CN105033227A - 高钒高速钢复合轧辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。本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。

Description

高钒高速钢复合轧辊的制造方法

技术领域

本发明涉及轧辊的制造方法，具体的说，是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。

背景技术

轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键耐磨件，其质量直接影响到轧钢质量、劳动生产率及产品的利润。随着世界轧钢行业的迅速发展，对轧辊的使用寿命提出了更高的要求，耐磨性较好的传统高铬铸铁轧辊已经不能满足人们的要求。目前，用于生产轧辊的材料主要有铸钢、合金半钢、球状石墨铸钢、冷硬铸铁、合金球墨铸铁、高速钢、高铬钢、高铬铸铁、硬质合金，在这些材料中，高速钢出现已有几十年的历史，但是由于其成本高、制造工艺复杂，一般只用于制造刀具，近几年，国内外对其进行了大量研究，目前已经开始用于轧辊的生产。由于高速钢中含有硬度更高的碳化物，如WC：HV2400～2600、VC：HV2600～3000、Mo2CHV1500，耐磨性可比高铬铸铁提高3～5倍，又由于高速钢机体组织为韧性较高的马氏体、奥氏体，克服了硬质合金轧辊韧性差、易产生裂纹的缺点，现在高速钢已经成为轧辊材料的一个重要发展方向，具有很高的应用价值。

高速钢轧辊又称为高速钢复合轧辊，轧辊的外层材料采用高速钢，由于含有大量的V、W、Cr、Mo、Nb等合金元素，有较高的常温硬度(HS82～90)，同时有着良好的高温红硬性特点，在500℃以上仍能保证HS78以上，因此具有优良的高温耐磨性；轧辊的芯部材料多采用球墨铸铁等普通材料，用这种方法生产的轧辊外层具有较高的耐磨性，内层的韧性材料又能保证轧辊具有较高的韧性，具有比整体材料轧辊更广阔的应用前景和较高的性价比。高速钢轧辊目前已广泛应用于轧钢生产中，用高速钢轧辊取代半钢轧辊、高铬轧辊、高镍铬钼无限冷硬轧辊及针状贝氏体球铁轧辊，对于提高轧制量，延长换辊周期，生产实践中都取得了良好的效果。

20世纪80年代，日本川崎制铁(株)钢铁研究所就开发了高钒高速钢耐磨轧辊，所用合金成分(质量百分数/％：C1.0～3.7；Si0.5～1.6；Mn0.3～3.7；Cr3.6～9.1；Mo2.5～6.6；V3.1～8.6；Ni0.2～4.5；Cu0～2.0；W0～11.1；Nb0～1.8.)，并认为高钒高速钢的耐磨性基本上由均匀分布在基体上的V系粒状碳化物所决定。高钒高速钢复合轧辊与其它轧辊相比较具有很多优点：耐磨性是高铬铸铁的3倍左右，高镍铬复合轧辊的5～7倍；采用锻钢芯材，芯部强度高、韧性好，不易发生断辊事故；抗表面粗糙能力强，抗裂纹和抗剥落能力好。国内近几年才开始了对高钒高速钢轧辊的研究和应用，而且应用范围较小。为了得到更多的VC，以提高轧辊的耐磨性，轧辊成分逐渐向高碳高钒方向发展。

高钒高速钢以钒为主要添加元素，辅以铬钼等合金元素，充分利用钒碳化物(VC)硬度高、形态好的特点来提高材料韧性及耐磨性。高钒高速钢不仅有很高的硬度和相当的韧性，而且有优良的耐磨性，因此作为新一代耐磨材料，高钒高速钢备受关注。研究表明，高钒高速钢的耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，是高锰钢的10倍以上，已被用于轧辊、锤头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件。俄罗斯在高速钢和一些结构钢的生产中也开展了用钒代替钨、钼和铌的应用研究。当前中国正处于高钒高速钢材料的研制、开发和生产应用的起步阶段。

