CN105779861B - 一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，属于轧钢技术领域。由高钒氮高速钢辊套和中碳钢辊轴热装复合而成，高钒氮高速钢辊套采用质量分数20～24％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料、4.5～4.8％的钒氮合金、1.8～2.2％的铌铁、55～59％的Q235废钢、10～12％的碳素铬铁、1.2～1.4％的电解镍、0.30～0.45％的钛铁和1.2～1.4％的金属铝配料，并经电炉熔炼，在离心机上浇注成辊套，经退火、粗加工、淬火、回火和精加工处理后，与中碳钢辊轴热装复合在一起，在型钢轧机上使用，具有优异的耐磨性。

Description

一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法

技术领域

本发明公开了一种型钢轧辊及其制造方法，特别涉及一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢生产的重要工具，降低辊耗能有效的降本增效，提高轧机作业率，提高轧件产品质量，降低工人的劳动强度。目前大型轧钢厂型钢车间轧辊主要包括：BD轧辊、万能轧机轧辊和矫直辊等，其中万能轧机轧辊包括水平辊和立辊，是轧机上的关键零件之一，装在轧机牌坊窗口当中。在热轧型钢生产中，轧辊的消耗量很大，尤其是水平辊，它始终与红热钢坯直接接触。通常情况下，轧辊的破坏形式主要有轧辊磨损、轧辊裂纹、轧辊剥落及轧辊断裂等，其中轧辊磨损、轧辊裂纹、轧辊剥落是型钢轧辊的主要失效形式。

为了提高型钢轧辊的使用寿命，中国发明专利CN 103341492公开了用于轧制大型型钢的轧辊及其生产工艺，其基体中含有均匀分布的球状石墨，并且基体组织为粒状碳化物、回火索氏体、珠光体。该发明的用于轧制大型型钢的轧辊轧制大型型钢时，细小石墨在挤压和受热力等作用下破碎，轧材穿孔时能起到润滑剂作用，解决黏钢问题，轧件表面光洁铮亮。

中国发明专利CN 103878181还公开了一种可提高型钢轧辊使用寿命的轧辊孔型优化方法，其特征在于包括如下步骤：(1)建立数学模型，对目标轧制工艺下轧件轧制状态进行计算；(2)预测当前生产工艺条件下轧辊磨损状况，对轧辊磨损状态进行评价，将轧辊磨损量转化为轧辊修复量；(3)通过轧辊切削量的评价对轧辊孔型、轧制工艺进行优化；该发明方法有效改变型钢轧制过程轧辊磨损状态、减少轧辊不均匀磨损，改善轧辊修复时切削的不均匀性，减少每次恢复孔型时所需车削量3～10mm，增加轧辊车削次数1～2次，提高型钢轧辊的使用寿命。

中国发明专利CN 103173713还公开了材质为半钢的型钢轧辊孔型的超音速喷涂工艺：1)、孔型工作表面的预处理；2)、对孔型工作面进行喷丸处理；3)、对孔型工作面进行超音速喷涂；4)、涂层的封孔处理。该发明超音速喷涂工艺的优点是：1、JP5000型超音火焰喷涂系统，熔融粉末飞行速度＞720米/秒，涂层性能卓越，涂层表面致密，使产品表面质量大幅提高；2、碳化钨金属复合粉涂层耐磨、耐热性好，对冷却不充分的型钢下辊避免了因摩擦磨损造成的粘钢和因粘着磨损造成的轧痕，降低了质量事故损失；3、孔型耐磨性提高，增加了孔型过钢量，降低了辊耗，延长了半钢型钢轧辊的使用寿命。

中国发明专利CN 104611664还公开了一种型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法及喷涂材料，属于材料表面强化技术领域。该方法选用纳米级碳化物合金粉末，其中：镍铝粉末15～20％、钴碳化钨合金粉末50～70％、铬钼锰复合粉末10～20％、硼钨复合粉末5～15％，首先用镍铝粉末在型钢精轧辊上打底0.02mm，然后将钴碳化钨合金粉末、铬钼锰复合粉末和硼钨复合粉末熔融后均匀的喷涂到轧辊表面，喷涂层厚度为0.15～0.20mm，喷枪与喷涂表面的距离为160～180mm，喷枪与喷涂表面的夹角≤90°。该方法采用合金超音速喷涂强化，轧辊孔型表面耐高温、耐磨性提高，轧辊在线时间延长，过钢量提高1倍以上，轧辊寿命延长2倍以上。

