CN102409267A - 一种含硼高速钢轧辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含硼高速钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域，化学质量组成：0.95-1.15C，8.5-9.0Cr，1.0-1.2Mo，0.5-0.8W，0.5-0.8V，0.4-0.6B，1.6-1.8Al，0.18-0.25N，0.4-0.6Cu，1.2-1.4Si，0.06-0.10RE，0.03-0.06Mg，0.04-0.08Ti，0.025-0.045K，0.025-0.045Na，0.02-0.04Te，0.02-0.04Bi，＜0.5Mn，＜0.025S，＜0.030P，余量为Fe和不可避免的微量杂质。利用电炉可生产，辊面硬度高、耐磨性好和辊颈强度高、韧性好等特点。

Description

一种含硼高速钢轧辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸钢轧辊及其制备方法，特别涉及一种含硼高速钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

轧辊的品种和制造工艺随冶金技术的进步和轧钢设备的演变而不断发展。中世纪轧制软的有色金属时使用强度低的灰铸铁轧辊。18世纪中叶英国掌握了轧制钢板用的冷硬铸铁轧辊的生产技术。19世纪下半叶欧洲炼钢技术的进步要求轧制更大吨位的钢锭，无论是灰铸铁或冷硬铸铁轧辊的强度均已不能满足要求。含碳量为0.4％～0.6％普通铸钢轧辊相应诞生。重型锻压设备的出现更使这种成分的锻造轧辊的强韧性得到进一步提高。20世纪初期合金元素的使用和热处理的引入显著改善铸钢和锻钢热轧辊和冷轧辊的耐磨性和强韧性。热轧板带用的铸铁轧辊中加入钼后改善了轧材的表面质量。轧辊中大量使用合金元素是在第二次世界大战以后，这是轧钢设备朝着大型化、连续化、高速化、自动化发展以及轧材强度提高、变形抗力加大后对轧辊性能提出更高要求的结果。这段时期中先后出现了半钢轧辊以及球墨铸铁轧辊。20世纪60年代以后又研制成功了粉末碳化钨轧辊。70年代初期在日本和欧洲广泛推广的轧辊的离心铸造技术、差温热处理技术等使板带轧辊的综合性能显著改善。复合高铬铸铁轧辊也成功地用于热带轧机上。同期，锻造白口铁和半钢轧辊在日本得到应用。80年代欧洲又推出高铬钢轧辊及超深淬硬层的冷轧辊以及用于小型型钢及线材精轧的特殊合金铸铁轧辊。当代轧钢技术的发展促使更高性能轧辊的开发研制。采用离心铸造法和新的复合方法如连续浇注复合法(CPC法)、喷射沉积法(Osprey法)、电渣焊法以及热等静压法生产的芯部为强韧性好的锻钢或球墨铸铁、外层为高速钢系列的复合轧辊以及金属陶瓷轧辊已分别在欧洲、日本新一代型材、线材、带钢轧机上得到应用。

为了提高轧辊的性能，日本专利JP2009214122-A公开了一种热轧复合轧辊制备方法，该轧辊的的主要化学成分是1-2％C，0.2-2％Si，0.2-2％Mn，4-8％V，2-5％Cr，2-8％Mo和/或W，0.05-0.3％Ti，该轧辊采用CPC法成形，在轧辊外层浇注过程中，还加入不超过3％且尺寸小于50μm的金属碳化物，以改善轧辊性能。日本专利JP2008264828-A也公开了一种复合轧辊制备方法，其外层含有1-3％C、0.2-2％Si、0.2-2％Mn、3-10％V、3-10％Cr、2-10％W和/或Mo、小于0.2％Ti、其余是Fe和不可避免的微量杂质。复合轧辊采用连续铸造方法成形，轧辊外径250-620mm。为了进一步提高轧辊性能，还加入0.2-5％Ni，0.2-10％Co和/或0.2-2％Nb。韩国专利KR777673-B1还公开了一种复合轧辊制造方法，即先采用铸造方法制造一根普通轧辊，能后通过堆焊方法在辊面形成一层含13％Cr的耐磨堆焊合金层，使轧辊耐磨性得以提高。

