊的辊身硬度可达55－58HS，抗拉强
2
度可达900－950MPa，冲击韧度达到10－12J/cm ；能节约镍资源和降低成本；能简化热处理，缩短制造周期，提高热处理效率且节约能源；可细化凝固组织，改善碳化物的形态及分布的均匀性且能抑制合金元素的偏析；使用寿命提高。中国发明专利CN101892374还公开了一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，适用于材料为155CrNiMo或180CrNiMo辊身直径为Φ
850～1350mm的轧辊。热处理工艺方法包括将轧辊整体加热到正火温度950－1000℃，并保温15～30h；迅速将轧辊吊出加热炉，放入淬火油中冷却，使轧辊表面温度达到230～250℃，
50mm深处的温度为270～300℃，100mm深处的温度400－450℃；再将轧辊迅速吊到喷雾机上进行吹风冷却，使轧辊表面温度达到≤480℃且不再升温后再逐步下调风压，整个风冷过程的冷速控制在2－5℃/min；当轧辊表面温度能够保持在480℃以下300℃以上且不再升温时，空冷即可。该发明改变了半钢轧辊常用的热处理方法，通过恰当控制油冷时间、不同阶段的冷却温度，打破了半钢和铸铁材料不能进行油冷处理的观念；再通过控制风量和吹风的强度，使轧辊在一定的冷却速度下冷却，通过油冷和风冷的两种冷却方法的有效配合，使高硬度大型半钢轧辊硬度达到55HSD以上。
0.025％、Al0.8～1.0％、P≤0.05％、S≤0.03％，余量Fe，因凝固组织细小，加工性能好，可以取消球化退火，缩短生产周期，降低能耗。中国发明专利CN101537428还公开了一种半钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.65－
1.90％，Cr：0.80－1.15％，Si：0.35－0.65％，Mn：0.60－1.00％，Mo：0.30－0.60％，Ni：
0.20－0.80％，K：0.05－0.10％，Na：0.05－0.10％，Ti：0.05－0.15％，Nb：0.05－0.15％，Y：0.08－0.15％，Mg：0.03－0.08％，Zn：0.02－0.04％，Al：0.60－1.00％，P：＜0.04％，S：
＜0.03％，其余为Fe。优点：化学成分组成合理，半钢轧辊的辊身硬度可达55－58HS，抗拉强
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度可达900－950MPa，冲击韧度达到10－12J/cm ；能节约镍资源和降低成本；能简化热处理，缩短制造周期，提高热处理效率且节约能源；可细化凝固组织，改善碳化物的形态及分布的均匀性且能抑制合金元素的偏析；使用寿命提高。中国发明专利CN101892374还公开了一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，适用于材料为155CrNiMo或180CrNiMo辊身直径为Φ
850～1350mm的轧辊。热处理工艺方法包括将轧辊整体加热到正火温度950－1000℃，并保温15～30h；迅速将轧辊吊出加热炉，放入淬火油中冷却，使轧辊表面温度达到230～250℃，
50mm深处的温度为270～300℃，100mm深处的温度400－450℃；再将轧辊迅速吊到喷雾机上进行吹风冷却，使轧辊表面温度达到≤480℃且不再升温后再逐步下调风压，整个风冷过程的冷速控制在2－5℃/min；当轧辊表面温度能够保持在480℃以下300℃以上且不再升温时，空冷即可。该发明改变了半钢轧辊常用的热处理方法，通过恰当控制油冷时间、不同阶段的冷却温度，打破了半钢和铸铁材料不能进行油冷处理的观念；再通过控制风量和吹风的强度，使轧辊在一定的冷却速度下冷却，通过油冷和风冷的两种冷却方法的有效配合，使高硬度大型半钢轧辊硬度达到55HSD以上。
[0004] 中国发明专利CN1598030公开了关于对金属加工热轧、冷轧板带用轧辊材料－－镍铬钼无限冷硬铸铁的改进，尤其涉及一种耐磨性和抗热裂纹性能好，使用寿命长的轧辊用镍铬钼无限冷硬铸铁，其特征是在镍铬钼无限冷硬铸铁(Ⅳ)成分中添加有0.03－0.1％(WT)的硼和0.2－1.5％的铌。以及由此材料制成的复合轧辊。由于添加了硼和铌，使材料的耐磨性和抗热裂纹性能得到显著提高，克服了原材料的不足。由此材料为工作层制成的复合轧辊，使用寿命较原来大大提高，可使板带的轧制量提高20％以上；抗热裂纹性能的改善，显著减少了停机换辊修复次数，不仅降低了操作劳动强度，而且还可提高轧机的作业率，增加班时轧制产量。中国发明专利CN101177759还公开了一种离心复合改进型无限冷硬铸铁轧辊及其制备方法，其辊身化学成分是(重量％)：3.2－3.8C，3.8－4.5Ni，1.2－1.8Cr，0.2－0.4Mo，0.2－0.5Cu，1.0－1.8Si，＜0.8Mn，0.10－0.30Nb，0.05－0.20V，
