CN105458227A - 离心铸造高硼高速钢复合轧辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

离心铸造高硼高速钢复合轧辊及其制备方法，属于复合铸造技术领域。复合轧辊的辊身外层采用高硼高速钢，辊芯内层采用球墨铸铁，中间过渡层采用高强度低硅铸铁。外层化学成分及质量分数：0.65～0.95％C,1.5～1.8％B,3.0～3.5％Mo,1.2～1.5％W,1.0～1.2％V,6.0～6.5％Cr,1.5～1.8％Al,0.04～0.08％Y,0.04～0.08％Mg,0.12～0.25％Nb,0.08～0.15％N,0.05～0.12％Na,0.5～1.5％Si,Mn<0.8％,S<0.04％,P<0.04％,余量Fe。复合轧辊经淬火和回火处理后，具有良好的力学性能和优异的耐磨性。

Description

离心铸造高硼高速钢复合轧辊及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种离心铸造复合轧辊及其制备方法，特别涉及一种离心铸造高硼高速钢复合轧辊及其制备方法，属于复合铸造技术领域。

背景技术

轧钢技术的进步，包括对更高的轧制效率、更高的轧材质量和更低的轧制成本的不懈追求，使轧辊制造技术也在发生飞跃性发展。轧辊发展的主要趋势是用耐磨性能优异的高速钢取代普通高铬铸铁轧辊和高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，用复合轧辊取代整体轧辊。

为了提高轧辊的耐磨性能，中国发明专利CN103008617A公开了一种高速钢复合热轧轧辊的制备方法，其特征在于，所述方法采用电渣空心抽锭方法先制作再生高速钢复合轧辊辊环，利用中频炉或电弧炉将成本低的球墨铸铁或普碳钢熔化，以浇铸方式制造轧辊辊芯，同时将轧辊外环与轧辊辊芯浇铸熔合在一起，从而制备工作辊环为高速钢，芯材为球墨铸铁或普碳钢的复合的热轧轧辊。该发明方法所制备的高速钢复合轧辊特点是外层厚度均匀；组织细小致密；芯部材料的采用球墨铸铁或普碳钢。在轧辊辊环制作中利用稀土处理与电渣精炼的双重作用全面提高轧辊工作面质量，使用寿命长；辊身及辊芯采用的是球墨铸铁或普碳钢综合成本低。中国发明专利CN101403032还公开了一种轧钢行业中板带轧机应用的高速钢复合轧辊的热处理工艺。热处理工艺分为退火、淬火和回火三个阶段，适用于高速钢复合轧辊。其中，退火加热速度为10～60℃/h，退火加热温度为600～750℃，保温时间8～20h，退火冷却采用炉冷。该发明具有退火硬度低，利于切削加工，淬火回火后高速钢轧辊硬度高、硬度均匀性好、径向硬度降小等优良的特点。中国发明专利CN102319897A还公开了一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法，具体包括以下步骤：步骤1：高钒高速钢化学百分数如下：1.7～1.8C,1.2～1.6Si,5.0～6.0Cr,1.2～1.4Mo,0.5～0.6V,8.0～10.0V,P≤0.03,S≤0.02,余量为铁；制备复合轧辊的方法：首先根据所设计的化学成分进行冶炼，将所需喷射的量称取高钒高速钢置于熔炼包内，开启泵抽至10～3Mpa，充入氩气至工作气压，感应加热至1300～1500℃熔化；步骤2：将球磨铸铁辊芯用感应线圈预热至1050～1150℃，置入沉积腔中；步骤3：将步骤1得到的熔炼包内熔液以20～25kg/min倾倒至中间包内，控制中间包液面高度，金属熔液经导液管流下，形成金属液流并在喷嘴扫描角度为4～6°，压力为1.5～2.5MPa的氮气作用下雾化并迅速降温，同时所述预热后的球磨铸铁辊根据设定速度进行绕轴旋转和沿轴向的往复直线运动，沉积并凝固形成50～55mm的沉积层，得到高钒高速钢复合轧辊试样；步骤：4：为了防止合金和辊芯结合层产生裂纹，将所述高钒高速钢复合轧辊试样，在温度为650－680℃，保温2小时，在温度为300－320℃保温1小时，然后冷却至室温；步骤5：将经过步骤4处理后的所述试样在温度为1050℃～1150℃下淬火，风冷；在温度温为450℃～600℃下回火，保温3h，空冷，回火不超过3次，得到高钒高速钢复合轧辊。中国发明专利CN101240403还公开了一种轧钢行业中板带轧机应用的高速钢复合轧辊及其铸造方法。复合轧辊的外层材料为高速钢，中间层材料为球墨铸铁原铁水或石墨半钢，轧辊芯部材料为球墨铸铁。采用离心复合铸造工艺，轧辊分三次浇注成型，在离心机上，保持恒定的离心转速，将外层和中间层金属材料浇注成型，然后静止浇注轧辊芯部金属使之最终成型；该发明高速钢复合轧辊，与以往双层或其他三层复合高速钢轧辊相比，三层金属冶金结合良好，强度高；中间层材质的优化选择提高了结合层强度，中间层中影响结合性能的碳化物减少，并有效地避免了外层高速钢中的合金元素向芯部扩散，影响芯部材质性能，避免热处理过程以及轧制过程中工作层开裂和脱落。中国发明专利CN101274359还公开了一种电磁离心铸造高速钢复合轧辊工作层材质，其成分质量百分比为：1.8～2.5C,3.0～10.0W,2.0～4.0Mo,4.0～7.0Cr,0.5～2.0V,0.03～0.5RE,Si≤1.0,Mn≤1.0,余量为Fe和不可避免杂质；其中，在辊身工作层离心浇注和凝固过程中，施加磁感应强度为0.21T～0.30T的电磁场。该发明高碳高钨高速钢材质，采用电磁离心铸造工艺可以制造高碳高钨高速钢复合轧辊，以W代V，不仅消除了铸造组织的宏观偏析，有效地控制MC碳化物均匀分布，而且明显地改善了高速钢复合轧辊的使用性能。中国发明专利CN101037760还公开了一种高碳高钒高速钢复合轧辊，制得的该高碳高钒高速钢轧辊外层的化学成分及其重量百分比为：C：1.8％～3.0％，V：3.0％～6.0％，Cr：4.0％～6.0％，Mo：3.0％～6.0％，W：1.0％～3.0％，Nb：1.0％～5.0％，Co：1.0％～5.0％，Si＜1.0％，Mn＜1.5％，P＜0.04％，S＜0.04％，Y：0.05％～0.20％，Ti：08％～0.25％，Mg：0.03％～0.12％，Zr：0.04％～0.18％，Te：0.02％～0.12％，余量为Fe，化学成分的总和为100％。其制备利用电炉熔炼，采用离心铸造方法铸造成形，热处理包括淬火和回火处理。但是上述高速钢复合轧辊中含有数量较多的钒、钨、钼、铌、钴等昂贵和金元素，因此轧辊制造成本高，推广应用困难。