中国发明专利CN1133758则公开了一种具有轧辊外层材料的热轧用轧辊，轧辊外层材料的含量为C：2.5～4.0％，Cr：6.0～20％，V：3.0～10.0％，Nb：0.6～5.0％，Mo：2.0～15％；Si：3.0以下，Mn：3.0以下，且满足下式：10.5(％)≤6.5·C(％)-1.3·V(％)-0.7·Nb(％)≤2·Cr(％)-2％，其余部分为Fe和不可避免的杂质，产品具有优良耐磨性和低摩擦系数。中国发明专利CN101412096还公开了一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，该方法制备的复合耐磨轧辊由芯部和表面耐磨层构成，芯部材料选用韧性高的钢材质，表面耐磨层由高硬度柱/带状硬质点和高韧性金属材料复合而成。首先机加工出轧辊芯部，再用高合金粉芯丝/带材(注：带材可由丝材压制而成)在轧辊芯部表面支撑架上编织出一定厚度的丝/带材骨架并绑扎或焊接固定好，将编织好的预制件放入浇铸型腔中，利用高温钢液进行浇铸，对高合金粉芯丝/带材进行铸渗、烧结或熔化，在一定温度区间内，合金元素进行短程扩散，在轧辊表面实现高硬度柱/带状硬质点与高韧性基体金属两部分的冶金结合，形成内含一定比例的柱/带状硬质点的表面硬质点耐磨复合层。中国发明专利CN1557578还公开了仿生非光滑耐磨轧辊，其技术方案是为提高轧辊表面耐磨性能，提供一种仿生非光滑耐磨轧辊，有效地提高型材轧辊的使用寿命。该轧辊由耐磨材料辊皮和具有较好韧性的芯部材料复合而成，其特点是辊皮具有微米级鳞片状的非光滑表面，其辊皮表面的鳞片形态是长轴为50～200微米、短轴为25～100微米、高度为25～100微米，其分布密度为200～5000个/100平方毫米。中国发明专利CN101985683A还公开了Cr12MoV轧辊的淬火工艺，其淬火加热温度为650℃，以工件有效壁厚为基准，每毫米厚保温2分钟，累计时间，再加热至1020℃，以工件有效壁厚为基准，每毫米厚保温1分钟，累计时间，工件放入300℃的50％KNO₃+NaNo₂硝盐溶液中等温，等温时间2小时取出，工件在180℃回火三次，时间以工件有效厚度为基准，每毫米厚保温10分钟，累计时间。该发明采用硝盐淬火，保证了Cr12MoV轧辊的硬度，增加了使用中的耐磨性。中国发明专利CN102019294A还公开了一种大尺寸高韧性耐磨合金轧辊及其制造方法，轧辊由高韧性耐磨合金外层和高强度铸铁内层组成，外层的化学成分按质量百分比计为：碳3.2-3.6，硅＜1.0，锰0.8-2.0，硫＜0.05，磷0.1-0.3，铬1.2-1.8，镍3.6-4.2，钼0.3-0.6，钛＜0.1，钒＜0.2，其余为铁和不可避免的杂质，其特征在于：轧辊显微组织由碳化物、下贝氏体和奥氏体组成，其中奥氏体的体积分数在10-35％之间。其制造方法包括以下步骤：(1)电炉熔炼；(2)离心浇注轧辊外层，(3)离心浇注轧辊内层；(4)内层浇注完成后，冷却到900-800℃时，将轧辊从模具中取出空冷至400-300℃时放入保温炉内保持5-15小时，然后再取出空冷；(5)将成型的合金轧辊经机械加工制得成品。该发明不易开裂，轧辊面硬度均匀，性能优良。中国发明专利CN102146547A还公开了一种合金钢轧辊及其制造方法，该合金钢轧辊内含有硅、锰、铬、钼、镍、钒、铌等金属元素，碳的含量为0.60～0.68％，硫和磷的含量均小于等于0.025％。其制造方法包括冶炼工艺、锻造工艺和热处理工艺，其中的热处理工艺又包括锻后热处理工艺、预备热处理工艺、淬火热处理工艺和最终回火工艺。在淬火热处理工艺中采用了中频电磁感应加热装置和喷水装置。