高钒高速钢中加入大量钒元素，由于钒在600℃以上极易被氧化，当外层铁水浇入型腔后，由于型腔内表面与空气接触，在此过程中外层铁水内的大量钒被氧化形成钒氧化物，不仅降低钒吸收率，而且钒氧化物熔点高，导致外层铁水与芯部铁水较难结合，结合率在40％左右，结合率很低；复合浇注过程中，外层铁水含有大量的V、W、Cr等碳化物形成元素，而芯部铁水为球墨铸铁，V、W、Cr的密度、材质与球墨铸铁相差很大，势必在结合层位置会存在大量的碳化物，V、W、Cr碳化物的密度、材质与球墨铸铁相差也很大，使得结合层强度很低，使用中很容易从结合层处发生剥落，结合质量难以保证；再者，芯部铁水对外层铁水产生溶蚀，导致大量的碳化物元素进入芯部位置，最终导致轧辊轴颈强度低，使用中易发生断辊。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出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，有效提高了高钒高速钢复合轧辊的结合率、结合层强度，并显著提高辊颈抗拉强度，防止使用中出现辊身剥落及断辊事故。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，然后采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水，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，然后进行合箱浇注辊身芯部铁水。

本发明技术方案的进一步改进在于：合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水是将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱，铸型箱底部连接溢流管；先从铸型箱的上部浇口向铸型箱内浇注过渡层铁水，直至填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注，然后从铸型箱的上部浇口向铸型箱内继续浇注芯部铁水，直至芯部铁水将过渡层铁水全部顶出后停止浇注。

本发明技术方案的进一步改进在于：芯部铁水的浇注量为过渡层铁水浇注量的三倍。

本发明技术方案的进一步改进在于：具体包含以下工艺步骤：

A、造型，辊身模型采用内部喷有涂料的金属型，辊颈模型采用石英砂粘土造型，底箱连接溢流管；

B、熔炼原料：在中频炉内分别熔炼外层高钒高速钢原料、过渡层铁水原料、芯部铁水原料；

C、浇注成型：

(1)采用离心浇注法，将熔炼好的外层高钒高速钢水注入旋转的辊身模型中，然后向辊身模型的型腔内持续通入惰性气体；

(2)当高钒高速钢外层冷却至1220～1280℃时离心机停止转动，同时停止惰性气体吹入，将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱；离心机停止转动至浇注过渡层铁水的时间控制在7分钟以内，然后通过铸型箱上部的浇口浇注过渡层铁水，直至过渡层铁水填满铸型箱、从溢流管流出；

(3)通过铸型箱上部的浇口继续浇注芯部铁水，随着芯部铁水的注入，铸型箱内原有的过渡层铁水从溢流管逐渐流出，直至过渡层铁水全部被置换为芯部铁水后停止浇注，然后冷却至常温开箱脱模，即得高钒高速钢辊坯；

D、机械加工和热处理：

将高钒高速钢辊坯进行机械加工，将高钒高速钢轧辊的工作面车到规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对高钒高速钢辊坯进行热处理，然后冷却至室温，即得高钒高速钢轧辊。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中，离心浇注的离心重力倍数为60～100G。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分比为1.2～2.2C、3.0～4.5Cr、0.2～1.2Ni、1.5～5.0Mo、6.0～9.0V、1.0～2.5W、1.0～3.0Nb、0.05～0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn≤0.5、0.6～2.0Si，其余为Fe；外层高钒高速钢水的熔炼温度为1500～1650℃；熔炼完毕后对外层高钒高速钢水进行变质处理；浇注温度为1420～1480℃，当高钒高速钢外层温度降至1220～1280℃时，离心机停止转动；

所述过渡层铁水的化学成分及重量百分比为2.7～3.3C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；过渡层铁水的熔炼温度为1550～1650℃；熔炼完毕后对过渡层铁水进行球化孕育处理；浇注温度为1400～1550℃；