为了降低轧辊制造成本，中国发明专利CN103014516A公开了一种含硼低合金高速钢轧辊及其制造方法。所述轧辊包括辊身和辊芯两部分组成，辊身的化学成分按照重量百分比计算为：C：0.7～0.8，Cr：1.3～2.4，B：2.50～3.0，W：1.0～1.5，V：1.0～1.5，Si：≤1.0，Mn：≤0.4，Ti：0.09～0.12，Mg：0.16～0.19，RE：0.10～0.12，P：≤0.03，S≤0.03，余量为Fe和不可避免的微量杂质，辊芯为球墨铸铁。该发明的所述轧辊的制造方法为熔炼-脱氧合金化-稀土镁复合变质处理后采用离心浇注，再经热处理后加工成成品；该发明的主要优点是耐磨颗粒以硼化物颗粒为主，降低合金元素添加量，从而降低生产成本，并且硬度高、耐磨性和抗热疲劳性能好，材质均匀后期抗事故性强。中国发明专利CN102994692A还公开了一种高硼高速钢轧辊材料及其冶炼方法，其特征在于，经过下列步骤制得：1)按下列组分的质量比备料：73.0-76.0％的Q235废钢、1.5-1.8％的钨铁、3.0-3.3％的钼铁、1.0-1.2％的钒铁、6.0-6.5％的高碳铬铁、0.5-0.8％的金属铜、0.12-0.16％的金属铝、1.2-1.4％的硅钙合金、0.20-0.28％的稀土硅铁镁合金、0.3-0.5％的铌铁、8.2-8.6％的硼铁、0.55-0.80％的硅铁、0.35-0.50％的钒氮合金、1.20-1.36％的锆硅铁和0.15-0.20％的钛铁；2)先将质量分数73.0-76.0％的Q235废钢、1.5-1.8％的钨铁、3.0-3.3％的钼铁、6.0-6.5％的高碳铬铁、0.5-0.8％的金属铜和0.3-0.5％的铌铁，放入电炉内，升温至1580～1600℃，使混合料加热熔化后，依次加入1.2-1.4％的硅钙合金、1.0-1.2％的钒铁、0.12-0.16％的金属铝和3.5-4.0％的硼铁，将钢水温度升至1610～1630℃；3)在浇包内预先加入粒度为5～10mm，并经550～600℃预热2～4小时的，质量分数为0.20-0.28％的稀土硅铁镁合金、0.15-0.20％的钛铁、0.66-0.80％的锆硅铁和1.5-1.8％的硼铁，之后将步骤2)的温度为1610～1630℃的钢水，浇入浇包内，进行复合变质处理和合金化处理；(4)钢水在浇包内静置4～10分钟，当钢水温度降至1450～1475℃时，将钢水浇注至铸型中，并在钢水浇注过程中，随流加入质量分数为0.55-0.80％的硅铁、0.35-0.50％的钒氮合金、0.45-0.60％的锆硅铁和2.4-3.0％的硼铁，冷却后，得到高硼高速钢轧辊。中国发明专利CN102962423A还公开了离心复合高碳高硼高速钢复合辊套，由外层高速钢和内层石墨钢复合而成，其特征在于：外层高速钢化学成分为：C1.5～2.1，Si0.5～1.2，Mn0.6～0.8，P＜0.03，S＜0.03，Cr5.0～10，Ni0.5～1.0，Mo2.0～4.0，W0.5～2.0，Nd0.5～2.0，V4.0～6.0，Ti0.5～1.5，B0.5～2.0，N0.05～0.15，余量为Fe；内层石墨钢化学成分为：C1.3～2.0，Si1.1～2.0，Mn0.4～0.8，Cr0.4～1.5，Ni0.4～1.5，Mo0.2～0.6，余量为Fe；制造方法是：1)熔炼外层高速钢，炉前调整成分合格后将温度升至1600～1620℃，加入铝和硅钙脱氧，而后出炉；2)熔炼内层石墨钢，炉前成分调整合格后，将钢液温度升至1580～1600℃等待出钢，出钢过程中向钢液内加硅钙、硅铁和铝进行脱氧、变质和孕育处理，操作完成后等待浇注；3)当包内外层高速钢钢液温度降到1450～1500℃时进行外层离心浇注，当外层高速钢内壁温度降到1200～1250℃时进行复合辊套内层浇注，浇注温度为1450～1500℃，浇注厚度为20～50mm，待内层凝固后下机进行保温冷却；4)对复合辊套毛坯进行热处理和机加工后获得成品复合辊套。