0.05－0.20Ti，0.04－0.07Mg，0.02－0.05Y，0.01－0.03Sb，其余为Fe和不可避免的微量杂质。本发明轧辊利用电炉便可生产，采用离心铸造方法成形，轧辊强度和硬度高，韧性、硬度均匀性和淬透性好，耐磨性和抗氧化性优良，抗激冷激热性能也很好，使用过程中不断裂、不起皮、不发生龟裂、不粘钢，使用性能明显优于高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，生产工艺简单，不需要进行高温热处理，生产成本低。使用该发明轧辊可以显著提高轧钢机作业率，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，具有很好的经济和社会效益。中国发明专利CN101509095还公开了超细晶粒高镍铬钼无限冷硬铸铁，属轧制大型船舰用轧辊材料，组成重量包括：C：
2.9－3.7％，Si：0.6－1.2％，Mn：0.4－1.2％，Ni：3.01－5.00％，Cr：1.00－2.00％，Mo：
0.20－0.60％，余量Fe，组成中还有1－3％的锑，使碳化物的网状结构得到了基本的消除，组织更加弥散，达到了改变材料的金相组织和性能，使材料的耐磨性和抗热裂纹性能得到有效的结合，综合提高材料的使用寿命。
0.05－0.20Ti，0.04－0.07Mg，0.02－0.05Y，0.01－0.03Sb，其余为Fe和不可避免的微量杂质。本发明轧辊利用电炉便可生产，采用离心铸造方法成形，轧辊强度和硬度高，韧性、硬度均匀性和淬透性好，耐磨性和抗氧化性优良，抗激冷激热性能也很好，使用过程中不断裂、不起皮、不发生龟裂、不粘钢，使用性能明显优于高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，生产工艺简单，不需要进行高温热处理，生产成本低。使用该发明轧辊可以显著提高轧钢机作业率，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，具有很好的经济和社会效益。中国发明专利CN101509095还公开了超细晶粒高镍铬钼无限冷硬铸铁，属轧制大型船舰用轧辊材料，组成重量包括：C：
2.9－3.7％，Si：0.6－1.2％，Mn：0.4－1.2％，Ni：3.01－5.00％，Cr：1.00－2.00％，Mo：
0.20－0.60％，余量Fe，组成中还有1－3％的锑，使碳化物的网状结构得到了基本的消除，组织更加弥散，达到了改变材料的金相组织和性能，使材料的耐磨性和抗热裂纹性能得到有效的结合，综合提高材料的使用寿命。
[0005] 但是上述轧辊品种主要存在硬度低，轧辊中高硬度硬质碳化物数量少的不足，导致轧辊耐磨性差，使用寿命短，在此背景下，国内外开发了性能优异的新一代轧辊产品高速钢轧辊。中国发明专利CN105033227公开了一种适用于窄带钢轧机用的高钒高速钢复合轧辊的制造方法。所述制造方法包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，浇注完辊身外层高钒高速钢水后，往辊身外层型腔内持续通入惰性气体，当高钒高速钢外层温度达到1220～1280℃时停止离心机转动，同时停止惰性气体吹入，然后合箱浇注辊身芯部铁水。该发明明显提高了外层高钒高速钢与芯部铁水的结合率，结合率由40％提高至100％，结合强度由以前的350Mpa左右提升至450Mpa左右，使得高钒高速钢轧辊辊身结合层抗剥落性大大提高；
同时能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，有效杜绝了使用中的断辊现象。中国发明专利CN104525889还公开了一种适用于小型钢轧机、线棒材轧机的高速钢轧辊的制造方法。所述制造方法包括熔炼原料、浇注成型、机械加工和热处理三个工艺步骤；在离心浇注高速钢铁水的基础上，首先浇注入过渡层铁水，然后再通过浇注芯部铁水来实现过渡层铁水的完全置换。该发明明显提高了外层高速钢与芯部铁水的结合强度，结合强度由以前的350Mpa左右提升至500Mpa以上，使得高速钢轧辊辊身结合层抗剥落性大大提高；同时能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，有效杜绝了使用中的断辊现象。中国发明专利CN104353798还公开了用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C2.00～3.50％，Si0.40～
2.00％，Mn0.50～1.20％，Cr1.50～4.50％，Ni2.00～5.00％，Mo+V+W+Nb2.00～10.00％，S≤0.05％，P≤0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括熔炼、孕育及球化处理、浇注、热处理步骤，该发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，得到了特殊的石墨与金相组织。热连轧精轧后段高碳高速钢轧辊能够有效控制了轧辊下机后表面质量，同时提高了轧辊的耐磨性以及抗热裂性。