所述芯部铁水的化学成分及重量百分比为2.9～3.6C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；芯部铁水的熔炼温度为1500～1650℃；熔炼完毕后对芯部铁水进行球化孕育处理；浇注温度为1280～1400℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：外层高钒高速钢水的熔炼温度为1600～1650℃，过渡层铁水和芯部铁水的熔炼温度为1500～1550℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤D的热处理过程为一次淬火+三次回火：淬火是以加热温度为20～30℃/h的升温速度升温至1000～1120℃，保温3～4h，出炉后以130～140℃/h的速度进行冷却至400～450℃；

三次回火的前两次是以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后以20～30℃/h的降温速度冷却至室温；最后以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后空冷至室温。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述对外层高钒高速钢水进行变质处理是通过添加稀土对外层高钒高速钢水进行变质处理，稀土添加量为0.2～0.6％，变质处理温度是1550～1650℃；所述球化孕育处理是通过添加球化剂和孕育剂对过渡层铁水和芯部铁水进行球化孕育处理，球化孕育处理温度为1500～1600℃；所述球化剂为稀土镁硅铁合金，添加量为1.0～1.6％，所述孕育剂为硅含量为75％的硅铁合金，添加量为0.4～1.0％。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本发明提供了一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，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；同时本发明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，辊颈抗拉强度实际检测在550Mpa左右，有效杜绝了使用中的断辊现象。

本发明在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，在惰性气体的保护下，使得钒元素的氧化率极大降低，减少钒氧化物产生，提高钒吸收率，从而明显提高了外层高钒高速钢与芯部铁水的结合率。

本发明离心浇注高钒高速钢水的基础上，首先浇注如过渡层铁水，过渡层铁水溶蚀部分外层高钒高速钢，在此过程中大量的碳化物形成元素进入到过渡层铁水中，然后再通过浇注芯部铁水来实现过渡层铁水的完全置换，从而带走了会降低轧辊辊颈强度和内外结合层强度的碳化物形成元素，使得最终制得的高钒高速钢轧辊，其结合层与芯部铁水中碳化物形成元素大大减少，使得轧辊结合层及芯部组织中仅存在小于3％的碳化物；同时基本以铁素体组织为主，轧辊辊身结合层强度和辊颈的抗拉强度都大大提高。而现有的采用依次浇注外层高钒高速钢、中间层球墨铸铁、芯部球墨铸铁三层的方法制造出的高钒高速钢轧辊，其结合层和芯部中碳化物的含量为7％左右，且基体组织中仅存在少量铁素体组织，强度明显降低。

本发明对熔炼好的外层高钒高速钢水进行编制处理，可以有效改善钢水质量，细化基体和碳化物，提高高钒高速钢轧辊表面的耐磨性能；对熔炼好的过渡层铁水和芯部铁水进行球化孕育处理，可以提高轧辊强度，使轧辊颈获得良好的力学性能，从而避免断辊。

本发明对高钒高速钢辊坯进行一次淬火+三次回火的热处理方式，高钒高速钢铸态组织中存在有大量的不稳定相马氏体残奥，通过上述热处理能够获得稳定的基体组织，三次回火处理能够使得残余奥氏体能够得到充分能转变，通过热处理，能够大幅降低辊颈热裂纹的产生机率，限制提升抗事故能力，延长高钒高速钢轧辊的使用周期。

