CN105750529B - 一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。由辊芯(球铁)、复合轧辊外层(高钨高速钢)和复合轧辊过渡层(球铁)3部分组成，首先将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.2～2.5％C,6.5～6.8％W,8.6～9.0％Cr,4.2～4.5％V,2.5～2.8％Mo,<0.45％Mn,<0.76％Si,<0.04％P,<0.04％S,并在离心机上浇注轧辊外层，然后浇入过渡层，最后填芯，得到复合轧辊，经淬火和回火处理后，具有优异的使用效果。

Description

一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种高速钢复合轧辊及其制备方法，特别涉及一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。
背景技术
随着先进轧机和高效轧制技术的问世，推动了轧钢工业迅速发展，同时也促进轧辊制造业迈向新的技术领域，如何提高轧辊的使用寿命以适应轧机的需要是轧辊研制者面临的新课题。近年来，在轧辊研制者努力下，将高速钢材料应用于轧辊制造上，取得了突破性发展。由于高速钢具有很高的耐磨性和淬透性，尤其是在高温时的红硬性，使高速钢很适合于用作制造轧辊的材料。高速钢轧辊最初被用在热带钢连轧机精轧前段，后来精轧后段和粗轧机架也开始采用，现在，高速钢轧辊也向线、棒材轧机上发展。以往使用的轧辊工作层组织多为基体上分布着M3C型共晶碳化物，组织粗大，硬度较低，而高速钢轧辊的工作层一般采用高碳高钒类型高速钢，工作层基体上分布着高硬度的MC、M6C型碳化物，而且随着钒含量的增加，高速钢铸态组织中的鱼骨状M6C型碳化物减少，而MC型碳化物增加，淬火后的基体组织为回火马氏体和贝氏体。但是高碳高钒高速钢轧辊中，因钒含量过高，沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外MC数量过多，硬度过高，导致轧辊磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。高速钢轧辊中钒含量超过8％以后，共晶组织中出现低硬度的M3C型碳化物，降低高速钢轧辊的耐磨性。因此高速钢轧辊中不宜加入过多的钒元素。
为了提高高速钢轧辊的性能，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CN 104741585还公开了一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，仅用两台电炉分别冶炼钢水和铁水，分三次浇注，即先在离心机上浇注外层高硼高速钢，然后加入第一保护剂，继续在离心机上浇注过渡层球墨铸铁铁水，再加入第二保护剂，在静态下浇注辊芯球墨铸铁铁水，实现高硼高速钢复合轧辊的冶金结合。该发明生产的高硼高速钢轧辊，工艺简便，既使外层高硼高速钢与过渡层球墨铸铁之间，实现了良好的冶金结合，同时也使过渡层球墨铸铁与辊芯球墨铸铁之间实现了良好的冶金结合，使过渡层的抗拉强度达到680Mpa以上，轧辊使用安全、可靠，推广应用效益良好。中国发明专利CN 104353798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CN 103014516还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CN 103305775还公开了一种高碳高速钢轧辊，包括按质量百分比组成的下列成分：C：1.8-2.8％，W：3-5％，Cr：5-8％，Mo：3.5-4％，V：4-6％，Nb：0.8-1.5％，Co：1-3％，Ni：0.5-1.5％，Al：0.3-0.6％，Si：≤1.0％，其余为Fe和不可避免的微量元素。通过上述方式，该发明的高碳高速钢轧辊能够提高耐磨损和抗热疲劳性能，应用于棒材轧机精轧机架上，可以显著提高轧钢机作业率，降低轧材生产成本，减轻工人劳动强度，提高使用寿命。中国发明专利CN101705430一种高速钢轧辊及其在电磁场下离心复合制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。高速钢轧辊的工作层材质成分为(重量％)：C：1.5％～2.5％，V：4.0～6.0％，W：4.0％～6.0％，Mo：1.5％～4.5％，Cr：2.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.18％，B：0.001～0.003％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，余量为Fe及杂质元素，杂质中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。采用脉冲电磁场下离心复合方法浇铸轧辊，脉冲磁场的频率为0.1～10Hz，铸型中心磁场的峰值强度为1～10T。该轧辊具有多种析出强化相，施加的脉冲磁场使强化相及基体晶粒有效细化，并使强化相弥散分布，克服了合金元素的偏析，能大幅度提高轧辊的性能。中国发明专利CN102274856一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，轧辊包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C:1.8～2.6％、Cr:3～10％、Nb:0.2～1.0％、Mo:4～10％、V:5～10％、W4～10％、Co:2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其工作步骤如下：1)中频炉熔炼；2)进行变质处理；3)离心铸造；4)芯部浇铸；5)采用台车式差温炉进行热处理。与现有技术相比，该发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400Mpa以上，防止高速钢外层的剥落。中国发明专利CN 101403032一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。本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CN 1999804公开了一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。该发明中高碳高钨高速钢轧辊含有：碳2.0％～3.0％，钨6.0％～18.0％，钒2.0％～4.0％，钼1.0％～3.0％，铬3.0％～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％；制成的该高碳高钨高速钢轧辊含有钒、钨系的MC型复合碳化物。该发明中高碳高钨高速钢轧辊的制备方法是，将高碳高钨高速钢加热到1580℃～1620℃后脱氧；在1400℃～1500℃浇铸，同时对离心铸型施加0.05T～0.25T的稳恒磁场，并以600－1800转/分钟转速旋转至成型。中国发明专利CN101037760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。高速钢轧辊的硬度和强度高、韧性和耐磨性好，且具有良好的抗热疲劳能力，使用中无断辊和剥落现象出现。应用该发明制备的轧辊，可降低轧辊消耗，提高轧钢机作业率，延长换辊周期，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。