中国发明专利CN104308113还公开了一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该方法步骤如下：1)、在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；2)、根据高速钢钢水中的化学成分和球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，并控制过渡层浇注厚度；3)、当过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，吊出轧辊铸型合箱，静态浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4)、保温冷却至室温开箱，粗加工、淬火、回火热处理和精加工后即得低界面失效的高速钢轧辊。本发明铸造的轧辊界面冶金结合好、结合强度高且外层不易剥落。中国发明专利CN103014299还公开了提高高速钢轧辊热处理效率和组织质量的电脉冲处理方法，，即固溶处理后时效处理前对轧辊进行脉冲电流冲击处理，控制电流强度、脉宽和频率可起到促进碳化物快速均匀析出的目的，并达到缩短时效处理次数、时间，并可同时提高热处理后组织质量，可以在使用较少合金添加量时达到合格的使用性能。中国发明专利CN104087874还公开了一种高速钢轧辊及其制备方法，该发明高速钢轧辊，其化学组成成分以质量百分比表示为：钨2.00-
3.20、铬3.00-2.00、碳1.00-1.20、硅0.60-1.00、钼0.50-0.80、钒0.20-0.60、硼0.20-0.60、银0.20-0.60、氮0.05-0.10、铜0.20-0.60、稀土0.08-0.16、镁0.04-0.10、钛0.04-0.10、钾
0.10-0.20、钠0.08-0.16、碲0.02-0.04、铋0.02-0.04，余量为铁和不可避免且含量在0.01以下的微量杂质。该发明高速钢轧辊材料轧辊辊面宏观硬度有了质的飞跃，无论其抗拉强度，还是其冲击韧性，与现有技术相比都有了很大的提高和改善。中国发明专利CN102828123还公开了一种离心复合浇铸高速钢轧辊外层变质处理的方法，其特征在于，在外层高速钢熔炼完成出炉时，向钢包内加入复合变质剂对高速钢铁水进行变质处理，复合变质剂的加入量为钢水重量的1.0～2.0％，反应温度为1500～1600℃。所述复合变质剂的化学成分重量百分比为：钒铁FeV5050～55％、稀土硅铁合金FeSiRe2120～25％、硅钡合金FeBa5Si6020～25％、Al5～10％。与现有技术相比，本发明的优点是：细化铸造晶粒和改善铬、碳化物形态，均匀弥散分布的细小球状MC型碳化物，提高了高速钢轧辊外层的耐磨和耐热性，使轧辊毫米轧材同比增加25％～30％。中国发明专利CN103624240还公开了磁场电场复合作用下离心铸造高硼高速钢轧辊的方法。在高硼高速钢轧辊离心铸造过程中，在铸模外安置固定的稳恒磁场，使铸型中心部位的磁感应强度在0.01-0.7T，同时，在铸模两端分别安装导电环并与电极接触，离心浇铸过程中对处于凝固过程中的铸件通入脉冲电流，脉冲电流的电压为100V-1500V，频率10-20Hz，脉冲宽度在15-25μs，利用脉冲电场的震荡以及磁场内带电旋转铸件形成的电磁震荡作用改变高硼高速钢轧辊凝固过程中析出硬质相的形态，并利用离心铸造的作用控制硬质相的分布。本发明综合了脉冲电场、磁电耦合及离心旋转铸造的技术优势，能显著改善高硼高速钢轧辊的内部凝固组织，大幅度提高轧辊的寿命和使用性能。中国发明专利CN102615108还公开了一种离心铸造高速钢复合轧辊及其制造方法，复合轧辊由外层高速钢、中间层石墨钢和芯部高强度球铁通过离心复合而成。该发明是在现有高碳高钒高速钢轧辊基础上，适当降低钒含量，同时加入铌元素，且Nb/V控制在
0.3-0.5，使Nb与V形成复合碳化物(V，Nb)C，从而避免了在离心力作用下形成偏析。高速钢复合轧辊的辊芯采用高强度球墨铸铁，为防止浇注球铁时与外层高速钢熔合混入Cr，B等引起脆化的元素，在外层和辊芯之间浇注多元石墨钢中间层。为防止轧辊离心铸造过程中出现裂纹，对辊面高速钢材料和中间层石墨钢进行细化组织的微合金化处理，达到提高轧辊材料抗热裂能力的目的。
同时能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，有效杜绝了使用中的断辊现象。中国发明专利CN104525889还公开了一种适用于小型钢轧机、线棒材轧机的高速钢轧辊的制造方法。所述制造方法包括熔炼原料、浇注成型、机械加工和热处理三个工艺步骤；在离心浇注高速钢铁水的基础上，首先浇注入过渡层铁水，然后再通过浇注芯部铁水来实现过渡层铁水的完全置换。该发明明显提高了外层高速钢与芯部铁水的结合强度，结合强度由以前的350Mpa左右提升至500Mpa以上，使得高速钢轧辊辊身结合层抗剥落性大大提高；同时能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，有效杜绝了使用中的断辊现象。中国发明专利CN104353798还公开了用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：C2.00～3.50％，Si0.40～