通过上述材质和热处理工艺的改进，该轧辊可延长连续轧制时间2小时以上，表面硬度、淬火层深度、表面耐磨性能和抗断裂等事故的能力也明显提高，综合性能有了明显改善，轧辊的损耗也有所降低，换辊频率明显减少，使冷轧钢板的生产效率得到了进一步提高。中国发明专利CN101880834A还公开了一种具有高耐磨性和粗糙度保持能力的冷轧辊，其材质中的化学组分及重量百分含量为C0.90～1.10；Si0.2～1.00；Mn0.40～0.70；Cr4.80～6.80；Mo1.00～2.00；V0.10～0.50；Ni≤0.40；S≤0.02；P≤0.02；其余为Fe。冷轧辊的表面硬度为92HSD～100HSD。热处理的淬火加热温度为960℃～1020℃，冷处理的温度为-90℃～-50℃，处理时间为2h～8h，回火保温温度为120℃～145℃，保温时间为60h～150h。采用该发明材料和性能制得的冷轧工作辊，具有高的粗糙度保持能力和高耐磨性，在同样的使用条件下，该发明轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系的材料制造的轧辊提高了50％。中国发明专利CN101797630A还公开了一种改进型高速钢轧辊及其制备方法，采用离心复合铸造方法成形，轧辊外层是高速钢，轧辊内层是球铁或高强度铸铁。轧辊外层在离心铸造机上成形，然后将辊芯铁水在静态下填芯，浇注成高速钢复合轧辊。高速钢轧辊外层的原料组成是(质量分数)：60-65％的M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)废钢，1.0-1.4％的金属铝，5.0-5.5％的硼铁，9.2-9.4％的碳素铬铁，0.2-0.4％的钛铁，1.0-1.2％的镍镁合金，18-23％的Q235废钢。本发明轧辊利用电炉便可生产，硬度高、不加贵重铁合金、且取消高温淬火处理，工艺简便、生产成本低廉，具有良好的耐磨性。但是，国内外已开发的各种轧辊普遍存在力学性能波动大和耐磨性较差的不足，本发明针对现有轧辊存在等不足，发明了一种性能优异的整体含硼高速钢轧辊制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种含硼高速钢轧辊及其制备方法。本发明是在耐磨性能优异的M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢基础上，适当降低钨、钼、钒等贵重合金元素的含量，并提高铬、碳元素加入量，另外加入少量硼、铝、氮、铜等合金元素，以便改善高速钢轧辊的耐磨性能。另外还加入稀土、镁、钛、钾、钠、碲、铋等元素，细化凝固组织，改善含硼高速钢轧辊中碳化物的形态和分布，提高含硼高速钢轧辊力学性能和使用性能。本发明轧辊的辊颈和辊身采用同一材料，为了保证辊颈的高强度以及辊身的高硬度和高耐磨性，轧辊淬火冷却过程中，辊颈采用隔热材料保护缓慢冷却，而辊身采用喷油冷却，确保了轧辊具有良好的使用效果。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明一种含硼高速钢轧辊，其特征在于，轧辊的化学组成成分是(质量分数，％)：0.95-1.15C，8.5-9.0Cr，1.0-1.2Mo，0.5-0.8W，0.5-0.8V，0.4-0.6B，1.6-1.8Al，0.18-0.25N，0.4-0.6Cu，1.2-1.4Si，0.06-0.10RE，0.03-0.06Mg，0.04-0.08Ti，0.025-0.045K，0.025-0.045Na，0.02-0.04Te，0.02-0.04Bi，＜0.5Mn，＜0.025S，＜0.030P，余量为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明上述轧辊的制备方法，其特征在于，轧辊用电炉熔炼，包括以下步骤：