中国发明专利CN 104525889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CN 104250809还公开了一种型钢轧辊的激光合金化方法，其步骤如下：A.对轧辊表面进行预处理；B.在预处理后的轧辊表面涂覆一层含35-45％碳化颗粒物的吸光涂料，晾干；C.用激光对轧辊的涂覆面进行扫描，激光功率2.0-2.5KW，扫描速度200-300mm/min，光斑尺寸为15mm×2mm；D.进行产品检测。该发明利用激光的快速加热快速冷却的独特性能，对型钢轧辊工作表面用激光束对表面熔融层添加碳化物材料合金颗粒，形成一层合金化层，碳化物颗粒以包裹方式存在于轧辊工作表层，以高硬度高耐磨性碳化物颗粒提高工作面使用寿命，使轧辊具有足够韧性，大大提高了轧辊的生产效率，很好的减少了轧辊的损耗。

中国发明专利CN 102296240还公开了一种钢管及冷弯型钢高铬轧辊及其制备方法，该发明采用特殊的冶炼、铸造及热处理方法细化铸件晶粒，充分发挥所含合金的作用，提高轧辊的使用性能、制造出满足服役条件的钢管及冷弯型钢高铬轧辊；该发明在铸型中设置有测温系统监测铸坯各部位的温度变化，设置有强制顺序凝固和有效控制凝固速度的强制冷却系统，设置有可调节保温系统，以实现强制顺序凝固和有效控制凝固速度；该发明在浇铸时冒口中采用压力发热保温技术，并采用隋性气体保护浇铸成型；该发明的轧辊具有高强度、高硬度、高耐磨性、以及抗冷热疲劳性，保证了生产的正常运行，达到了降低制造及使用成本的目的。

中国发明专利CN 101288878还公开了一种延长型钢轧辊寿命的方法和它的装置，其方法是：在两磨擦面间带入润滑剂，操作步骤：在两磨擦面间选择润滑剂带入点，向带入点喷注润滑剂，轧辊运动带入润滑剂。其装置是：一个可伸缩圆柱管，细端固定喷油盒，并连接一供油软管，喷油盒内装有喷头；可伸缩圆柱管粗端固定在圆柱滚的圆滚面上，圆柱滚嵌装在带调节松紧螺母的带圆柱凹槽的调节器内；喷射管嵌入在立辊盖板内，并有油量分配器等配合安装完成。实施该发明后的积极效果：喷头由盒内壳封闭，避免了冷却水干扰润滑液，轧辊的不均匀磨损显著减少，改善了不均匀磨损，延长轧辊的使用寿命。

但是目前的型钢轧辊普遍存在硬度低和耐磨性差的不足。

发明内容

为了提高提高型钢轧辊的硬度和耐磨性，本发明以红硬性好，抗高温磨损能力强的高速钢制造型钢轧辊。但是采用普通高速钢制造型钢轧辊，存在铸造性能差和热处理工艺需要复杂的高温盐浴淬火的不足。本发明在普通高速钢中适当提高钒、氮含量，改善轧辊的铸造性能，并降低轧辊淬火温度，从而提高轧辊耐磨性。

本发明一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，其特征在于，采用电炉熔炼高钒氮高速钢材料，高钒氮高速钢轧辊的具体制备工艺步骤是：

①采用质量分数20～24％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料、4.5～4.8％的钒氮合金、1.8～2.2％的铌铁、55～59％的Q235废钢、10～12％的碳素铬铁、1.2～1.4％的电解镍、0.30～0.45％的钛铁和1.2～1.4％的金属铝配料；