2.00％，Mn0.50～1.20％，Cr1.50～4.50％，Ni2.00～5.00％，Mo+V+W+Nb2.00～10.00％，S≤0.05％，P≤0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括熔炼、孕育及球化处理、浇注、热处理步骤，该发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，得到了特殊的石墨与金相组织。热连轧精轧后段高碳高速钢轧辊能够有效控制了轧辊下机后表面质量，同时提高了轧辊的耐磨性以及抗热裂性。中国发明专利CN104308113还公开了一种低界面失效的高速钢轧辊离心复合铸造方法，该方法步骤如下：1)、在离心机上高速旋转的轧辊铸型内，浇注温度为1400～1450℃的外层高速钢钢水，浇注完毕后向铸型内加入保护渣；2)、根据高速钢钢水中的化学成分和球墨铸铁铁水中的化学成分分别确定球墨铸铁铁水的浇注时机和浇注温度，并控制过渡层浇注厚度；3)、当过渡层内表面的界面温度冷却到1050～1150℃时，吊出轧辊铸型合箱，静态浇注温度为1330～1370℃的芯部高温球墨铸铁铁水；4)、保温冷却至室温开箱，粗加工、淬火、回火热处理和精加工后即得低界面失效的高速钢轧辊。本发明铸造的轧辊界面冶金结合好、结合强度高且外层不易剥落。中国发明专利CN103014299还公开了提高高速钢轧辊热处理效率和组织质量的电脉冲处理方法，，即固溶处理后时效处理前对轧辊进行脉冲电流冲击处理，控制电流强度、脉宽和频率可起到促进碳化物快速均匀析出的目的，并达到缩短时效处理次数、时间，并可同时提高热处理后组织质量，可以在使用较少合金添加量时达到合格的使用性能。中国发明专利CN104087874还公开了一种高速钢轧辊及其制备方法，该发明高速钢轧辊，其化学组成成分以质量百分比表示为：钨2.00-
3.20、铬3.00-2.00、碳1.00-1.20、硅0.60-1.00、钼0.50-0.80、钒0.20-0.60、硼0.20-0.60、银0.20-0.60、氮0.05-0.10、铜0.20-0.60、稀土0.08-0.16、镁0.04-0.10、钛0.04-0.10、钾
0.10-0.20、钠0.08-0.16、碲0.02-0.04、铋0.02-0.04，余量为铁和不可避免且含量在0.01以下的微量杂质。该发明高速钢轧辊材料轧辊辊面宏观硬度有了质的飞跃，无论其抗拉强度，还是其冲击韧性，与现有技术相比都有了很大的提高和改善。中国发明专利CN102828123还公开了一种离心复合浇铸高速钢轧辊外层变质处理的方法，其特征在于，在外层高速钢熔炼完成出炉时，向钢包内加入复合变质剂对高速钢铁水进行变质处理，复合变质剂的加入量为钢水重量的1.0～2.0％，反应温度为1500～1600℃。所述复合变质剂的化学成分重量百分比为：钒铁FeV5050～55％、稀土硅铁合金FeSiRe2120～25％、硅钡合金FeBa5Si6020～25％、Al5～10％。与现有技术相比，本发明的优点是：细化铸造晶粒和改善铬、碳化物形态，均匀弥散分布的细小球状MC型碳化物，提高了高速钢轧辊外层的耐磨和耐热性，使轧辊毫米轧材同比增加25％～30％。中国发明专利CN103624240还公开了磁场电场复合作用下离心铸造高硼高速钢轧辊的方法。在高硼高速钢轧辊离心铸造过程中，在铸模外安置固定的稳恒磁场，使铸型中心部位的磁感应强度在0.01-0.7T，同时，在铸模两端分别安装导电环并与电极接触，离心浇铸过程中对处于凝固过程中的铸件通入脉冲电流，脉冲电流的电压为100V-1500V，频率10-20Hz，脉冲宽度在15-25μs，利用脉冲电场的震荡以及磁场内带电旋转铸件形成的电磁震荡作用改变高硼高速钢轧辊凝固过程中析出硬质相的形态，并利用离心铸造的作用控制硬质相的分布。本发明综合了脉冲电场、磁电耦合及离心旋转铸造的技术优势，能显著改善高硼高速钢轧辊的内部凝固组织，大幅度提高轧辊的寿命和使用性能。中国发明专利CN102615108还公开了一种离心铸造高速钢复合轧辊及其制造方法，复合轧辊由外层高速钢、中间层石墨钢和芯部高强度球铁通过离心复合而成。该发明是在现有高碳高钒高速钢轧辊基础上，适当降低钒含量，同时加入铌元素，且Nb/V控制在
0.3-0.5，使Nb与V形成复合碳化物(V，Nb)C，从而避免了在离心力作用下形成偏析。高速钢复合轧辊的辊芯采用高强度球墨铸铁，为防止浇注球铁时与外层高速钢熔合混入Cr，B等引起脆化的元素，在外层和辊芯之间浇注多元石墨钢中间层。为防止轧辊离心铸造过程中出现裂纹，对辊面高速钢材料和中间层石墨钢进行细化组织的微合金化处理，达到提高轧辊材料抗热裂能力的目的。
[0006] 但是，上述高速钢轧辊仍存在辊面硬度均匀性差，辊身工作层硬度下降明显以及轧辊使用中易开裂的不足。
发明内容
[0007] 为了克服高速钢轧辊存在的现有技术的不足，本发明在改进轧辊外层高速钢钢水冶炼工艺基础上，结合轧辊淬火热处理工艺的改进，实现高速钢轧辊性能的大幅度提高。本发明可以通过以下工艺步骤来实现。