中国发明专利CN102615106A还公开了一种含硼离心复合高速钢轧辊，包括高速钢轧辊外层、高速钢轧辊中间层和高速钢轧辊芯部，其特征在于，所述的高速钢轧辊外层的化学成分重量百分比为：C：0.8－0.9％、Si：1.0－1.2％、Mn：0.9－1.2％、P：≤0.03％、S：≤0.03％、Ni：0.9－1.0％、Cr：5－6％、Mo：1.4－1.5％、B：1.9－2.2％、V：1.4－1.6％、W：2－3％、Nb：0.4－0.5％和稀土；所述的高速钢轧辊中间层的化学成分重量百分比为：C：1.7－1.8％、Si：1.4－1.6％、Mn：0.9－1.0％、P：≤0.03％、S：≤0.03％、Ni：0.8－1.2％、Cr：1.3－1.5％和Mo：0.3－0.5％；所述的高速钢轧辊芯部的化学成分重量百分比为：C：3.1－3.3％、Si：1.8－2.0％、Mn：0.6－0.7％、P：≤0.1％、S：≤0.03％、Ni：≤0.3％、Cr：0.2－0.3％、Mo：0.2－0.3％和Mg：0.05－0.08％。中国发明专利CN102366830A还公开了一种含硼轧辊的铸造方法，所述含硼轧辊的外层采用离心铸造方法成形，辊芯采用球墨铸铁，并以顶注方法浇注成形；所述外层的化学成分及重量百分比为C3.2－3.5％，Si0.2－0.4％，B1.2－1.6％，Cr6.3－7.0％，Mn1.6－1.8％，V1.5－1.8％，Mo2.2－2.8％，W1.2－1.6％，Nb0.1－0.3％，Ce0.25－0.35％，Ti0.3－0.5％，S＜0.03％，P＜0.04％，其余为Fe；所述方法包括以下步骤：①将普通废钢、铬铁、生铁、钨铁、钼铁、铌铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，出炉前加入钒铁；②炉前调整成分合格后，将温度升至1560－1580℃，加入占上述钢水质量0.15－0.20％的铝脱氧，而后依次加入钛铁和硼铁，当钢水温度达到1580－1600℃时出炉；③将铈基稀土破碎至粒度5－7mm的小块，经160－200℃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；④用离心铸造机浇注轧辊外层，外层钢水浇注温度为1470－1480℃，当轧辊外层完全凝固，且轧辊外层内表面温度达到1165－1175℃时，浇注辊芯球墨铸铁，辊芯球墨铸铁浇注温度为1340－1370℃；⑤轧辊浇注12－24小时后拆箱，然后置于缓冷坑，冷却至室温后切割浇冒口，清理残根、飞边、毛刺后粗加工；⑥将粗加工后的轧辊进行热处理，所述热处理包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度1000℃－1050℃，保温时间2－4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10－20分钟，随后空冷至辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火加热温度520℃－560℃，保温5－8小时后空冷，当辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第二次回火处理，回火加热温度500℃－540℃，保温8－12小时后炉冷，当炉温低于200℃后出炉，并精加工至规定尺寸。但是上述含硼钢轧辊存在高温性能差和高温耐磨性低等不足。