②先将质量分数1.8～2.2％的铌铁、55～59％的Q235废钢、10～12％的碳素铬铁和1.2～1.4％的电解镍在电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数20～24％的M2高速钢废料，当钢水温度升至1595～1618℃时，先加入质量分数0.2～0.3％的金属铝，保温1～1.5分钟后加入质量分数4.5～4.8％的钒氮合金，并将钢水温度升至1625～1640℃，然后依次加入质量分数0.9～1.2％的金属铝和0.30～0.45％的钛铁，保温3～6分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金和稀土硅铁合金，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.6～0.8％和0.35～0.50％，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15～25mm，本步骤第一次加入的0.2～0.3％的金属铝和第二次加入的0.9～1.2％的金属铝均是指占步骤①总原材料的质量百分比，两次加入的总和为步骤①所述的1.2～1.4％的金属铝。

③钢水经扒渣、静置后，当温度降至1440～1470℃时，浇入转速为800～1200转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650～820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至920～950℃，保温6～8小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，对上述热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工；

④经步骤③粗加工后的高钒氮高速钢辊套，继续入炉加热至1080～1120℃，保温2.5～3.5小时后，先用油温20～35℃淬火油冷却5～6分钟，其中高钒氮高速钢辊套与20～35℃淬火油的质量比为1：(8～10)，随后将高钒氮高速钢辊套在油温130～150℃的淬火油中冷却40～45分钟，其中高钒氮高速钢辊套与130～150℃淬火油的质量比为1：(8～10)，然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至505～520℃，保温时间12～15小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，最后进行精加工；

⑤将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至320～360℃，保温6～8小时后出炉，与中碳钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.14～0.20mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊。

如上所述的镍镁合金的化学组成及其质量分数％为：70～85Ni,15～30Mg。

如上所述的稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数％为：27.0～30.0RE,38.0～42.0Si,<3.0Mn,<5.0Ca,<3.0Ti,余量为Fe。

如上所述的钛铁的化学组成及质量分数％为：38～42Ti,≤9.0Al,≤3.0Si,≤0.03S,≤0.03P,≤0.10C,≤0.40Cu,≤2.5Mn,余量Fe。

如上所述的碳素铬铁的化学组成及质量分数％为：62.0～68.0Cr,7.0～8.5C，2.0～3.5Si,≤0.03S,≤0.04P,余量为Fe。

如上所述的Q235废钢的化学组成及质量分数％为：0.14～0.22C,0.30～0.65Mn,≤0.30Si,≤0.050S,≤0.045P,余量为Fe。

如上所述的M2高速钢废料的化学组成及质量分数％为：0.80～0.90C,0.20～0.45Si,0.15～0.40Mn,≤0.030S,≤0.030P,3.80～4.40Cr,1.60～2.20V,4.50～5.50Mo,5.50～6.75W,≤0.30Ni,≤0.25Cu,余量为Fe。