附图说明

图1是本发明高钒高速钢复合轧辊的制造方法及所使用的铸型箱的示意图；

其中，1、冒口箱，2、冒颈砂型，3、外层高钒高速钢，4、辊身模型，5、底颈模型，6、底箱模型，7、底箱，8、浇注的芯部铁水，9、溢流槽，10、溢流管，11、溢流管砂型，12、盛有过渡层铁水的铁水包，13、盛有芯部铁水的铁水包，14、惰性气体吹入管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明的反应装置如图1所示，冒口箱1为直立放置，冒口箱1内设置有冒颈砂型2；冒口箱1下部为辊身模型4，辊身模型4为金属型模型，其表面喷涂有防粘涂料。辊身模型4下部为底颈模型5，底颈模型5与位于地面上的底箱模型6相连。底箱模型6外侧设有底箱7，底箱模型6中开设有通道连接溢流管10，浇注如过量的铁水可以经溢流管10排出。溢流管10为直立放置，其内部设置有溢流管砂型11。溢流管砂型11内部设置有溢流槽9。所述冒颈砂型2、底颈模型5、底箱模型6和溢流管砂型11均采用石英砂粘土造型。惰性气体吹入管14穿入辊身模型4的型腔内，使惰性气体与外层高钒高速钢3的内壁接触。

本发明的一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，是包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，浇注温度为1420～1480℃，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℃时离心机停止转动，同时停止惰性气体吹入。

采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水是将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱，铸型箱底部连接溢流管；先从铸型箱的上部浇口向铸型箱内浇注过渡层铁水，直至填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注，然后从铸型箱的上部浇口向铸型箱内继续浇注芯部铁水，直至芯部铁水将过渡层铁水全部顶出后停止浇注，芯部铁水的浇注量为过渡层铁水浇注量的三倍。具体包含以下工艺步骤：

A、造型，辊身模型采用内部喷有涂料的金属型，辊颈模型采用石英砂粘土造型，底箱连接溢流管；

B、熔炼原料：在中频炉内分别熔炼外层高钒高速钢原料、过渡层铁水原料、芯部铁水原料，过渡层铁水和芯部铁水为不同成分的球墨铸铁：

(1)所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分比为1.2～2.2C、3.0～4.5Cr、0.2～1.2Ni、1.5～5.0Mo、6.0～9.0V、1.0～2.5W、1.0～3.0Nb、0.05～0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn≤0.5、0.6～2.0Si，其余为Fe；外层高钒高速钢水的熔炼温度为1500～1650℃，优选1600～1650℃。

熔炼完毕后通过添加稀土对外层高钒高速钢水进行变质处理，稀土添加量为0.2～0.6％，变质处理温度是1550～1650℃；

(2)所述过渡层铁水的化学成分及重量百分比为2.7～3.3C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；过渡层铁水的熔炼温度为1550～1650℃，优选1500～1650℃；

熔炼完毕后通过添加球化剂和孕育剂对过渡层铁水进行球化孕育处理；球化孕育处理温度为1500～1600℃；所述球化剂为稀土镁硅铁合金，添加量为1.0～1.6％，所述孕育剂为硅含量为75％的硅铁合金，添加量为0.4～1.0％。

(3)所述芯部铁水的化学成分及重量百分比为2.9～3.6C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；芯部铁水的熔炼温度为1500～1650℃，优选1500～1650℃；

熔炼完毕后通过添加球化剂和孕育剂对芯部铁水进行球化孕育处理；球化孕育处理温度为1500～1600℃；所述球化剂为稀土镁硅铁合金，添加量为1.0～1.6％，所述孕育剂为硅含量为75％的硅铁合金，添加量为0.4～1.0％。

C、浇注成型：

依次浇注外层高钒高速钢水、过渡层铁水和芯部铁水，浇注过程为：

(1)采用离心浇注法，将熔炼好的外层高钒高速钢水注入旋转的辊身模型中，浇注温度为1420～1480℃，离心浇注的离心重力倍数为60～100G；然后向辊身模型的型腔内持续通入惰性气体；当高钒高速钢外层冷却至1220～1280℃时离心机停止转动，同时停止惰性气体吹入；

(2)待高钒高速钢水凝固后，将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱；离心机停止转动至浇注过渡层铁水的时间控制在7分钟以内，也就是合箱的时间控制在7分钟以内；然后通过铸型箱上部的浇口浇注过渡层铁水，浇注温度为1400～1550℃；直至过渡层铁水填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注；