发明内容

本发明针对现有高速钢复合轧辊和含硼钢轧辊存在的上述问题，提出在含硼钢轧辊基础上，提高钨、钼、铝等含量，采用离心复合铸造方法，制造高硼高速钢复合轧辊。复合轧辊的辊身外层采用高硼高速钢，辊芯内层采用球墨铸铁，中间过渡层采用高强度低硅铸铁。

发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明离心铸造高硼高速钢复合轧辊辊身外层高硼高速钢的化学成分及质量分数为：0.65～0.95％C,1.5～1.8％B,3.0～3.5％Mo,1.2～1.5％W,1.0～1.2％V,6.0～6.5％Cr,1.5～1.8％Al,0.04～0.08％Y,0.04～0.08％Mg,0.12～0.25％Nb,0.08～0.15％N,0.05～0.12％Na,0.5～1.5％Si,Mn<0.8％,S<0.04％,P<0.04％,余量Fe。

本发明离心铸造高硼高速钢复合轧辊辊芯内层球墨铸铁的化学成分及质量分数为：3.1～3.4％C,1.8～2.2％Si,0.4～0.6％Mn,0.3～0.4％Ni,0.05～0.20％Cr,0.15～0.25％Mo,0.04～0.06％Mg,0.02～0.05％Ce,0.01～0.03％Sb,0.03～0.05％Ca,0.03～0.05％Ba,P<0.08％,S<0.03％,余量Fe。

本发明离心铸造高硼高速钢复合轧辊中间过渡层高强度低硅铸铁的化学成分及质量分数为：3.1～3.4％C,0.8～1.1％Si,0.3～0.5％Mn,0.1～0.2％Mo,0.10～0.15％V,0.02～0.05％N,P<0.08％,S<0.03％,0.03～0.06％Y,余量Fe。

本发明高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层分别用电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①采用三台电炉分别熔炼高硼高速钢复合轧辊的辊身外层的高硼高速钢、辊芯内层和中间过渡层，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层高硼高速钢化学成分及质量分数控制在：0.65～0.95％C,1.5～1.8％B,3.0～3.5％Mo,1.2～1.5％W,1.0～1.2％V,6.0～6.5％Cr,1.5～1.8％Al,0.04～0.08％Y,0.04～0.08％Mg,0.12～0.25％Nb,0.08～0.15％N,0.05～0.12％Na,0.5～1.5％Si,Mn<0.8％,S<0.04％,P<0.04％,余量Fe；高硼高速钢复合轧辊的辊芯内层球墨铸铁化学成分及质量分数控制在：3.1～3.4％C,1.8～2.2％Si,0.4～0.6％Mn,0.3～0.4％Ni,0.05～0.20％Cr,0.15～0.25％Mo,0.04～0.06％Mg,0.02～0.05％Ce,0.01～0.03％Sb,0.03～0.05％Ca,0.03～0.05％Ba,P<0.08％,S<0.03％,余量Fe；高硼高速钢复合轧辊的中间过渡层高强度低硅铸铁化学成分及质量分数控制在：3.1～3.4％C,0.8～1.1％Si,0.3～0.5％Mn,0.1～0.2％Mo,0.10～0.15％V,0.02～0.05％N,P<0.08％,S<0.03％,0.03～0.06％Y,余量Fe。