[0008] 一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] ①先在中频感应电炉内熔化高速钢复合轧辊辊身即指轧辊的工作部分，辊身钢水的化学组成及其质量分数控制在1.5-2.4％C、3.5-6.0％Cr、3.5-6.0％Mo、3.5-6.0％V、1.5-3.5％W、0.6-1.2％Nb、0.5-1.2％Ni、0.3-0.8％Si、0.3-0.8％Mn、S<0.04％、P<0.04％，余量Fe；
[0010] ②当步骤①的辊身钢水温度达到1620-1650℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数：40.0-44.0％Al,<0.35％C,2.0-3.0％Si,2.5-3.0％Mn,4.0-4.5％Ca,2.5-3.0％Ba,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe；多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身钢水质量的0.35-0.50％；钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф6.0-8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量的0.75-0.90％，多元微合金线的化学组成质量分数：10-15％Ti,6-8％V,8-10％N,2.5-3.5％Mg,6-8％％Ce,1.8-2.2％Zn,2.5-3.5％Zr,1.5-2.0％Ta,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe；
[0011] ③当步骤②的变质处理后的钢水温度降至1430-1480℃时，将其浇入转速为500-1000转/分钟的离心机上的铸模内，钢水在离心机上旋转10-15分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下浇注辊芯的球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.5-3.9％C,2.1-2.4％Si,0.3-0.6％Mn,0.04-0.07％Mg,0.25-0.35％Ni,0.02-0.04％Sb,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe；球墨铸铁铁水浇注温度为1320-1350℃，球墨铸铁铁水浇注完毕12-24小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
[0012] ④粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1050-1080℃，保温4-10小时后出炉风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至550-600℃，保温12-20小时后随炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至510-550℃，保温12-20小时后，随炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐磨高速钢复合轧辊。
[0013] 本发明高速钢复合轧辊辊身高速钢钢水采用中频感应电炉熔炼，工艺简单，操作方便，且成分容易控制。辊身钢水的化学组成及其质量分数控制在1.5-2.4％C、3.5-6.0％Cr、3.5-6.0％Mo、3.5-6.0％V、1.5-3.5％W、0.6-1.2％Nb、0.5-1.2％Ni、0.3-0.8％Si、0.3-0.8％Mn、S<0.04％、P<0.04％，余量Fe。其中加入3.5-6.0％V和0.6-1.2％Nb主要是为了获得高硬度的MC型碳化物，有利于提高轧辊辊身的硬度和耐磨性。在此基础上还加入3.5-
6.0％Mo和1.5-3.5％W，主要是为了提高轧辊的红硬性，确保高温环境下具有优异的耐磨性。加入3.5-6.0％Cr可提高轧辊淬透性和抗氧化性能。镍是非碳化物形成元素，主要固溶于基体，提高基体淬透性和热强性，本发明辊身钢水中加入0.5-1.2％Ni，有利于轧辊具有良好的淬透性和热强性。此外，加入1.5-2.4％C，其中部分碳固溶于基体可以提高基体淬硬性，部分碳与合金元素结合，可生成高硬度的合金碳化物，可以大幅度提高轧辊辊身耐磨性，碳加入量过多，生成的碳化物数量多，尺寸大，导致轧辊强度下降脆性增加，轧辊使用中易断辊和剥落，合适的碳加入量为1.5-2.4％C。
6.0％Mo和1.5-3.5％W，主要是为了提高轧辊的红硬性，确保高温环境下具有优异的耐磨性。加入3.5-6.0％Cr可提高轧辊淬透性和抗氧化性能。镍是非碳化物形成元素，主要固溶于基体，提高基体淬透性和热强性，本发明辊身钢水中加入0.5-1.2％Ni，有利于轧辊具有良好的淬透性和热强性。此外，加入1.5-2.4％C，其中部分碳固溶于基体可以提高基体淬硬性，部分碳与合金元素结合，可生成高硬度的合金碳化物，可以大幅度提高轧辊辊身耐磨性，碳加入量过多，生成的碳化物数量多，尺寸大，导致轧辊强度下降脆性增加，轧辊使用中易断辊和剥落，合适的碳加入量为1.5-2.4％C。