但是，目前生产的离心铸造高速钢复合轧辊普遍存在合金元素偏析严重，轧辊使用不稳定以及轧辊高温耐磨性不理想等问题，尽管在离心铸造的凝固过程中加入电磁场有减轻元素偏析的效果，但电磁场的加入，使轧辊凝固组织出现疏松，反而降低轧辊耐磨性。
发明内容
本发明适当提高轧辊中的钨含量来更有效提高轧辊红硬性，本发明在将高速钢轧辊中钨含量提高至6％基础上，适当提高铬含量至8％以上。
一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊的制备方法，由球铁辊芯、高钨高速钢外层和球铁过渡层构成，具体制备工艺步骤包括如下：
①将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.2～2.5％C,6.5～6.8％W,8.6～9.0％Cr,4.2～4.5％V,2.5～2.8％Mo,<0.45％Mn,<0.76％Si,<0.04％P,<0.04％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，当钢水温度升温至1603～1628℃时，加入占炉内钢水质量分数0.42～0.52％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为15～19％Si,20～24％Mn,11.5～13.0％Ca,8.5～10.0％Ba,25.5～27.0％Al,≤0.40％C,≤0.04％P,≤0.02％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，硅锰钙钡铝合金入炉3～4分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1440～1480℃时，将钢水浇入转速为650～950转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.25～0.33％C,0.26～0.38％Si,0.43～0.65％Mn,0.18～0.25％Ni,0.41～0.57％Cr,0.17～0.23％Nb,0.08～0.15％V,0.03～0.06％Ce,0.08～0.15％W,0.08～0.15％Ta,0.30～0.45％Mo,S<0.015％,P<0.020％,余量Fe，铸型壁厚100～150mm，铸型预热温度为220～280℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.2～1.8mm，浇注时铸型温度为130～180℃；
②步骤①钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，钢水浇注完毕3～5分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢外层内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层球铁铁水，过渡层球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.5～3.9％C,2.1～2.4％Si,0.3～0.6％Mn,0.40～0.48％Ni,0.05～0.10％V,0.20～0.35％Cu,0.04～0.07％Mg,0.025～0.042％Ce,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe，过渡层球铁铁水浇注温度为1370～1392℃，过渡层浇注厚度为15～20mm，过渡层球铁铁水在离心机上旋转2～3分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯球铁铁水，优选辊芯球铁铁水的化学组成及其质量分数和过渡层球铁铁水一致，辊芯球铁铁水浇注温度为1330～1365℃，辊芯球铁铁水浇注完毕12～18小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
③粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1050～1080℃，保温2～3小时后出炉风冷至温度低于280℃，继续入炉加热至520～540℃，保温8～16小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至500～520℃，保温16～24小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊。
本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊外层高钨高速钢采用钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂做原料，在电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.2～2.5％C,6.5～6.8％W,8.6～9.0％Cr,4.2～4.5％V,2.5～2.8％Mo,<0.45％Mn,<0.76％Si,<0.04％P,<0.04％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素。其中加入6.5～6.8％的W，主要是为了提高复合轧辊工作层高温硬度和高温耐磨性，而加入8.6～9.0％的Cr，主要是为了提高复合轧辊工作层的抗氧化性和淬透性。另外，对外层钢水的中的硅、锰含量进行严格限制，防止轧辊使用中出现疲劳裂纹。当钢水温度升温至1603～1628℃时，加入占炉内钢水质量分数0.42～0.52％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为15～19％Si,20～24％Mn,11.5～13.0％Ca,8.5～10.0％Ba,25.5～27.0％Al,≤0.40％C,≤0.04％P,≤0.02％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素。加入硅锰钙钡铝合金除了脱氧、脱硫外，还有改善夹杂物形态和分布的作用，有利于提高复合轧辊工作层的强韧性和抗疲劳性能。
硅锰钙钡铝合金入炉3～4分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1440～1480℃时，将钢水浇入转速为650～950转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.25～0.33％C,0.26～0.38％Si,0.43～0.65％Mn,0.18～0.25％Ni,0.41～0.57％Cr,0.17～0.23％Nb,0.08～0.15％V,0.03～0.06％Ce,0.08～0.15％W,0.08～0.15％Ta,0.30～0.45％Mo,S<0.015％,P<0.020％,余量Fe，铸型壁厚100～150mm，铸型预热温度为220～280℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.2～1.8mm，浇注时铸型温度为130～180℃。选用锻造低合金钢铸型的主要目的是为了提高铸型强度，防止铸型在随后的水冷过程中出现开裂事故。
钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，加速高钨高速钢钢水的凝固，防止高钨高速钢在离心铸造过程中发生元素和组织偏析，且水冷铸型可以实现复合轧辊工作层凝固组织的细化，有利于提高其强韧性和疲劳性能。钢水浇注完毕3～5分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢外层内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层球铁铁水，过渡层球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.5～3.9％C,2.1～2.4％Si,0.3～0.6％Mn,0.40～0.48％Ni,0.05～0.10％V,0.20～0.35％Cu,0.04～0.07％Mg,0.025～0.042％Ce,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe，过渡层球铁铁水浇注温度为1370～1392℃，过渡层浇注厚度为15～20mm。过渡层的浇入，可以防止外层高钨高速钢中的铬、钒、钨、钼等强碳化物形成元素进入辊芯，防止辊芯中出现碳化物，有利于确保辊芯具有良好的强韧性。过渡层球铁铁水在离心机上旋转2～3分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯球铁铁水，辊芯球铁铁水的化学组成及其质量分数和过渡层球铁铁水一致，辊芯球铁铁水浇注温度为1330～1365℃，可以确保辊芯和过渡层实现牢固的冶金结合。辊芯球铁铁水浇注完毕12～18小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工。
粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1050～1080℃，保温2～3小时，实现奥氏体化，然后出炉风冷至温度低于280℃，确保奥氏体转变成马氏体。继续入炉加热至520～540℃，保温8～16小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至500～520℃，保温16～24小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，可以稳定组织，消除淬火内应力，确保复合轧辊的安全使用。复合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊。
1-辊芯(球铁)，2-复合轧辊外层(高钨高速钢)，3-复合轧辊过渡层(球铁) 。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊外层(工作层)硬度高，大于84HSD，耐磨性好；
2)本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊辊芯强度高，大于650MPa，且外层高钨高速钢与过渡层以及过渡层与辊芯球铁是良好的冶金结合，确保复合轧辊的安全使用；
3)本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊使用安全、可靠，使用中无断辊、剥落和开裂现象出现，用于棒材轧机和板带轧机上，使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高6倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1高钨高耐磨高速钢复合轧辊示意图。
具体实施方式
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。
实施例1：
一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊，由辊芯(球铁)1，复合轧辊外层(高钨高速钢)2和复合轧辊过渡层(球铁)3组成，具体制备工艺步骤是：
①将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.21％C,6.77％W,8.96％Cr,4.20％V,2.53％Mo,0.40％Mn,0.49％Si,0.033％P,0.028％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，当钢水温度升温至1627℃时，加入占炉内钢水质量分数0.52％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为15.70％Si,23.89％Mn,11.57％Ca,9.70％Ba,25.59％Al,0.17％C,0.026％P,0.011％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，硅锰钙钡铝合金入炉4分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1475℃时，将钢水浇入转速为850～950转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.29％C,0.31％Si,0.54％Mn,0.21％Ni,0.50％Cr,0.19％Nb,0.11％V,0.042％Ce,0.12％W,0.11％Ta,0.38％Mo,0.013％S,0.015％P,余量Fe，铸型壁厚130mm，铸型预热温度为262℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.5mm，浇注时铸型温度为148℃；
②钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，钢水浇注完毕4分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层3球铁铁水，过渡层3球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.69％C,2.30％Si,0.41％Mn,0.44％Ni,0.08％V,0.29％Cu,0.046％Mg,0.032％Ce,0.005％S,0.021％P,余量Fe，过渡层3球铁铁水浇注温度为1382℃，过渡层3浇注厚度为18mm，过渡层3球铁铁水在离心机上旋转3分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层3内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯1球铁铁水，辊芯1球铁铁水的化学组成及其质量分数和过渡层3球铁铁水一致，辊芯1球铁铁水浇注温度为1348℃，辊芯1球铁铁水浇注完毕15小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
③粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1060℃，保温3小时后出炉风冷至温度低于280℃，继续入炉加热至530℃，保温12小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至510℃，保温20小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊，高钨高耐磨高速钢复合轧辊力学性能见表1。
实施例2：
一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊，由辊芯(球铁)1，复合轧辊外层(高钨高速钢)2和复合轧辊过渡层(球铁)3组成，具体制备工艺步骤是：
①将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在750公斤中频感应电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.48％C,6.53％W,8.63％Cr,4.49％V,2.76％Mo,0.38％Mn,0.60％Si,0.038％P,0.035％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，当钢水温度升温至1604℃时，加入占炉内钢水质量分数0.42％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为18.74％Si,20.61％Mn,12.73％Ca,8.59％Ba,26.69％Al,0.22％C,0.030％P,0.014％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，硅锰钙钡铝合金入炉3分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1445℃时，将钢水浇入转速为650～750转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.32％C,0.29％Si,0.44％Mn,0.18％Ni,0.55％Cr,0.22％Nb,0.14％V,0.032％Ce,0.13％W,0.09％Ta,0.33％Mo,0.012％S,0.016％P,余量Fe，铸型壁厚150mm，铸型预热温度为270℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.8mm，浇注时铸型温度为171℃；
②钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，钢水浇注完毕5分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层3球铁铁水，过渡层3球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.77％C,2.15％Si,0.59％Mn,0.40％Ni,0.09％V,0.34％Cu,0.051％Mg,0.038％Ce,0.006％S,0.026％P,余量Fe，过渡层3球铁铁水浇注温度为1390℃，过渡层3浇注厚度为20mm，过渡层3球铁铁水在离心机上旋转2分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层3内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯1球铁铁水，辊芯1球铁铁水的化学组成及其质量分数和过渡层3球铁铁水一致，辊芯1球铁铁水浇注温度为1362℃，辊芯1球铁铁水浇注完毕18小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
③粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1050℃，保温3小时后出炉风冷至温度低于280℃，继续入炉加热至520℃，保温16小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至520℃，保温16小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊，高钨高耐磨高速钢复合轧辊力学性能见表1。
实施例3：
一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊，由辊芯(球铁)1，复合轧辊外层(高钨高速钢)2和复合轧辊过渡层(球铁)3组成，具体制备工艺步骤是：
①将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.31％C,6.65％W,8.74％Cr,4.38％V,2.67％Mo,0.36％Mn,0.71％Si,0.029％P,0.032％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，当钢水温度升温至1617℃时，加入占炉内钢水质量分数0.48％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为16.84％Si,22.10％Mn,12.09％Ca,8.97％Ba,26.30％Al,0.15％C,0.032％P,0.009％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，硅锰钙钡铝合金入炉4分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1459℃时，将钢水浇入转速为750～850转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.27％C,0.38％Si,0.48％Mn,0.23％Ni,0.43％Cr,0.18％Nb,0.09％V,0.057％Ce,0.09％W,0.15％Ta,0.45％Mo,0.011％S,0.017％P,余量Fe，铸型壁厚110mm，铸型预热温度为230℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.3mm，浇注时铸型温度为137℃；
②钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，钢水浇注完毕3分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层3球铁铁水，过渡层3球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.58％C,2.39％Si,0.37％Mn,0.46％Ni,0.06％V,0.23％Cu,0.048％Mg,0.029％Ce,0.007％S,0.025％P,余量Fe，过渡层3球铁铁水浇注温度为1371℃，过渡层3浇注厚度为16mm，过渡层3球铁铁水在离心机上旋转3分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层3内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯1球铁铁水，辊芯1球铁铁水的化学组成及其质量分数和过渡层3球铁铁水一致，辊芯1球铁铁水浇注温度为1334℃，辊芯1球铁铁水浇注完毕12小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
③粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1080℃，保温2小时后出炉风冷至温度低于280℃，继续入炉加热至540℃，保温8小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至500℃，保温24小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊，高钨高耐磨高速钢复合轧辊力学性能见表1。
表1高钨高耐磨高速钢复合轧辊力学性能
本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊工作层硬度高，大于84HSD，耐磨性好,外层高钨高速钢与过渡层以及过渡层与辊芯球铁是良好的冶金结合，确保复合轧辊的安全使用。本发明高钨高耐磨高速钢复合轧辊使用安全、可靠，使用中无断辊、剥落和开裂现象出现，用于棒材轧机和板带轧机上，使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高6倍以上，推广应用本发明轧辊，可以提高轧机作业率，改善轧材表面质量，降低轧材生产成本，减轻工人劳动强度，具有良好的经济和社会效益。

Claims (3)

1.一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊的制备方法，由球铁辊芯、高钨高速钢外层和球铁过渡层构成，其特征在于，具体制备工艺步骤包括如下：
①将钨铁、铬铁、钼铁、钒铁、废钢和增碳剂在电炉内混合加热熔化，炉前调整钢水的化学组成及其质量分数为2.2～2.5％C,6.5～6.8％W,8.6～9.0％Cr,4.2～4.5％V,2.5～2.8％Mo,<0.45％Mn,<0.76％Si,<0.04％P,<0.04％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，当钢水温度升温至1603～1628℃时，加入占炉内钢水质量分数0.42～0.52％的硅锰钙钡铝合金，硅锰钙钡铝合金的化学组成及其质量分数为15～19％Si,20～24％Mn,11.5～13.0％Ca,8.5～10.0％Ba,25.5～27.0％Al,≤0.40％C,≤0.04％P,≤0.02％S,余量为Fe及其不可避免的杂质元素，硅锰钙钡铝合金入炉3～4分钟后，将钢水出炉到钢包，当钢水温度降至1440～1480℃时，将钢水浇入转速为650～950转/分钟的离心机上的铸型内，铸型材质是锻造低合金钢，锻造低合金钢的化学组成及其质量分数为0.25～0.33％C,0.26～0.38％Si,0.43～0.65％Mn,0.18～0.25％Ni,0.41～0.57％Cr,0.17～0.23％Nb,0.08～0.15％V,0.03～0.06％Ce,0.08～0.15％W,0.08～0.15％Ta,0.30～0.45％Mo,S<0.015％,P<0.020％,余量Fe，铸型壁厚100～150mm，铸型预热温度为220～280℃，并在此温度下喷刷锆英粉涂料，涂料厚度1.2～1.8mm，浇注时铸型温度为130～180℃；
②步骤①钢水进入铸型后，立即喷水冷却铸型，并使铸型内高钨高速钢钢水的凝固冷却速度控制在18～32℃/秒，钢水浇注完毕3～5分钟后，用非接触式测温仪测量高钨高速钢外层内表层温度，当温度为1220～1280℃时，停止铸型的喷水冷却，并浇入过渡层球铁铁水，过渡层球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.5～3.9％C,2.1～2.4％Si,0.3～0.6％Mn,0.40～0.48％Ni,0.05～0.10％V,0.20～0.35％Cu,0.04～0.07％Mg,0.025～0.042％Ce,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe，过渡层球铁铁水浇注温度为1370～1392℃，过渡层浇注厚度为15～20mm，过渡层球铁铁水在离心机上旋转2～3分钟后，用非接触式测温仪测量过渡层内表面温度，当温度为1145～1190℃时，停离心机，并在静态下顶铸辊芯球铁铁水，辊芯球铁铁水浇注温度为1330～1365℃，辊芯球铁铁水浇注完毕12～18小时后，取出高钨高速钢复合轧辊进缓冷坑，然后进行粗加工；
③粗加工后的高钨高速钢复合轧辊随炉加热至1050～1080℃，保温2～3小时后出炉风冷至温度低于280℃，继续入炉加热至520～540℃，保温8～16小时后炉冷至温度低于180℃，继续在炉内重新加热至500～520℃，保温16～24小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，精加工至规定尺寸和精度，即可获得高钨高耐磨高速钢复合轧辊。
2.按照权利要求1的一种高钨高耐磨高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，辊芯球铁铁水的化学组成及其质量分数为3.5～3.9％C,2.1～2.4％Si,0.3～0.6％Mn,0.40～0.48％Ni,0.05～0.10％V,0.20～0.35％Cu,0.04～0.07％Mg,0.025～0.042％Ce,S<0.008％,P<0.030％,余量Fe。
3.按照权利要求1-2任一项方法制备得到的高钨高耐磨高速钢复合轧辊。
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Denomination of invention: High-tungsten high-abrasion-resistant high-speed steel composite roller and preparation method thereof

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Granted publication date: 20171031

Pledgee: Zaozhuang New Town Branch of Agricultural Bank of China Ltd.

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