②先在卧式离心机(图1所示)上浇注高硼高速钢复合轧辊的辊身外层高硼高速钢，当铸型(1)准备好后，将金属铸型吊入离心机的轴承座(4)上的托轮(3)上，放置好安全罩，推动浇注小车(9)，调整浇注口的位置，使其满足要求，钢水浇注温度为1400～1415℃，铸型材质是HT200，壁厚120～200mm，铸型预热温度220～260℃，并在此温度下向铸型内表面喷刷涂料，涂料厚度1.5～2.5mm，浇注时铸型温度为140～180℃，优选：铸型转速n按下式确定：

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\&gamma;}\&CenterDot;r}}\&CenterDot;\mathrm{\&beta;}$ 式(1)

式中：n-铸型转数(r/min)，γ-高硼高速钢熔液密度(g/cm³)，r-辊身外层内半径(cm)，β-调整系数，高硼高速钢为1.4～1.6；

③辊身外层浇注完毕8～15分钟后，用非接触式测温仪测量高硼高速钢复合轧辊的辊身外层内表面温度，当温度为1280～1320℃时，继续在离心机上浇注中间过渡层高强度低硅铸铁铁水，中间过渡层厚度为15～25mm，铁水浇注温度为1300～1350℃；

④中间过渡层浇注完毕3～8分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊中间层内表面温度，当温度为1220～1270℃时，离心机停机，吊立铸型，将铸型(1)与冒口箱(10)、挡盖(11)、底座箱(15)、耐火砖(16)和底板(17)一起合箱组型；合箱结束后，立即浇注内层球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1320～1360℃；

⑤内层铁水浇注完毕24～48小时后，取出所得高硼高速钢复合轧辊进保温炉或缓冷坑；

⑥高硼高速钢复合轧辊经粗加工后进行淬火处理，淬火过程中先将高硼高速钢复合轧辊加热至1020～1050℃，保温4～8小时后，出炉风冷40～100分钟，辊面温度低于500℃时进行回火处理，高硼高速钢复合轧辊回火过程中，先将高硼高速钢复合轧辊加热至520～550℃，保温12～18小时后，炉冷至120℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。

本发明轧辊与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明轧辊以硼代替部分钒，以铝代替部分钨和钼，具有节约资源和生产成本低廉的优势；

2)本发明轧辊由辊身外层、中间过渡层和辊芯内层复合而成，确保轧辊复合良好，使复合轧辊辊芯强度提高，确保轧辊使用中不出现断辊事故；

3)本发明轧辊具有良好的淬透性和淬硬性，轧辊淬硬层深度大于80mm，辊面硬度达到86～88HSD；

4)本发明轧辊应用于热轧带钢轧机和棒材轧机上，使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高5～6倍。

附图说明

图1为卧式离心铸造高硼高速钢轧辊辊身外层示意图的主视图；

图2为图1卧式离心铸造高硼高速钢轧辊辊身外层示意图的俯视图；

图3为高硼高速钢轧辊合箱后的填芯示意图；

图4本发明高硼高硼高速钢复合轧辊成品示意图。

1-铸型，2-端盖，3-托轮，4-轴承座，5-小平台，6-大平台，7-电机，8-皮带轮，9-浇铸小车10-冒口箱，11-挡盖，12-外层，13-中间过渡层，14-内层，15-底座箱，16-耐火砖，17-底板。