[0014] 但是上述高速钢钢水中含有较多的氧和夹杂物，导致轧辊辊身脆性大，抗热疲劳性能下降，本发明在辊身钢水温度达到1620-1650℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数％：40.0-44.0％Al,<0.35％C,2.0-3.0％Si,2.5-3.0％Mn,4.0-4.5％Ca,2.5-3.0％Ba,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe，多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身钢水质量分数的0.35-0.50％，可以使辊身钢水中的氧含量降至10ppm以下，确保轧辊辊身具有优异的抗热疲劳性能。此外，高速钢轧辊辊身中含有较多的合金碳化物，尺寸大，且分布不均匀，部分碳化物呈连续分布，导致轧辊辊身强度低，韧性差，轧辊使用过程中易发生剥落，降低了轧辊的耐磨性。本发明在钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф6.0-8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的0.75-0.90％，多元微合金线的化学组成质量分数：10-15％Ti,6-8％V,8-10％N,2.5-3.5％Mg,6-8％Ce,1.8-2.2％Zn,2.5-3.5％Zr,1.5-2.0％Ta,<0.02％S,<0.03％P,余量Fe，这样可促进合金碳化物的细化和分布均匀化，并使碳化物呈孤立分布，大幅度提高轧辊辊身的强韧性。
[0015] 当经脱氧和复合变质后的钢水温度降至1430-1480℃时，将其浇入转速为500-1000转/分钟的离心机上的铸模内，辊身钢水在离心机上旋转10-15分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下顶铸辊芯球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.5-3.9％C,2.1-2.4％Si,0.3-0.6％Mn,0.04-
0.07％Mg,0.25-0.35％Ni,0.02-0.04％Sb,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe，球墨铸铁铁水浇注温度为1320-1350℃，这样可确保辊身和辊芯实现良好的冶金结合。辊芯铁水浇注完毕
12-24小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工，可以防止轧辊因冷却过快而发生开裂事故。
0.07％Mg,0.25-0.35％Ni,0.02-0.04％Sb,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe，球墨铸铁铁水浇注温度为1320-1350℃，这样可确保辊身和辊芯实现良好的冶金结合。辊芯铁水浇注完毕
12-24小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工，可以防止轧辊因冷却过快而发生开裂事故。
[0016] 粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1050-1080℃，保温4-10小时后出炉风冷，可以确保轧辊淬火后获得高硬度的马氏体基体和部分奥氏体基体，不会出现低硬度的珠光体组织。风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至550-600℃，保温12-20小时后炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至510-550℃，保温12-20小时后，炉冷至温度低于150℃出炉空冷，可以消除轧辊应力，稳定组织，确保轧辊具有优异的耐磨性。
[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0018] 1)本发明高速钢复合轧辊辊身经多元铝铁合金脱氧剂处理后，氧含量降至10ppm以下，确保轧辊辊身具有优异的抗热疲劳性能。
[0019] 2)本发明高速钢复合轧辊辊身经多元微合金线炉外变质处理后，可促进合金碳化物的细化和分布均匀化，并使碳化物呈孤立分布，大幅度提高轧辊辊身的强韧性，轧辊辊身硬度达到82-88HSD，冲击韧性大于12J/cm2，抗拉强度大于700MPa。
[0021] 图1高速钢复合轧辊示意图；
[0022] 1-辊身(高速钢)，2-辊芯(球墨铸铁)。
具体实施方式
[0023] 以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
[0024] 实施例1：