(3)通过浇注过渡层铁水的浇口继续向铸型箱内浇注芯部铁水，浇注温度为1280～1400℃；随着芯部铁水的注入，铸型箱内原有的过渡层铁水从溢流管逐渐流出，直至过渡层铁水全部被置换为芯部铁水后停止浇注，所述芯部铁水的最优浇注量为过渡层铁水浇注量的三倍。浇注结束后冷却至200～320℃开箱脱模，即得高钒高速钢辊坯；

D、机械加工和热处理：

将高钒高速钢辊坯进行机械加工，将高钒高速钢轧辊的工作面车到规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对高钒高速钢辊坯进行热处理，热处理具体过程为一次淬火+三次回火：淬火是以加热温度为20～30℃/h的升温速度升温至1000～1120℃，保温3～4h，出炉后以130～140℃/h的速度进行冷却至400～450℃；三次回火的前两次是以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后以20～30℃/h的降温速度冷却至室温；最后以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后空冷至室温，即得高钒高速钢轧辊。

实施例1

一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，包含以下工艺步骤：

A、造型，辊身模型采用内部喷有涂料的金属型，辊颈模型采用石英砂粘土造型，底箱连接溢流管；

B、熔炼原料：在中频炉内分别熔炼外层高钒高速钢原料、过渡层球墨铸铁铁水原料、芯部球墨铸铁铁水原料；

(1)所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分比为C2.0％、Cr4.0％、Ni0.7％、Mo4.3％、V8.0％、W2.0％、Nb2.5％、Re0.08％、P≤0.04％、S≤0.04％、Mn≤0.5％、Si1.5％，其余为Fe；外层高钒高速钢水的熔炼温度为1600～1650℃。

熔炼完毕后通过添加稀土对外层高钒高速钢水进行变质处理，稀土添加量为0.4％，变质处理温度是1550～1650℃；

(2)所述过渡层球墨铸铁铁水的化学成分及重量百分比为C3.0％、Cr0.4％、Ni0.9％、Re0.1％、P≤0.04％、S≤0.04％、Mn0.8％、Si1.7％，其余为Fe；过渡层球墨铸铁铁水的熔炼温度为1500～1550℃；

熔炼完毕后通过添加稀土镁硅铁合金和硅含量为75％的硅铁合金对过渡层铁水进行球化孕育处理；球化孕育处理温度为1500～1550℃；所述球化剂稀土镁硅铁合金的添加量为1.3％，所述孕育剂75％的硅铁合金添加量为0.8％。

(3)所述芯部球墨铸铁铁水的化学成分及重量百分比为C3.3％、Cr0.4％、Ni1.1％、Re0.1％、P≤0.04％、S≤0.04％、Mn0.8％、Si1.8％，其余为Fe；芯部球墨铸铁铁水的熔炼温度为1500～1550℃；

熔炼完毕后通过添加稀土镁硅铁合金和硅含量为75％的硅铁合金对过渡层铁水进行球化孕育处理；球化孕育处理温度为1500～1550℃；所述球化剂稀土镁硅铁合金的添加量为1.1％，所述孕育剂75％的硅铁合金添加量为0.6％。

C、浇注成型：

依次浇注外层高钒高速钢水、过渡层铁水和芯部铁水，具体浇注过程为：

(1)根据用户轧辊使用的工作层厚度计算出高钒高速钢浇注量，采用离心浇注法，将熔炼好的外层高钒高速钢水注入旋转的辊身模型中，浇注温度为1440～1470℃，离心浇注的离心重力倍数为90G；浇注完辊身外层高钒高速钢水后，向辊身模型的型腔内持续通入氩气，氩气纯度99.99％；当高钒高速钢外层冷却至1240℃时离心机停止转动，同时停止惰性气体吹入；

(2)待高钒高速钢水凝固后，将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱；离心机停止转动至浇注过渡层铁水的时间为6分钟，也就是合箱的时间为6分钟；然后通过铸型箱上部的浇口浇注过渡层铁水，浇注温度为1460～1530℃；直至过渡层铁水填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注；