1)首先用废钢、增碳剂、铬铁、铜板、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁，升温至1520-1550℃时，加入铝和含氮铬铁，然后依次加入钒铁、硼铁和钛铁，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1560-1580℃，扒渣后出炉。

2)将铋铁、碲化铜中间合金、含钾物质、含钠物质和稀土镁合金破碎至粒度小于10mm的小块，经180-200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理。

3)将钢水在铸型中浇注成轧辊，钢水浇注温度1460-1480℃。

4)浇注10～15h后开箱空冷轧辊，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺。

5)轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为(920-950)℃×(3-5)h，炉冷至温度为560-580℃时，空冷，然后进行粗加工。

6)将粗加工后的轧辊重新加热至1100-1120℃，保温2-3h，然后辊面喷油冷却25-30min，辊颈表面则涂敷有隔热材料实现缓冷。最后将轧辊加热至500-550℃，保温8-10h后，炉冷至温度低于260℃出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。

在本发明步骤2)中所述的含钾物质为KMnO₄经350℃焙烧后得到的固体物质；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的含钠产物；隔热材料优选为CaO/SiO₂的混合物或石棉布，CaO/SiO₂的混合物导热系数优选为0.043(w/m.k)，石棉布导热系数优选0.069(w/m.k)；本发明的其他原材料为本领域的常规物质，只要最终能达到本发明轧辊的化学组成成分均可。

合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的：

碳：碳加入高速钢轧辊一方面与钨、钼、钒、铬等强碳化物形成元素结合生成高硬度碳化物，提高轧辊耐磨性，另一方面，高温热处理过程中溶于基体，提高基体淬透性和淬硬性，但是，碳加入量过多，高速钢轧辊脆性增大，合适的加入量为0.95-1.15％。

铬：铬在高速钢中主要是增加淬硬层深度，通常含量均在4％左右。在高速钢轧辊中适当提高铬含量，可以增加轧辊材料中M₇C₃型碳化物数量，有利于改善轧辊耐磨性，此外铬含量增加，还可减轻轧辊高温加热过程中的氧化和脱碳，综合考虑将铬含量控制在8.5-9.0％。

钨和钼：钨在钢中既能形成碳化物，又部分溶于固溶体中，提高钢的回火稳定性。钼与钨结构及物理性能相近，可以互相代替，1％Mo可以代替1.6％-2.0％W，含钼高速钢碳化物的不均匀性明显优于钨系高速钢，钼系高速钢的红硬性低于钨系，但其抗弯强度和冲击韧性明显好于钨系高速钢。但是，钨、钼均为价格昂贵的合金元素，综合考虑将钨含量控在0.5-0.8％，Mo含量控制在1.0-1.2％。

钒：钒是强碳化物形成元素，与碳结合生成高硬度VC，明显改善轧辊耐磨性，但钒是价格昂贵的合金元素，综合考虑将钒含量控在0.5-0.8％。

硼：硼与铁结合生成高硬度的Fe₂B，明显改善轧辊耐磨性，此外，硼还可以明显提高轧辊淬透性，在高速钢轧辊中，加入适量廉价的硼元素，取代价格昂贵的钨、钼、钒、铌、钴等合金元素，有利于降低轧辊生产成本。但是，加入过多的硼会降低轧辊的强度和韧性，合适的硼加入量为0.4-0.6％。

铝、硅和铜：铝、硅和铜均是非碳化物形成元素，加入含硼高速钢轧辊中，主要固溶于基体，提高基体强度，改善轧辊耐磨性。铜的加入还可以明显改善轧辊的淬透性。但是，加入过多的铝，钢水熔炼困难，而加入过多的硅，轧辊使用中易出现开裂和剥落，加入过多的铜则增加轧辊生产成本。综合考虑将铝含量控在1.6-1.8％，硅含量控制在1.2-1.4％，铜含量控制在0.4-0.6％。

氮：含硼高速钢轧辊中，加入氮元素的主要作用有二，其一是提高轧辊材料的淬透性，改善其耐磨性，其二是氮与钢中的钛、硼、钒等元素结合生成高熔点的的VN，TiN，BN等质点，可以起凝固核心作用，有利于细化凝固组织，改善含硼高速钢轧辊的强韧性，但是，氮加入量过多，轧辊中易出现气孔，反而降低含硼高速钢轧辊性能，综合考虑，将氮含量控制在0.18-0.25％。