具体实施方式

下面结合发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

本实施例的离心铸造高硼高速钢复合轧辊外径为Φ370mm，轧辊辊身厚度70mm，轧辊外层单边加工量8mm，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层分别用500kg、1000kg和250kg中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①采用三台电炉分别熔炼高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层化学成分及质量分数控制在：0.66％C,1.78％B,3.02％Mo,1.47％W,1.06％V,6.44％Cr,1.53％Al,0.07％Y,0.041％Mg,0.14％Nb,0.13％N,0.11％Na,0.92％Si,0.66％Mn,0.026％S,0.030％P,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的辊芯内层化学成分及质量分数控制在：3.27％C,1.99％Si,0.52％Mn,0.36％Ni,0.13％Cr,0.19％Mo,0.051％Mg,0.040％Ce,0.022％Sb,0.039％Ca,0.042％Ba,0.058％P,0.008％S,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的中间过渡层化学成分及质量分数控制在：3.12％C,1.07％Si,0.33％Mn,0.15％Mo,0.10％V,0.05％N,0.073％P,0.028％S,0.04％Y,余量Fe。

②先在图1所示的卧式离心机上浇注辊身外层高硼高速钢，当铸型1准备好后，将金属铸型吊入离心机的轴承座4上的托轮3上，放置好安全罩，推动浇注小车9，调整浇注口的位置，使其满足要求，钢水浇注温度为1403℃，铸型材质是HT200，壁厚120mm，预热温度260℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度为175℃，涂料厚度1.6mm，铸型转速n为875rpm。

③辊身外层浇注完毕9分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身外层内表面温度，当温度为1318℃时，继续在离心机上浇注中间过渡层高强度低硅铸铁铁水，中间过渡层厚度为15mm，铁水浇注温度为1304℃。

④中间过渡层浇注完毕4分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊中间层内表面温度，当温度为1247℃时，离心机停机，吊立铸型，将铸型1与冒口箱10、挡盖11、底座箱15、耐火砖16和底板17一起合箱组型。合箱结束后，立即浇注辊芯内层球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1346℃。

⑤辊芯内层铁水浇注完毕24小时后，取出高硼高速钢复合轧辊进缓冷坑。

⑥高硼高速钢复合轧辊经粗加工后进行淬火处理，淬火过程中先将轧辊加热至1020℃，保温5小时后，出炉风冷40分钟，辊面温度低于500℃时进行回火处理，高硼高速钢复合轧辊回火过程中，先将轧辊加热至550℃，保温12小时后，炉冷至120℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表1。

实施例2：

本发明离心铸造高硼高速钢复合轧辊外径为Φ350mm，轧辊辊身厚度65mm，轧辊外层单边加工量8mm，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层分别用500kg、1000kg和250kg中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①采用三台电炉分别熔炼高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层化学成分及质量分数控制在：0.95％C,1.53％B,3.50％Mo,1.25％W,1.19％V,6.04％Cr,1.77％Al,0.04％Y,0.07％Mg,0.25％Nb,0.09％N,0.05％Na,0.52％Si,0.59％Mn,0.027％S,0.035％P,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的辊芯内层化学成分及质量分数控制在：3.12％C,2.19％Si,0.58％Mn,0.31％Ni,0.17％Cr,0.18％Mo,0.056％Mg,0.025％Ce,0.027％Sb,0.046％Ca,0.031％Ba,0.060％P,0.012％S,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的中间过渡层化学成分及质量分数控制在：3.39％C,0.80％Si,0.49％Mn,0.19％Mo,0.15％V,0.02％N,0.070％P,0.026％S,0.06％Y,余量Fe。

②先在图1所示的卧式离心机上浇注辊身外层高硼高速钢，当铸型1准备好后，将金属铸型吊入离心机的轴承座4上的托轮3上，放置好安全罩，推动浇注小车9，调整浇注口的位置，使其满足要求，钢水浇注温度为1414℃，铸型材质是HT200，壁厚200mm，预热温度220℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度为143℃，涂料厚度1.5mm，铸型转速n为895rpm。

③辊身外层浇注完毕14分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身外层内表面温度，当温度为1283℃时，继续在离心机上浇注中间过渡层高强度低硅铸铁铁水，中间过渡层厚度为18mm，铁水浇注温度为1337℃。

④中间过渡层浇注完毕5分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊中间层内表面温度，当温度为1255℃时，离心机停机，吊立铸型，将铸型1与冒口箱10、挡盖11、底座箱15、耐火砖16和底板17一起合箱组型。合箱结束后，立即浇注辊芯内层球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1336℃。