[0025] 一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，由辊身1高速钢和辊芯2球墨铸铁通过离心复合铸造成一体，具体制备工艺步骤是：
[0026] ①先在750公斤中频感应电炉内熔化高速钢复合轧辊辊身1即指轧辊的工作部分，辊身1钢水的化学组成及其质量分数控制在1.52％C、5.88％Cr、3.53％Mo、3.51％V、3.44％W、1.19％Nb、0.55％Ni、0.47％Si、0.75％Mn、0.028％S、0.031％P，余量Fe；
[0027] ②当步骤①的辊身1钢水温度达到1621℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数：40.50％Al,0.21％C,2.99％Si,2.52％Mn,4.07％Ca,2.94％Ba,0.008％S,0.016％P,余量Fe，多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身1钢水质量分数的0.35％，钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的0.90％，多元微合金线的化学组成质量分数：10.27％Ti,7.78％V,8.27％N,2.56％Mg,7.73％Ce,1.81％Zn,3.49％Zr,1.56％Ta,0.015％S,0.020％P,余量Fe；
[0028] ③当步骤②的钢水温度降至1435℃时，将其浇入转速为500转/分钟的离心机上的铸模内，辊身1钢水在离心机上旋转15分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身1内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下顶铸辊芯2球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.58％C,2.37％Si,0.36％Mn,0.045％Mg,0.34％Ni,0.025％Sb,0.005％S,0.021％P,余量Fe，球墨铸铁铁水浇注温度为1326℃，辊芯2铁水浇注完毕24小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
[0029] ④粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1060℃，保温10小时后出炉风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至550℃，保温20小时后炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至550℃，保温12小时后，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐磨高速钢复合轧辊。其力学性能见表1。
[0030] 实施例2：
[0031] 一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，由辊身1高速钢和辊芯2球墨铸铁通过离心复合铸造成一体，具体制备工艺步骤是：
[0032] ①先在500公斤中频感应电炉内熔化高速钢复合轧辊辊身1即指轧辊的工作部分，辊身1钢水的化学组成及其质量分数控制在2.36％C、3.51％Cr、5.85％Mo、5.96％V、1.57％W、0.67％Nb、1.19％Ni、0.78％Si、0.31％Mn、0.024％S、0.028％P，余量Fe；
[0033] ②当步骤①的辊身1钢水温度达到1647℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数：43.89％Al,0.20％C,2.07％Si,2.92％Mn,4.46％Ca,2.51％Ba,0.015％S,0.022％P,余量Fe，多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身1钢水质量分数的0.50％，钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф6.0mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的0.75％，多元微合金线的化学组成质量分数：14.80％Ti,6.31％V,9.86％N,3.37％Mg,6.05％Ce,2.17％Zn,2.51％Zr,1.94％Ta,0.009％S,0.015％P,余量Fe；