如上所述的铌铁的化学组成及质量分数％为：50～60Nb,<0.2Ta,<2.0Al,<1.0Si,<0.03C,余量为Fe及其不可避免的杂质元素。

如上所述的钒氮合金的化学组成及质量分数％为：43～48V,8.0～9.5N,<0.065S,<0.065P,<0.50C,余量Fe。

本发明高钒氮高速钢轧辊采用电炉熔炼，冶炼工艺简便，易于实现工业化规模生产。本发明采用质量分数20～24％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料、4.5～4.8％的钒氮合金、1.8～2.2％的铌铁、55～59％的Q235废钢、10～12％的碳素铬铁、1.2～1.4％的电解镍、0.30～0.45％的钛铁和1.2～1.4％的金属铝配料。以M2高速钢和Q235废钢为主要原料，可以大幅度降低轧辊生产成本。为了提高轧辊硬度，并改善耐磨性，本发明材料还加入适量钒氮合金和铌铁及碳素铬铁，特别是为了提高材料基体强度和韧性，还加入了1.2～1.4％的电解镍。加入的N和Ti易生成高熔点的TiN颗粒，作为凝固核心可以促进凝固组织细化。Nb的加入，可以促进(V,Nb)C复合碳化物的生成，提高轧辊基体组织中硬质耐磨相的数量，从而提高轧辊材料耐磨性，特别是(V,Nb)C复合碳化物的密度与钢水密度接近，可消除VC因密度差引起的偏析。为了提高合金元素收得率，并缩短冶炼时间，节约能耗，本发明先将质量分数1.8～2.2％的铌铁、55～59％的Q235废钢、10～12％的碳素铬铁和1.2～1.4％的电解镍在电炉内容混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数20～24％的M2高速钢废料，当钢水温度升至1595～1618℃时，先加入质量分数0.2～0.3％的金属铝，对钢水进行脱氧和净化，然后保温1～1.5分钟后加入质量分数4.5～4.8％的钒氮合金，并将钢水温度升至1625～1640℃，然后依次加入质量分数0.9～1.2％的金属铝和0.30～0.45％的钛铁，保温3～6分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金和稀土硅铁合金，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.6～0.8％和0.35～0.50％，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15～25mm。镍镁合金和稀土硅铁合金的加入，除了进一步脱氧脱硫外，特别对细化凝固组织及改善共晶碳化物形态和分布有利，从而可以提高轧辊材料强度和韧性，有利于提高轧辊疲劳抗力。钢水经扒渣、静置后，当温度降至1440～1470℃时，浇入转速为800～1200转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650～820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至920～950℃，保温6～8小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，可降低轧辊硬度至35HRC以下，改善轧辊机械加工性能。

对退火热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工后，继续入炉加热至1080～1120℃，保温2.5～3.5小时后，实现奥氏体化，并使部分碳化物溶于基体，从而提高基体红硬性和高温耐磨性。淬火冷却过程中，为防止高速钢辊套开裂，先用油温20～35℃淬火油冷却5～6分钟，其中高钒氮高速钢辊套与20～35℃淬火油的质量比为1：(8～10)，随后将高钒氮高速钢辊套在油温130～150℃的淬火油中冷却40～45分钟，其中高钒氮高速钢辊套与130～150℃淬火油的质量比为1：(8～10)，然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至505～520℃，保温时间12～15小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，可以消除高速钢辊套淬火应力，稳定组织。最后进行精加工，并将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至320～360℃，保温6～8小时后出炉，与中碳钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.14～0.20mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：

1)本发明以M2高速钢废料和Q235废钢为主要原料，可以大幅度降低轧辊生产成本；

2)本发明高钒氮高速钢轧辊凝固组织细小，碳化物呈颗粒状分布，使轧辊强度和韧性大幅度提高，确保了轧辊的安全使用；

3)本发明高钒氮高速钢采用油冷淬火，硬度均匀性，确保轧辊具有优异的耐磨性；

4)本发明轧辊辊轴可以重复使用，装配方便，具有明显的节能降耗优势，用于型钢轧机上，本发明轧辊比传统半钢轧辊耐磨性提高4倍以上。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不仅限于以下实施例。

实施例1：

一种外径φ350mm耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，由高钒氮高速钢辊套和中碳钢辊轴热装复合而成，采用电炉熔炼高钒氮高速钢材料，具体制备工艺步骤是：

①采用质量分数20％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料(M2高速钢废料的化学组成及质量分数％为：0.86C,0.29Si,0.27Mn,0.012S,0.025P,3.99Cr,1.90V,4.97Mo,6.07W,0.14Ni,0.11Cu,余量为Fe)、4.8％的钒氮合金(钒氮合金的化学组成及质量分数％为：43.91V,8.77N,0.042S,0.050P,0.18C,余量Fe)、1.8％的铌铁(铌铁的化学组成及质量分数％为：55.28Nb,0.06Ta,0.94Al,0.56Si,0.017C,余量为Fe及其不可避免的杂质元素)、58.55％的Q235废钢(Q235废钢的化学组成及质量分数％为：0.19C,0.58Mn,0.22Si,0.038S,0.035P,余量为Fe)、12％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学组成及质量分数％为：65.31Cr,7.96C，2.37Si,0.026S,0.031P,余量为Fe)、1.2％的电解镍、0.45％的钛铁(钛铁的化学组成及质量分数％为：39.94Ti,5.80Al,1.75Si,0.025S,0.027P,0.074C,0.15Cu,1.89Mn,余量Fe)和1.2％的金属铝配料；