⑤辊芯内层铁水浇注完毕28小时后，取出高硼高速钢复合轧辊进保温炉。

⑥高硼高速钢复合轧辊经粗加工后进行淬火处理，淬火过程中先将轧辊加热至1050℃，保温4小时后，出炉风冷50分钟，辊面温度低于500℃时进行回火处理，高硼高速钢复合轧辊回火过程中，先将轧辊加热至520℃，保温16小时后，炉冷至120℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表1。

实施例3：

本实施例的离心铸造高硼高速钢复合轧辊外径为Φ650mm，轧辊辊身厚度70mm，轧辊外层单边加工量8mm，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层分别用1500kg、5000kg和1000kg中频感应电炉熔炼，，其制造工艺步骤是：

①采用三台电炉分别熔炼高硼高速钢复合轧辊的辊身外层、辊芯内层和中间过渡层，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层化学成分及质量分数控制在：0.78％C,1.67％B,3.30％Mo,1.29％W,1.13％V,6.28％Cr,1.71％Al,0.06％Y,0.07％Mg,0.18％Nb,0.09％N,0.08％Na,1.26％Si,0.49％Mn,0.031％S,0.037％P,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的辊芯内层化学成分及质量分数控制在：3.38％C,1.80％Si,0.42％Mn,0.39％Ni,0.06％Cr,0.25％Mo,0.043％Mg,0.049％Ce,0.014％Sb,0.033％Ca,0.048％Ba,0.065％P,0.009％S,余量Fe。高硼高速钢复合轧辊的中间过渡层化学成分及质量分数控制在：3.24％C,0.98％Si,0.39％Mn,0.12％Mo,0.13％V,0.04％N,0.068％P,0.028％S,0.03％Y,余量Fe。

②先在图1所示的卧式离心机上浇注辊身外层高硼高速钢，当铸型1准备好后，将金属铸型吊入离心机的轴承座4上的托轮3上，放置好安全罩，推动浇注小车9，调整浇注口的位置，使其满足要求，钢水浇注温度为1409℃，铸型材质是HT200，壁厚160mm，预热温度240℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度为166℃，涂料厚度2.5mm，铸型转速n为590rpm。

③辊身外层浇注完毕15分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊辊身外层内表面温度，当温度为1294℃时，继续在离心机上浇注中间过渡层高强度低硅铸铁铁水，中间过渡层厚度为25mm，铁水浇注温度为1341℃。

④中间过渡层浇注完毕7分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊中间层内表面温度，当温度为1264℃时，离心机停机，吊立铸型，将铸型1与冒口箱10、挡盖11、底座箱15、耐火砖16和底板17一起合箱组型。合箱结束后，立即浇注辊芯内层球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1348℃。

⑤辊芯内层铁水浇注完毕48小时后，取出高硼高速钢复合轧辊进缓冷坑。

⑥高硼高速钢复合轧辊经粗加工后进行淬火处理，淬火过程中先将轧辊加热至1030℃，保温8小时后，出炉风冷60分钟，辊面温度低于500℃时进行回火处理，高硼高速钢复合轧辊回火过程中，先将轧辊加热至530℃，保温18小时后，炉冷至120℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表1。

表1高硼高速钢复合轧辊力学性能

本发明轧辊硬度高，硬度均匀性好，具有优异的耐磨性。本发明轧辊辊颈强度高，韧性好，轧辊使用过程中无断辊现象出现。本发明轧辊应用于热轧带钢轧机和棒材轧机上，使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高5～6倍。本发明轧辊使用过程中亦无剥落、裂纹、粘钢现象产生，明显改善了轧材表面质量，减轻了工人劳动强度，提高了轧钢设备生产作业率，具有很好的经济效益。

Claims (4)

1.离心铸造高硼高速钢复合轧辊，其特征在于，复合轧辊的辊身外层采用高硼高速钢，辊芯内层采用球墨铸铁，中间过渡层采用高强度低硅铸铁；

外层高硼高速钢的化学成分及质量分数为：0.65～0.95％C,1.5～1.8％B,3.0～3.5％Mo,1.2～1.5％W,1.0～1.2％V,6.0～6.5％Cr,1.5～1.8％Al,0.04～0.08％Y,0.04～0.08％Mg,0.12～0.25％Nb,0.08～0.15％N,0.05～0.12％Na,0.5～1.5％Si,Mn<0.8％,S<0.04％,P<0.04％,余量Fe；