稀土、镁、钛、碲、铋：高速钢轧辊中，加入稀土、镁、钛、碲、铋的主要目的是为了细化凝固组织，改善夹杂物形态和分布，提高含硼高速钢轧辊的综合性能，合适的稀土加入量为0.06-0.10％，合适的镁加入量为0.03-0.06％，合适的钛加入量为0.04-0.08％，合适的碲加入量为0.02-0.04％，合适的铋加入量为0.02-0.04％。

钾和钠：钾和钠可降低含硼高速钢的初晶结晶温度和共晶结晶温度，初晶结晶温度和共晶结晶温度的下降，有助于钢水在液相线和共晶区过冷，而合金的结晶过冷度增大，会使形核率大大增加，因此，钾、钠使初晶奥氏体晶核增多，初晶奥氏体得以细化，初晶奥氏体的细化导致共晶反应时残留钢液相互被隔开的趋势增强，进而导致共晶组织的细化。此外，钾、钠在共晶结晶时选择性地吸附在共晶碳化物择优生长方向的表面上，形成吸附薄膜，阻碍钢液中的Fe、W、Mo、Cr、C等原子长入共晶碳化物晶体，降低了共晶碳化物[010]择优方向的长大速度，导致[010]方向长大减慢，而[001]、[100]方向长大速度增大，导致共晶碳化物变成不规则的团块状。初晶奥氏体的细化和共晶碳化物形态的改善，有利于高速钢机械性能，特别是冲击韧性的大幅度提高。值得注意的是，钾、钠非常活泼，极易氧化和挥发，比重小，不易直接加入金属液中，而且纯的钾、钠价格高，直接加入含硼高速钢轧辊经济上也不合理。

本发明的含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄。加入钢水之前，KMnO₄经过350℃焙烧，由于KMnO₄不稳定，在焙烧过程中会发生如下反应：

式(1)

式(2)

因此，加入到钢水中含钾物质的主要成分其实是MnO₂、Mn₂O₃和K₂O三种物质，而K₂O在钢水高温作用下，又会发生如下反应：

式(3)

本发明的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物。其主要反应式为：

6NaOH+2C→2Na₂CO₃+2Na+3H₂                    式(4)

钾、钠加入量过少，对含硼高速钢的性能影响不大，加入量过多，导致合金中夹杂物数量增多，对机械性能也有不良影响，综合考虑，将钾含量控制在0.025-0.045％，钠含量控制在0.025-0.045％

锰：锰降低含硼高速钢轧辊的硬度，损害含硼高速钢轧辊耐磨性，将其含量控制在0.5％以下。

硫和磷：硫和磷是含硼高速钢轧辊中的有害元素，对其含量应严格控制，其中磷含量控制在0.03％以下，硫控制在0.025％以下。

含硼高速钢轧辊的性能还与热处理工艺有关。本发明热处理工艺制订的理由如下：

本发明含硼高速钢轧辊铸态硬度较高，达到52-56HRC，直接加工效率低，且刀具消耗多，轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为(920-950)℃×(3-5)h，炉冷至温度为560-580℃时，进行空冷，其室温硬度降至280-320HB，具有较好的机械加工性能，粗加工效率高，刀具消耗少。

将粗加工后的轧辊重新加热至1100-1120℃进行奥氏体化，并保温2-3h，一方面可以提高高温奥氏体中合金元素含量，改善轧辊淬透性和耐磨性，另一方面，高温加热和保温过程中，可以进一步改善碳化物和硼化物的形态和分布，有利于提高轧辊的综合机械性能。但是加热温度过高或保温时间过长，既增加能耗，也加快轧辊的氧化和脱碳以及促进轧辊组织的晶粒长大，降低轧辊力学性能和使用性能，轧辊淬火加热温度控制在1100-1120℃，保温时间控制在2-3h，效果最好。

此外，轧辊淬火冷却过程中，直接采用风冷或空冷，辊面硬度低，耐磨性差，而直接采用水冷或油冷，辊面冷却过快，应力过大，极易出现裂纹。本发明高速钢轧辊淬火冷却过程中，辊面采用喷油冷却25-30min，可确保辊面高硬度和优异的耐磨性，又不会因应力过大而出现裂纹。本发明高速钢轧辊冷却过程中，辊颈表面涂敷隔热材料实现缓冷，辊颈中不会出现脆性的马氏体组织，辊颈获得细小的屈氏体组织，可以获得较高的强度和较好的韧性。淬火后的轧辊应力大，需要及时回火处理，消除应力，稳定组织。本发明轧辊经500-550℃并保温8-10h的回火处理后，可以获得内应力小、组织稳定、硬度高和耐磨性好的高速钢轧辊。