[0034] ③当步骤②的钢水温度降至1476℃时，将其浇入转速为1000转/分钟的离心机上的铸模内，辊身1钢水在离心机上旋转10分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身1内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下顶铸辊芯2球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.88％C,2.13％Si,0.57％Mn,0.063％Mg,0.29％Ni,0.032％Sb,0.007％S,0.025％P,余量Fe，球墨铸铁铁水浇注温度为1349℃，辊芯2铁水浇注完毕12小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
[0035] ④粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1080℃，保温6小时后出炉风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至600℃，保温12小时后炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至510℃，保温20小时后，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐磨高速钢复合轧辊。其力学性能见表1。
[0036] 实施例3：
[0037] 一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，由辊身1高速钢和辊芯2球墨铸铁通过离心复合铸造成一体，具体制备工艺步骤是：
[0038] ①先在1000公斤中频感应电炉内熔化高速钢复合轧辊辊身1即指轧辊的工作部分，辊身1钢水的化学组成及其质量分数控制在1.89％C、4.74％Cr、5.08％Mo、5.22％V、2.60％W、0.84％Nb、0.79％Ni、0.66％Si、0.42％Mn、0.014％S、0.026％P，余量Fe；
[0039] ②当步骤①的辊身1钢水温度达到1639℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝铁合金脱氧剂，多元铝铁合金脱氧剂的化学组成质量分数：42.37％Al,0.31％C,2.58％Si,2.91％Mn,4.35％Ca,2.88％Ba,0.011％S,0.018％P,余量Fe，多元铝铁合金脱氧剂加入量占进入钢包内辊身1钢水质量分数的0.45％，钢水经脱氧和扒渣后，继续往钢包内加入直径Ф6.0mm的多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的0.85％，多元微合金线的化学组成质量分数：13.69％Ti,6.95％V,9.27％N,2.91％Mg,6.83％Ce,1.99％Zn,2.80％Zr,1.82％Ta,0.018％S,0.025％P,余量Fe；
[0040] ③当步骤②的钢水温度降至1458℃时，将其浇入转速为850转/分钟的离心机上的铸模内，辊身1钢水在离心机上旋转12分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身1内表面温度，当温度为1200-1260℃时，在静态下顶铸辊芯2球墨铸铁铁水，球墨铸铁铁水的化学组成质量分数：3.77％C,2.30％Si,0.52％Mn,0.054％Mg,0.26％Ni,0.037％Sb,0.006％S,0.020％P,余量Fe，球墨铸铁铁水浇注温度为1337℃，辊芯2铁水浇注完毕18小时后，取出高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
[0041] ④粗加工后的高速钢复合轧辊随炉加热至1050℃，保温10小时后出炉风冷至温度低于300℃，继续入炉加热至580℃，保温16小时后炉冷至温度低于200℃，继续在炉内重新加热至520℃，保温18小时后，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得耐磨高速钢复合轧辊。其力学性能见表1。
[0042] 表1高速钢复合轧辊辊身力学性能
[0043]
[0044] 本发明高速钢复合轧辊辊身经多元铝铁合金脱氧剂处理后，氧含量降至10ppm以下，确保轧辊辊身具有优异的抗热疲劳性能。本发明高速钢复合轧辊辊身经多元微合金线炉外变质处理后，可促进合金碳化物的细化和分布均匀化，并使碳化物呈孤立分布，大幅度提高轧辊辊身的强韧性，轧辊辊身硬度达到82-88HSD，冲击韧性大于12J/cm2，抗拉强度大于700MPa。本发明高速钢复合轧辊具有优异的耐磨性，在棒材轧机上使用，轧制螺纹钢时，其使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高5倍以上。使用本发明高速钢轧辊，轧槽磨损均匀，无剥落掉块现象出现，可提高轧辊表面质量和尺寸精度，延长设备生产作业率，减轻工人劳动强度，推广应用具有良好的经济和社会效益。
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| 一种高速钢环辊 | 2020-05-11 | 113 |
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