②先将质量分数1.8％的铌铁、58.55％的Q235废钢、12％的碳素铬铁和1.2％的电解镍在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数20％的M2高速钢废料，当钢水温度升至1596℃时，先加入质量分数0.3％的金属铝，保温1.5分钟后加入质量分数4.8％的钒氮合金，并将钢水温度升至1627℃，然后依次加入质量分数0.9％的金属铝和0.45％的钛铁，保温6分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数％为：70.12Ni,29.88Mg)和稀土硅铁合金(稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数％为：27.85RE,39.540Si,2.06Mn,3.88Ca,2.16Ti,余量为Fe)，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.6％和0.50％，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15～25mm。

③钢水经扒渣、静置后，当温度降至1442℃时，浇入转速为800～950转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650～820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至920℃，保温8小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，对上述热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工；

④经步骤③粗加工后的高钒氮高速钢辊套，继续入炉加热至1120℃，保温2.5小时后，先用油温21℃淬火油冷却5分钟，其中高钒氮高速钢辊套与21℃淬火油的质量比为1：10，随后将高钒氮高速钢辊套在油温133℃的淬火油中冷却40分钟，其中高钒氮高速钢辊套与133℃淬火油的质量比为1：10，然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至520℃，保温时间12小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，最后进行精加工；

⑤将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至360℃，保温6小时后出炉，与35^#钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.17mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊，力学性能见表1。

实施例2：

一种外径φ290mm耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，由高钒氮高速钢辊套和中碳钢辊轴热装复合而成，采用电炉熔炼高钒氮高速钢材料，具体制备工艺步骤是：

①采用质量分数24％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料(M2高速钢废料的化学组成及质量分数％为：0.82C,0.44Si,0.20Mn,0.017S,0.021P,3.82Cr,2.17V,4.53Mo,6.74W,0.21Ni,0.10Cu,余量为Fe)、4.5％的钒氮合金(钒氮合金的化学组成及质量分数％为：47.22V,8.06N,0.038S,0.047P,0.29C,余量Fe)、2.2％的铌铁(铌铁的化学组成及质量分数％为：55.23Nb,0.09Ta,1.28Al,0.75Si,0.016C,余量为Fe及其不可避免的杂质元素)、56.2％的Q235废钢(Q235废钢的化学组成及质量分数％为：0.16C,0.38Mn,0.27Si,0.048S,0.041P,余量为Fe)、10％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学组成及质量分数％为：67.26Cr,7.04C，2.17Si,0.016S,0.034P,余量为Fe)、1.4％的电解镍、0.30％的钛铁(钛铁的化学组成及质量分数％为：41.36Ti,6.28Al,2.13Si,0.009S,0.014P,0.065C,0.21Cu,1.83Mn,余量Fe)和1.4％的金属铝配料；

②先将质量分数2.2％的铌铁、56.2％的Q235废钢、10％的碳素铬铁和1.4％的电解镍在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数24％的M2高速钢废料，当钢水温度升至1617℃时，先加入质量分数0.2％的金属铝，保温1分钟后加入质量分数4.5％的钒氮合金，并将钢水温度升至1638℃，然后依次加入质量分数1.2％的金属铝和0.30％的钛铁，保温3分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数％为：84.30Ni,15.70Mg)和稀土硅铁合金(稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数％为：29.54RE,38.11Si,2.15Mn,4.08Ca,1.96Ti,余量为Fe)，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.8％和0.35％，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15～25mm。

③钢水经扒渣、静置后，当温度降至1465℃时，浇入转速为1000～1200转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650～820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至950℃，保温6小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，对上述热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工；

④经步骤③粗加工后的高钒氮高速钢辊套，继续入炉加热至1080℃，保温3.5小时后，先用油温35℃淬火油冷却6分钟，其中高钒氮高速钢辊套与35℃淬火油的质量比为1：8，随后将高钒氮高速钢辊套在油温148℃的淬火油中冷却45分钟，其中高钒氮高速钢辊套与148℃淬火油的质量比为1：8，然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至505℃，保温时间15小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，最后进行精加工；

⑤将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至320℃，保温8小时后出炉，与45^#钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.14mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊，力学性能见表1。