本发明效果：

(1)用本发明制造的轧辊，生产工艺简便，金相组织中含有15-18％高硬度共晶碳化物和3-5％的高硬度共晶硼化物，导致轧辊辊面宏观硬度高，达到85-88HSD，具有优良的耐磨性。

(2)含硼高速钢轧辊经稀土、镁、钛、碲、铋、钾和钠变质处理后，基体组织明显细化，共晶碳化物、硼化物由条、带状变成小块状和团球状，导致高速钢轧辊性能大幅度提高，辊身抗拉强度达到620-650MPa，冲击韧性达到7-9J/cm²。

(3)本发明含硼高速钢轧辊淬火冷却过程中，辊颈表面通过涂敷隔热材料实现缓冷，辊颈组织中不会出现脆性的马氏体组织，辊颈获得细小的屈氏体组织，可以获得较高的强度和较好的韧性，其抗拉强度达到840-870MPa，冲击韧性达到15-18J/cm²。

(4)本发明含硼高速钢轧辊辊颈和辊身采用同一材料铸造成形，方便了使用报废后轧辊的回收，解决了双金属复合轧辊使用报废后回收利用的难题。

(5)本发明轧辊的使用寿命比Cr12MoV和GCr15轧辊提高5倍以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

用500公斤中频感应电炉熔炼含硼高速钢轧辊材料，其具体制造工艺步骤是：

1)首先用废钢、增碳剂、铬铁、铜板、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁，升温至1524℃时，加入铝和含氮铬铁，然后依次加入钒铁、硼铁和钛铁，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1563℃，扒渣后出炉。

2)将铋铁、碲化铜中间合金、含钾物质、含钠物质和稀土镁合金(具体稀土元素是铈)破碎至粒度小于10mm的小块，经200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理。

3)将钢水在铸型中浇注成轧辊，钢水浇注温度1461℃。

4)浇注10h后开箱空冷轧辊，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺。

5)轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为950℃×3h，炉冷至温度为580℃时，空冷，然后进行粗加工。

6)将粗加工后的轧辊重新加热至1120℃，保温2h，然后辊面喷油冷却30min，辊颈表面则涂敷有隔热材料实现缓冷。最后将轧辊加热至550℃，保温8h后，炉冷至温度低于260℃出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。含硼高速钢轧辊成分见表1，含硼高速钢轧辊性能见表2。

其中，步骤2)中所述的含钾物质为KMnO₄经350℃焙烧后得到的固体物质；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物；步骤6)所述的隔热材料是导热系数为0.043(w/m.k)的CaO/SiO₂的混合物。

实施例2：

用750公斤中频感应电炉熔炼含硼高速钢轧辊材料，其具体制造工艺步骤是：

1)首先用废钢、增碳剂、铬铁、铜板、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁，升温至1549℃时，加入铝和含氮铬铁，然后依次加入钒铁、硼铁和钛铁，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1580℃，扒渣后出炉。

2)将铋铁、碲化铜中间合金、含钾物质、含钠物质和稀土镁合金(具体稀土元素是镧)破碎至粒度小于10mm的小块，经180℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理。

3)将钢水在铸型中浇注成轧辊，钢水浇注温度1477℃。

4)浇注15h后开箱空冷轧辊，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺。

5)轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为920℃×5h，炉冷至温度为560℃时，空冷，然后进行粗加工。

6)将粗加工后的轧辊重新加热至1100℃，保温3h，然后辊面喷油冷却25min，辊颈表面则涂敷有隔热材料实现缓冷。最后将轧辊加热至500℃，保温10h后，炉冷至温度低于260℃出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。含硼高速钢轧辊成分见表1，含硼高速钢轧辊性能见表2。

其中，步骤2)中所述的含钾物质为KMnO₄经350℃焙烧过的固体物质；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物；步骤6)所述的隔热材料是导热系数为0.043(w/m.k)的CaO/SiO₂。