内层球墨铸铁的化学成分及质量分数为：3.1～3.4％C,1.8～2.2％Si,0.4～0.6％Mn,0.3～0.4％Ni,0.05～0.20％Cr,0.15～0.25％Mo,0.04～0.06％Mg,0.02～0.05％Ce,0.01～0.03％Sb,0.03～0.05％Ca,0.03～0.05％Ba,P<0.08％,S<0.03％,余量Fe；

中间过渡层高强度低硅铸铁的化学成分及质量分数为：3.1～3.4％C,0.8～1.1％Si,0.3～0.5％Mn,0.1～0.2％Mo,0.10～0.15％V,0.02～0.05％N,P<0.08％,S<0.03％,0.03～0.06％Y,余量Fe。

2.按照权利要求1所述的离心铸造高硼高速钢复合轧辊，其特征在于，中间过渡层厚度为15～25mm。

3.离心铸造高硼高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①采用三台电炉分别熔炼高硼高速钢复合轧辊的辊身外层的高硼高速钢、辊芯内层和中间过渡层，高硼高速钢复合轧辊的辊身外层高硼高速钢化学成分及质量分数控制在：0.65～0.95％C,1.5～1.8％B,3.0～3.5％Mo,1.2～1.5％W,1.0～1.2％V,6.0～6.5％Cr,1.5～1.8％Al,0.04～0.08％Y,0.04～0.08％Mg,0.12～0.25％Nb,0.08～0.15％N,0.05～0.12％Na,0.5～1.5％Si,Mn<0.8％,S<0.04％,P<0.04％,余量Fe；高硼高速钢复合轧辊的辊芯内层球墨铸铁化学成分及质量分数控制在：3.1～3.4％C,1.8～2.2％Si,0.4～0.6％Mn,0.3～0.4％Ni,0.05～0.20％Cr,0.15～0.25％Mo,0.04～0.06％Mg,0.02～0.05％Ce,0.01～0.03％Sb,0.03～0.05％Ca,0.03～0.05％Ba,P<0.08％,S<0.03％,余量Fe；高硼高速钢复合轧辊的中间过渡层高强度低硅铸铁化学成分及质量分数控制在：3.1～3.4％C,0.8～1.1％Si,0.3～0.5％Mn,0.1～0.2％Mo,0.10～0.15％V,0.02～0.05％N,P<0.08％,S<0.03％,0.03～0.06％Y,余量Fe；

②先在卧式离心机上浇注高硼高速钢复合轧辊的辊身外层高硼高速钢，当铸型(1)准备好后，将金属铸型吊入离心机的轴承座(4)上的托轮(3)上，放置好安全罩，推动浇注小车(9)，调整浇注口的位置，使其满足要求，钢水浇注温度为1400～1415℃，铸型材质是HT200，壁厚120～200mm，铸型预热温度220～260℃，并在此温度下向铸型内表面喷刷涂料，涂料厚度1.5～2.5mm，浇注时铸型温度为140～180℃；

③辊身外层浇注完毕8～15分钟后，用非接触式测温仪测量高硼高速钢复合轧辊的辊身外层内表面温度，当温度为1280～1320℃时，继续在离心机上浇注中间过渡层高强度低硅铸铁铁水，铁水浇注温度为1300～1350℃；

④中间过渡层浇注完毕3～8分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊中间层内表面温度，当温度为1220～1270℃时，离心机停机，吊立铸型，将铸型(1)与冒口箱(10)、挡盖(11)、底座箱(15)、耐火砖(16)和底板(17)一起合箱组型；合箱结束后，立即浇注内层球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1320～1360℃；

⑤内层铁水浇注完毕24～48小时后，取出所得高硼高速钢复合轧辊进保温炉或缓冷坑；

⑥高硼高速钢复合轧辊经粗加工后进行淬火处理，淬火过程中先将高硼高速钢复合轧辊加热至1020～1050℃，保温4～8小时后，出炉风冷40～100分钟，辊面温度低于500℃时进行回火处理，高硼高速钢复合轧辊回火过程中，先将高硼高速钢复合轧辊加热至520～550℃，保温12～18小时后，炉冷至120℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤②卧式离心机上铸型转速n按下式确定：

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\&gamma;}\&CenterDot;r}}\&CenterDot;\mathrm{\&beta;}$ 式(1)

式中：n-铸型转数(r/min)，γ-高硼高速钢熔液密度(g/cm³)，r-辊身外层内半径(cm)，β-调整系数，高硼高速钢为1.4～1.6。