实施例3：

一种外径φ320mm耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，由高钒氮高速钢辊套和中碳钢辊轴热装复合而成，采用电炉熔炼高钒氮高速钢材料，具体制备工艺步骤是：

①采用质量分数22％的M2高速钢(亦称W6Mo5Cr4V2高速钢)废料(M2高速钢废料的化学组成及质量分数％为：0.87C,0.35Si,0.17Mn,0.021S,0.020P,4.24Cr,1.63V,4.67Mo,5.65W,0.12Ni,0.22Cu,余量为Fe)、4.6％的钒氮合金(钒氮合金的化学组成及质量分数％为：43.19V,9.47N,0.038S,0.045P,0.30C,余量Fe)、2.0％的铌铁(铌铁的化学组成及质量分数％为：55.27Nb,0.13Ta,1.18Al,0.29Si,0.018C,余量为Fe及其不可避免的杂质元素)、57.4％的Q235废钢(Q235废钢的化学组成及质量分数％为：0.19C,0.44Mn,0.20Si,0.038S,0.035P,余量为Fe)、11％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学组成及质量分数％为：62.55Cr,8.28C，2.97Si,0.014S,0.032P,余量为Fe)、1.3％的电解镍、0.40％的钛铁(钛铁的化学组成及质量分数％为：39.85Ti,3.84Al,2.06Si,0.027S,0.028P,0.065C,0.19Cu,1.46Mn,余量Fe)和1.3％的金属铝配料；

②先将质量分数2.0％的铌铁、57.4％的Q235废钢、11％的碳素铬铁和1.3％的电解镍在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数22％的M2高速钢废料，当钢水温度升至1607℃时，先加入质量分数0.25％的金属铝，保温1分钟后加入质量分数4.6％的钒氮合金，并将钢水温度升至1631℃，然后依次加入质量分数1.05％的金属铝和0.40％的钛铁，保温5分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数％为：78Ni,22Mg)和稀土硅铁合金(稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数％为：28.91RE,39.04Si,1.85Mn,2.67Ca,2.08Ti,余量为Fe)，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.70％和0.40％，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15～25mm。

③钢水经扒渣、静置后，当温度降至1453℃时，浇入转速为900～1100转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650～820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至940℃，保温7小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，对上述热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工；

④经步骤③粗加工后的高钒氮高速钢辊套，继续入炉加热至1100℃，保温3小时后，先用油温29℃淬火油冷却5分钟，其中高钒氮高速钢辊套与29℃淬火油的质量比为1：9，随后将高钒氮高速钢辊套在油温142℃的淬火油中冷却42分钟，其中高钒氮高速钢辊套与142℃淬火油的质量比为1：9，然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至510℃，保温时间14小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，最后进行精加工；

⑤将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至350℃，保温7小时后出炉，与45^#钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.19mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊，力学性能见表1。

表1耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊力学性能

本发明耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊以M2高速钢废料和Q235废钢为主要原料，可以大幅度降低轧辊生产成本。本发明高钒氮高速钢轧辊凝固组织细小，碳化物呈颗粒状分布，使轧辊强度和韧性大幅度提高，确保了轧辊的安全使用。本发明高钒氮高速钢采用油冷淬火，硬度均匀性好，确保轧辊具有优异的耐磨性。本发明轧辊辊轴可以重复使用，装配方便，具有明显的节能降耗优势，用于型钢轧机上，本发明轧辊比传统半钢轧辊耐磨性提高4倍以上，推广应用本发明轧辊，可以减轻工人劳动强度，提高轧机作业率，具有很好的经济效益。

Claims (9)

1.一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，采用电炉熔炼高钒氮高速钢材料，高钒氮高速钢轧辊的具体制备工艺步骤如下：

①采用质量分数20~24%的M2高速钢（亦称W6Mo5Cr4V2高速钢）废料、4.5~4.8%的钒氮合金、1.8~2.2%的铌铁、55~59%的Q235废钢、10~12%的碳素铬铁、1.2~1.4%的电解镍、0.30~0.45%的钛铁和1.2~1.4%的金属铝配料；