实施例3：

用750公斤中频感应电炉熔炼含硼高速钢轧辊材料，其制造工艺步骤是：

1)首先用废钢、增碳剂、铬铁、铜板、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁，升温至1536℃时，加入铝和含氮铬铁，然后依次加入钒铁、硼铁和钛铁，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1571℃，扒渣后出炉。

2)将铋铁、碲化铜中间合金、含钾物质、含钠物质和稀土镁合金(具体稀土元素是钇)破碎至粒度小于10mm的小块，经190℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理。

3)将钢水在铸型中浇注成轧辊，钢水浇注温度1472℃。

4)浇注12h后开箱空冷轧辊，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺。

5)轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为940℃×4h，炉冷至温度为570℃时，空冷，然后进行粗加工。

6)将粗加工后的轧辊重新加热至1110℃，保温2h，然后辊面喷油冷却28min，辊颈表面则涂敷有隔热材料实现缓冷。最后将轧辊加热至530℃，保温9h后，炉冷至温度低于260℃出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。含硼高速钢轧辊成分见表1，含硼高速钢轧辊性能见表2。

其中，步骤2)中所述的含钾物质为KMnO₄经350℃焙烧过的固体物质；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物；步骤6)所述的隔热材料是导热系数为0.069(w/m.k)的石棉布。

表1含硼高速钢轧辊成分

表2含硼高速钢轧辊性能

目前，本发明含硼高速钢轧辊在轧钢生产中获得了广泛的应用，特别是用于冷轧不锈钢、模具钢和工具钢的工作辊上，取代Cr12MoV和GCr15轧辊，具有使用寿命长，轧材表面质量好等特点，使用寿命可以提高5倍以上。本发明含硼高速钢轧辊使用中不会开裂和剥落，也无断辊现象出现，使用本发明含硼高速钢轧辊，可以提高轧机作业率，减轻工人劳动强度，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，已为轧钢企业带来了很好的效益。另外，本发明含硼高速钢轧辊辊颈和辊身采用同一材料铸造成形，方便了使用报废后轧辊的回收。推广应用本发明轧辊具有良好的经济和社会效益。

Claims (5)

1.一种含硼高速钢轧辊，其特征在于，轧辊的化学组成成分是(质量分数，％)：0.95-1.15C，8.5-9.0Cr，1.0-1.2Mo，0.5-0.8W，0.5-0.8V，0.4-0.6B，1.6-1.8Al，0.18-0.25N，0.4-0.6Cu，1.2-1.4Si，0.06-0.10RE，0.03-0.06Mg，0.04-0.08Ti，0.025-0.045K，0.025-0.045Na，0.02-0.04Te，0.02-0.04Bi，＜0.5Mn，＜0.025S，＜0.030P，余量为Fe和不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1的一种含硼高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先用废钢、增碳剂、铬铁、铜板、钨铁和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁，升温至1520-1550℃时，加入铝和含氮铬铁，然后依次加入钒铁、硼铁和钛铁，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1560-1580℃，扒渣后出炉；

2)将铋铁、碲化铜中间合金、含钾物质、含钠物质和稀土镁合金破碎至粒度小于10mm的小块，经180-200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

3)将钢水在铸型中浇注成轧辊，钢水浇注温度1460-1480℃；

4)浇注10～15h后开箱空冷轧辊，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺。

5)轧辊在机械加工前需要进行软化退火处理，软化退火工艺为(920-950)℃×(3-5)h，炉冷至温度为560-580℃时，空冷，然后进行粗加工；

6)将粗加工后的轧辊重新加热至1100-1120℃，保温2-3h，然后辊面喷油冷却25-30min，辊颈表面则涂敷有隔热材料实现缓冷，最后将轧辊加热至500-550℃，保温8-10h后，炉冷至温度低于260℃出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤2)中所述的含钾物质为KMnO₄经350℃焙烧后得到的固体物质；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的含钠产物。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，隔热材料为CaO/SiO₂的混合物或石棉布。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于，CaO/SiO₂的混合物导热系数为0.043(w/m.k)，石棉布导热系数为0.069(w/m.k)。