(3)向浇注过渡层铁水的浇口继续向铸型箱内浇注芯部铁水，芯部铁水的最优浇注量为过渡层铁水浇注量的三倍。浇注温度为1300～1390℃；随着芯部铁水的注入，铸型箱内原有的过渡层铁水从溢流管逐渐流出，直至过渡层铁水全部被置换为芯部铁水后停止浇注，浇注结束后将铸型箱常温冷却至200～320℃开箱脱模，即得高钒高速钢辊坯；

D、机械加工和热处理：

通机械加工将高钒高速钢轧辊的工作面车到规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对高钒高速钢辊坯进行热处理，热处理具体过程为一次淬火+三次回火：淬火是以加热温度为26℃/h的升温速度升温至1060～1120℃，保温3.5h，出炉后以130℃/h的速度进行冷却至420℃；

三次回火的前两次是以25℃/h的升温速度升温升至530℃，保温30h，出炉后以22℃/h的降温速度冷却至室温；最后以26℃/h的升温速度升温升至500℃，保温20h，出炉后空冷至室温，即得高钒高速钢轧辊。

实施例2

制备过程与实施例1基本相同，其区别在于：所属步骤C中，外层高钒高速钢水的浇注温度为1420～1450℃。

实施例3

制备过程与实施例1基本相同，其区别在于：所属步骤C中，过渡层铁水的浇注温度为1500～1550℃。

实施例4

制备过程与实施例1基本相同，其区别在于：所属步骤D的热处理步骤中，淬火是以加热温度为25℃/h的升温速度升温至1000～1060℃，保温3h，出炉后以140℃/h的速度进行冷却至400℃；三次回火的前两次是以28℃/h的升温速度升温升至500℃，保温20h，出炉后以30℃/h的降温速度冷却至室温；最后以21℃/h的升温速度升温升至530℃，保温30h，出炉后空冷至室温，即得高钒高速钢轧辊。

实施例5

制备过程与实施例1基本相同，其区别在于：所属步骤C中，芯部铁水的浇注温度为1280～1370℃。

实施例6

制备过程与实施例1基本相同，其区别在于：所属步骤C中，离心浇注外层高钒高速钢时，当辊身模型腔温度降为1280℃时，停止离心浇注。

实施例7

本实施例外为对比实施例，不通入氩气制备高钒高速钢轧辊。

本实施例中所用原料外层高钒高速钢、过渡层球墨铸铁、芯部球墨铸铁的化学组分含量及熔炼方法，以及机械加工和热处理均同实施例1。区别为在离心浇注方法浇注完辊身外层后，直接采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水，辊身外层型腔内不通入氩气。

取实施例1～实施例6产品进行试样拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准GB/T1503-2008，检测结果见表1。

表1实施例产品拉伸力学性能检测结果

通过表1数据可以看出，采用本方法制备的高钒高速钢轧辊，其结合层的，显著高于实施例7的不通氩气的高钒高速钢轧辊40％的结合律；结合层的轴向抗拉强度、结合层径向抗拉强度和辊颈抗拉强度均显著高于实施例7的不通氩气的高钒高速钢轧辊，高钒高速钢轧辊辊身结合层的抗剥落性能大大提高，并能够有效杜绝轧辊在使用中出现的断辊现象，轧辊的寿命大大延长。

Claims (9)

1.一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，然后采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水，其特征在于：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，然后进行合箱浇注辊身芯部铁水。

2.根据权利要求1所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水是将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱，铸型箱底部连接溢流管；先从铸型箱的上部浇口向铸型箱内浇注过渡层铁水，直至填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注，然后从铸型箱的上部浇口向铸型箱内继续浇注芯部铁水，直至芯部铁水将过渡层铁水全部顶出后停止浇注。

3.根据权利要求2所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：芯部铁水的浇注量为过渡层铁水浇注量的三倍。

4.根据权利要求1～3任一项所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：具体包含以下工艺步骤：

A、造型，辊身模型采用内部喷有涂料的金属型，辊颈模型采用石英砂粘土造型，底箱连接溢流管；

B、熔炼原料：在中频炉内分别熔炼外层高钒高速钢原料、过渡层铁水原料、芯部铁水原料；

C、浇注成型：

(1)采用离心浇注法，将熔炼好的外层高钒高速钢水注入旋转的辊身模型中，然后向辊身模型的型腔内持续通入惰性气体；

(2)当高钒高速钢外层冷却至1220～1280℃时离心机停止转动，同时停止惰性气体吹入，将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱；离心机停止转动至浇注过渡层铁水的时间控制在7分钟以内，然后通过铸型箱上部的浇口浇注过渡层铁水，直至过渡层铁水填满铸型箱、从溢流管流出；

(3)通过铸型箱上部的浇口继续浇注芯部铁水，随着芯部铁水的注入，铸型箱内原有的过渡层铁水从溢流管逐渐流出，直至过渡层铁水全部被置换为芯部铁水后停止浇注，然后冷却至常温开箱脱模，即得高钒高速钢辊坯；

D、机械加工和热处理：

将高钒高速钢辊坯进行机械加工，将高钒高速钢轧辊的工作面车到规定尺寸，经超声波探伤检验合格之后，对高钒高速钢辊坯进行热处理，然后冷却至室温，即得高钒高速钢轧辊。

5.根据权利要求4所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：所述步骤C中，离心浇注的离心重力倍数为60～100G。

6.根据权利要求4所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分比为1.2～2.2C、3.0～4.5Cr、0.2～1.2Ni、1.5～5.0Mo、6.0～9.0V、1.0～2.5W、1.0～3.0Nb、0.05～0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn≤0.5、0.6～2.0Si，其余为Fe；外层高钒高速钢水的熔炼温度为1500～1650℃；熔炼完毕后对外层高钒高速钢水进行变质处理；浇注温度为1420～1480℃，当高钒高速钢外层温度降至1220～1280℃时，离心机停止转动；

所述过渡层铁水的化学成分及重量百分比为2.7～3.3C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；过渡层铁水的熔炼温度为1550～1650℃；熔炼完毕后对过渡层铁水进行球化孕育处理；浇注温度为1400～1550℃；

所述芯部铁水的化学成分及重量百分比为2.9～3.6C、0.1～0.6Cr、0.2～1.2Ni、0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、Mn0.3～1.0、1.3～2.0Si，其余为Fe；芯部铁水的熔炼温度为1500～1650℃；熔炼完毕后对芯部铁水进行球化孕育处理；浇注温度为1280～1400℃。

7.根据权利要求6所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：外层高钒高速钢水的熔炼温度为1600～1650℃，过渡层铁水和芯部铁水的熔炼温度均为1500～1550℃。

8.根据权利要求6所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：所述步骤D的热处理过程为一次淬火+三次回火：淬火是以加热温度为20～30℃/h的升温速度升温至1000～1120℃，保温3～4h，出炉后以130～140℃/h的速度进行冷却至400～450℃；

三次回火的前两次是以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后以20～30℃/h的降温速度冷却至室温；最后以20～30℃/h的升温速度升温升至500～550℃，保温10～32h，出炉后空冷至室温。

9.根据权利要求8所述的高钒高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于：所述对外层高钒高速钢水进行变质处理是通过添加稀土对外层高钒高速钢水进行变质处理，稀土添加量为0.2～0.6％，变质处理温度是1550～1650℃；所述球化孕育处理是通过添加球化剂和孕育剂对过渡层铁水和芯部铁水进行球化孕育处理，球化孕育处理温度为1500～1600℃；所述球化剂为稀土镁硅铁合金，添加量为1.0～1.6％，所述孕育剂为硅含量为75％的硅铁合金，添加量为0.4～1.0％。