②先将质量分数1.8~2.2%的铌铁、55~59%的Q235废钢、10~12%的碳素铬铁和1.2~1.4%的电解镍在电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入质量分数20~24%的M2高速钢废料，当钢水温度升至1595~1618℃时，先加入质量分数0.2~0.3%的金属铝，保温1~1.5分钟后加入质量分数4.5~4.8%的钒氮合金，并将钢水温度升至1625~1640℃，然后依次加入质量分数0.9~1.2%的金属铝和0.30~0.45%的钛铁，保温3~6分钟后，将钢水出炉到钢包，钢包内预先加入镍镁合金和稀土硅铁合金，镍镁合金和稀土硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.6~0.8%和0.35~0.50%，镍镁合金和稀土硅铁合金的颗粒尺寸均为15~25mm，本步骤第一次加入的0.2~0.3%的金属铝和第二次加入的0.9~1.2%的金属铝均是指占步骤①总原材料的质量百分比，两次加入的总和为步骤①所述的1.2~1.4%的金属铝；

③钢水经扒渣、静置后，当温度降至1440~1470℃时，浇入转速为800~1200转/分钟的离心机上的金属铸型内，得到高钒氮高速钢辊套毛坯，当高钒氮高速钢辊套毛坯温度降至650~820℃时，停离心机取出高钒氮高速钢辊套毛坯，然后入炉加热至920~950℃，保温6~8小时，炉冷至温度低于280℃，出炉空冷至室温，对上述热处理后的高钒氮高速钢辊套毛坯进行粗加工；

④经步骤③粗加工后的高钒氮高速钢辊套，继续入炉加热至1080~1120℃，保温2.5~3.5小时后，先用油温20~35℃淬火油冷却5~6分钟，其中高钒氮高速钢辊套与20~35℃淬火油的质量比为1：（8~10），随后将高钒氮高速钢辊套在油温130~150℃的淬火油中冷却40~45分钟，其中高钒氮高速钢辊套与130~150℃淬火油的质量比为1：（8~10），然后将淬火后的高钒氮高速钢辊套重新入炉加热至505~520℃，保温时间12~15小时，然后炉冷至120℃后空气冷却至室温，最后进行精加工；

⑤将精加工后的高钒氮高速钢辊套随炉加热至320~360℃，保温6~8小时后出炉，与中碳钢辊轴热装复合，辊套和辊轴的过盈量为0.14~0.20mm，热装复合后即可获得耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊；

M2高速钢废料的化学组成及质量分数%为：0.80～0.90C, 0.20～0.45Si, 0.15～0.40Mn, ≤0.030S, ≤0.030P, 3.80～4.40Cr, 1.90～2.20V, 4.50～5.50Mo, 5.50～6.75W, ≤0.30Ni, ≤0.25Cu, 余量为Fe。

2.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，镍镁合金的化学组成及其质量分数%为：70~85Ni, 15~30Mg。

3.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，稀土硅铁合金的化学组成及其质量分数%为：27.0~30.0RE, 38.0~42.0Si, <3.0Mn, <5.0Ca,<3.0Ti, 余量为Fe。

4.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，钛铁的化学组成及质量分数%为：38~42Ti, ≤9.0Al, ≤3.0Si, ≤0.03S, ≤0.03P, ≤0.10C, ≤0.40Cu, ≤2.5Mn, 余量Fe。

5.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，碳素铬铁的化学组成及质量分数%为：62.0~68.0Cr, 7.0~8.5C，2.0~3.5Si, ≤0.03S, ≤0.04P, 余量为Fe。

6.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，Q235废钢的化学组成及质量分数%为：0.14~0.22C, 0.30~0.65Mn, ≤0.30Si, ≤0.050S,≤0.045 P, 余量为Fe。

7.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，铌铁的化学组成及质量分数%为：50~60Nb, <0.2Ta, <2.0Al, <1.0Si, <0.03C, 余量为Fe及其不可避免的杂质元素。

8.按照权利要求1所述的一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊的制造方法，其特征在于，钒氮合金的化学组成及质量分数%为：43~48V, 8.0~9.5N, <0.065S, <0.065P, <0.50C, 余量Fe。

9.按照权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊。