CN108723091A - 一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。制备时采用复合离心方法铸造，热处理时成型轧辊以9～12℃/h的速度升温至920～960℃，保温30～60min，淬火后升温至200～250℃回火，保温8～10h后，进行激光强化处理，在200～250℃回火，保温2～3h后得到化工用高铬铸铁轧辊。本发明的化工用高铬铸铁轧辊，使用过程中无掉块现象发生，且具有良好的耐腐蚀性，具有高的硬度和耐磨性，延长了轧辊的使用寿命。

Description

一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法
技术领域
本发明属于轧辊制造技术领域，特别涉及一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法。
背景技术
离心铸造的高铬铸铁轧辊在化工工业中得到广泛的使用，轧辊及的核心部件，其性能直接影响研磨效率、维护更换周期等。现有技术的轧辊在使用过程中，常常存在以下的问题：
第一，轧辊工作层在使用过程中，表层出现掉块或者开裂等的现象。
第二，轧辊在加工化工产品时，在酸碱腐蚀的条件下，容易产生腐蚀的现象。以上现象的出现，会导致轧辊的耐磨性降低，影响轧辊的使用寿命，开裂和掉块现象。
第三，轧辊使用时，尤其是在腐蚀条件下使用时，其耐磨性差，由于腐蚀性的存在，加速了轧辊工作层的磨损，大大降低了轧辊的使用寿命。
第四，在腐蚀工况下，腐蚀与磨损之间存在互相作用，在化工用高铬铸铁轧辊使用过程中，磨损增加将会导致增加表面缺陷而加速腐蚀。
因此，如何调控高铬铸轧辊中Cr、C的添加量，通过并与其他合金元素协同作用，通过合理的热处理方法，得到合理的金相组织，以改善高铬铸铁的耐腐蚀与磨损性能需要进行系统的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀性好，使用时不容易产生腐蚀和开裂掉块，耐磨新能好的化工用高铬铸铁轧辊及其加工方法。
本发明为实现上述技术目的，采用如下的技术方案。
一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯。高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
一种化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、钛铁、废铜，熔炼温度为1530℃～1600℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1440℃～1500℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.5～0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.1～1.6％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速为700～1000r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1530℃～1600℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1220℃～1250℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1390℃～1410℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1150～1170℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1390～1410。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为800～850℃时脱模，出模后，空冷到200℃～300℃，然后保温5～10h，进行去应力退火处理。然后，以9～12℃/h的速度升温至920～960℃，保温30～60min，淬火。然后升温至200～250℃回火，保温8～10h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化
在热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆厚度为0.05～0.1mm。然后，采用CO2激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光强化处理。处理时，控制光斑直径为4～5mm，激光功率控制在1800～2000W，激光扫描速度为500～800mm/min，光斑重复率控制在50～60％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体，进行激光强化。然后，将轧辊在200～250℃二次回火，保温2～3h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
为了适用于化工使用，增加轧辊的耐腐蚀性，避免开裂掉块，增加其耐磨性，本发明采用如下的方法。
本发明的化工用高铬铸铁轧辊中，在高铬铸铁工作层加入Cu元素和少量的RE，在现有技术的基础上，降低C含量。
由于化工用高铬铸铁轧辊的组织是马氏体、奥氏体和碳化物，碳化物属于阴极相，当化工用高铬铸铁轧辊处于酸性离子状态下时，基体与碳化物形成腐蚀电池，导致材料腐蚀加剧。Cu元素的加入，在锈层的裂纹孔等缺陷处富集，加速缺陷的愈合，起到了弥合锈层缺陷的作用，阻塞腐蚀介质直接接触基体的通道，使锈层致密化。Cu的局部富集使区域的物相组成，晶体发育受到抑制。也就是说，Cu元素可以抑制结晶化的进行，使锈层中难以生成α-Fe(OH)2供给氧，使氧化还原周期不容易进行，在锈层上也就不容易生成微小裂纹或间隙，因此抑制了向下层的还原锈。Fe(OH)2供给氧，使氧化还原周期不容易进行，高铬铸铁工作层材料就达到了耐腐蚀的目的。
同时，Cu元素能够与高铬铸铁工作层中的P元素作用，于锈层中形成各种盐，成为FeOOH结晶的核心，使内锈层的晶粒细小、致密，从而减小了离子通道和阳极面积，并且减少了Fe3O4的生成，降低内锈层导电性，从而降低腐蚀速率。
而Cr的存在，也可以提高材料的腐蚀性，主要是因为Cr在锈层中作为氧的扩散障壁的性质，Cr元素可以使钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力。
同时，Cu元素的存在，可以和Cr元素发生协同作用。这是因为，在高铬铸铁工作层中，Cr可能形成碳化物第二相，在基体中形成贫Cr区，从而导致高Cr区出现阳极行为，导致高铬铸铁工作层的抗腐蚀性能降低，但是，Cu元素的存在弥补了这一缺陷，由于Cu在基体中的分布趋势与Cr相反，其在碳化物附近偏高，弥补了由于贫Cr区域造成的腐蚀性能的降低。
高铬铸铁工作层中碳化物的存在对提高耐磨性有一定的作用，但是对材料的耐腐蚀性具有一定的影响，会导致耐腐蚀磨损速率增加迅速。因此，本发明中，降低了C的含量，将C含量控制在2.1～2.9％。
为了提高化工用高铬铸铁工作层的耐磨性，本发明中加入适量的V元素和Ti元素，V元素是很强的形成碳化物的元素，同时可以细化碳化物，改善碳化物形态。形成的VC非常稳定，且具有很高的硬度，高达HV2400，V元素的加入，使得高铬铸铁工作层的马氏体含量增加。因此，可以提高高铬铸铁工作层的硬度。同时，V元素和Ti元素的加入，可以进一步细化碳化物的晶粒，改善碳化物的形态。Ti元素的存在，可以形成TiC，非常稳定，热处理过程不容易溶解，能够抑制奥氏体的晶粒长大。因此，V和Ti的存在，可以提高高铬铸铁工作层的硬度和耐磨性。
为了得到更为合理的金相组织，本发明还对热处理方法进行了研究和改进。
采用本发明的热处理方法制备的化工用高铬铸铁轧辊，铸态下，其工作层金相为奥氏体为基体，碳化物呈块状或菊花状分布，另有细小颗粒弥散分布在块状碳化物周围的组织，碳化物的长度不超过20μm。
热处理后，其金相组织为M7C3型碳化物和马氏体，另含适当含量的残余奥氏体，残余奥氏体的含量在8％～15％，组织细化，均匀性好，碳化物长度不超过50μm。
采用本发明的热处理方法，得到的高铬铸铁工作层的组织细化均匀性好，在使用过程中，可以减少应力集中，无掉块现象发生，而且Cu的加入，可以提高组织的耐腐蚀性能力。同时，在加入Cu增加耐腐蚀性的同时，并非一味增加硬度，而是通过加入V和Ti增加硬度的同时，细化晶粒，减少腐蚀点，避免应力集中，而且保留一定含量的奥氏体，用以为阻挡微裂纹的扩展，增加韧性和耐磨性。
但是，在腐蚀工况下，腐蚀与磨损之间存在互相作用，在化工用高铬铸铁轧辊使用过程中，磨损增加有助于增加表面缺陷而加速腐蚀；而在腐蚀介质的作用下，化工用高铬铸铁轧辊表面形成疏松的腐蚀产物发生组织的选择性腐蚀，都会导致材料的耐磨性能降低。单纯经过热处理的轧辊，在腐蚀工况下，仍然会有点腐蚀的现象存在。
为了进一步避免点腐蚀，本发明的化工用高铬铸铁轧辊在热处理后，进一步配合激光强化。经过激光强化及回火后，不仅能够增加硬度，而且能够进一步细化组织的晶粒，更有助于形成位错、挛晶等微观结构。进一步堵塞了微裂纹的扩展通道，避免了腐蚀产生的表面缺陷，进一步提高了耐腐蚀性和耐磨性。
附图说明
图1为本发明实施例1的化工用高铬铸铁工作层的铸态组织的SEM图。
图2为本发明实施例1的化工用高铬铸铁工作层热处理前后的XRD图。
图3为本发明实施例1的化工用高铬铸铁工作层热处理后的组织的SEM图。
图4为本发明实施例1的激光强化前的化工用高铬铸铁轧辊在质量百分比浓度为5％的NaCl溶液中进行腐蚀30d的宏观形貌图。
图5为本发明实施例1的激光强化后的化工用高铬铸铁轧辊在质量百分比浓度为5％的NaCl溶液中进行腐蚀30d的宏观形貌图。
图6为本发明实施例1的化工用高铬铸铁工作层不同部位在热处理前后及激光强化后的硬度图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本发明提供一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯。高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
实施例1
化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层按照如下配比配料，C：2.1％、Si：0.4％、Mn：0.5％、Cr：15％、Ni：0.5％、Mo：0.5％、Cu：0.2％、RE:0.01％、V：0.2％、Ti：0.1％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、废铜、钛铁，熔炼温度为1530℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1440℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.5％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.1％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速700r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1530℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1220℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1390℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1150℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1390℃。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为850℃时脱模，出模后，空冷到300℃，然后保温5h，进行去应力退火处理。然后，以9℃/h的速度升温至960℃，保温30min，淬火。然后升温至200℃回火，保温8h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化处理
向热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，然后，采用CO2激光激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光表面强化处理。处理时，控制光斑直径为4mm，激光功率控制在1800W，激光扫描速度为500mm/min，光斑重复率控制在50％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体N2，进行激光强化。然后，将轧辊在200℃二次回火，保温2h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
实施例2
化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层按照如下配比配料，C：2.3％、Si：0.6％、Mn：0.6％、Cr：16％、Ni：0.8％、Mo：0.8％、Cu：0.4％、RE:0.02％、V：1％、Ti：0.2％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、废铜、钛铁，熔炼温度为1550℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1450℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.6％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.2％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速800r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1550℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1230℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1400℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1160℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1400℃。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为830℃时脱模，出模后，空冷到250℃，保温6h，进行去应力退火处理。然后，以10℃/h的速度升温至950℃，保温50min，淬火。然后升温至220℃回火，保温9h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化处理
向热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆吸光材料，然后，采用CO2激光激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光表面强化处理。处理时，控制光斑直径为4.5mm，激光功率控制在1900W，激光扫描速度为600mm/min，光斑重复率控制在55％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体N2，进行激光强化。然后，将轧辊在220℃二次回火，保温2.5h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
实施例3
化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层按照如下配比配料，C：2.4％、Si：0.6％、Mn：0.7％、Cr：17％、Ni：1％、Mo：1％、Cu：0.5％、RE:0.03％、V：1.5％、Ti：0.3％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、废铜、钛铁，熔炼温度为1570℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1480℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.7％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.4％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速900r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1570℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1235℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1400℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1160℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1400℃。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为800℃时脱模，出模后，空冷到200℃，然后保温7h，进行去应力退火处理。然后，以11℃/h的速度升温至940℃，保温60min，淬火。然后升温至230℃回火，保温10h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化处理
向热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆吸光材料，然后，采用CO2激光激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光表面强化处理。处理时，控制光斑直径为5mm，激光功率控制在2000W，激光扫描速度为700mm/min，光斑重复率控制在60％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体N2，进行激光强化。然后，将轧辊在230℃二次回火，保温3h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
实施例4
化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层按照如下配比配料，C：2.6％、Si：0.5％、Mn：0.8％、Cr：18％、Ni：1.5％、Mo：1.5％、Cu：0.6％、RE:0.02％、V：2％、Ti：0.2％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、废铜、钛铁，熔炼温度为1580℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1490℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.5％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速900r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1590℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1240℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1400℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1160℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1400℃。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为850℃时脱模，出模后，空冷到280℃，然后保温8h，进行去应力退火处理。然后，以12℃/h的速度升温至930℃，保温40min，淬火。然后降温至250℃回火，保温8h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化处理
向热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆吸光材料，然后，采用CO2激光激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光表面强化处理。处理时，控制光斑直径为4.5mm，激光功率控制在1900W，激光扫描速度为800mm/min，光斑重复率控制在55％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体N2，进行激光强化。然后，将轧辊在250℃二次回火，保温2.5h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
实施例5
化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼
高铬铸铁工作层按照如下配比配料，C：2.9％、Si：0.8％、Mn：0.6％、Cr：20％、Ni：2％、Mo：2％、Cu：0.8％、RE:0.01％、V：3.0％、Ti：0.4％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、废铜、钛铁，熔炼温度为1600℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水。
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1500℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水。具体的，孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.6％。
步骤二、离心铸造成型
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速1000r/min。
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1600℃。
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1250℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1410℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1170℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1410℃。
浇铸完毕后得到成型轧辊。
步骤三、热处理
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为830℃时脱模，出模后，空冷到300℃，然后保温10h，进行去应力退火处理。然后，以9℃/h的速度升温至920℃，保温60min，淬火。然后升温至250℃回火，保温10h。得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊。
步骤四、激光强化处理
向热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆吸光材料，然后，采用CO2激光激光系统，对化工用高铬铸铁轧辊工作层进行激光表面强化处理。处理时，控制光斑直径为5mm，激光功率控制在2000W，激光扫描速度为800mm/min，光斑重复率控制在50％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体N2，进行激光强化。然后，将轧辊在250℃二次回火，保温2h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
具体的，吸光材料为SiO2为骨料，膨润土为防尘剂，乙二醇为粘结剂，稀土为助剂，无水乙醇为稀释剂。
实施例检验结果。
对实施例1的化工用高铬铸铁轧辊的高铬铸铁工作层的铸态组织进行分析，其SEM图见附图1。
由附图1可见，采用本发明的热处理方法制备的高铬铸铁轧辊，铸态下，其工作层金相为奥氏体为基体，碳化物呈块状或菊花状分布，另有细小颗粒弥散分布在块状碳化物周围的组织，碳化物的长度不超过30μm。
对实施例1的化工用高铬铸铁轧辊的高铬铸铁工作层的热处理前后进行XRD测试，XRD测试结果见附图2。
由附图2可知，铸态下，高铬铸铁工作层组织主要为M7C3型碳化物(Cr,Fe)7C3和残余奥氏体。经过热处理后，组织主要为M7C3型碳化物(Cr,Fe)7C3和马氏体，残余奥氏体含量适中。
对实施例1得到的化工用高铬铸铁轧辊的高铬铸铁工作层热处理后的组织分析，其SEM图见附图3。
由图3可知，热处理后，高铬铸铁工作层组织均匀，碳化物细小。残余奥氏体含量为8％～15％。细化且均匀的组织使得轧辊在使用过程中减少了应力集中，无掉块现象发生。
对实施例1的激光强化前后化工用高铬铸铁轧辊进行腐蚀试验，将激光强化前后的高铬铸铁轧辊在质量百分比浓度为5％的NaCl溶液中进行腐蚀，观察腐蚀30d的宏观形貌。其中激光强化前的宏观形貌结果见附图4和，激光强化后的宏观形貌见附图5。
由附图4和附图5可知，激光强化前的化工用高铬铸铁轧辊在NaCl溶液中腐蚀30d，试样表面出现少量锈斑，主要与局部点腐蚀有关。激光强化后，式样表面无明显锈斑出现。而腐蚀率测试结果显示，激光强化前其腐蚀率为0.034mm/year,激光强化后其腐蚀率为0.024mm/year,耐腐蚀率好。
对实施例1的化工用高铬铸铁轧辊的高铬铸铁工作层不同位置进行硬度测试，附图6为热处理前后及激光强化后高铬铸铁工作层的不同位置的硬度。热处理后，高铬铸铁工作层的硬度达到55～57之间，激光强化后，硬度达到60～62之间。
对实施例1的激光强化前后的高铬铸铁轧辊工作层进行磨损失重测试。在磨损试验机上进行磨粒磨损实验30min后，激光强化前，失重为0.05g/g，激光强化后，这一数值为0.03g/g。这是由于高铬铸铁工作层组织均匀，碳化物呈块状，分布均匀，且有相当数量的残余奥氏体缓冲微裂纹，具有良好硬度的同时，具有一定的韧性，因此具有良好的耐磨性。而激光强化显然更有利于轧辊耐磨性的提高。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出任何的修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种化工用高铬铸铁轧辊，包括高铬铸铁工作层和球墨铸铁辊芯，其特征在于：高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为：C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁。
2.一种化工用高铬铸铁轧辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、熔炼：
高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比为，C：2.1～2.9％、Si：0.4～0.8％、Mn：0.5～0.8％、Cr：15～20％、Ni：0.5～2％、Mo：0.5～2％、V：0.2～3.0％、Ti：0.1～0.4％、Cu：0.2～0.8％、RE:0.01～0.03％、P：<0.15％、S：<0.15％，余量为铁；
按照高铬铸铁工作层的化学成分及其质量百分比配料，进行高铬铸铁工作层铁水的熔炼，在中频感应炉中按照高铬铸铁工作层的元素质量百分含量加入生铁、废辊、废钢、白铁屑、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、钛铁、废铜，熔炼温度为1530℃～1600℃，并加入RE精炼调质，调整成分合格后，得到高铬铸铁工作层铁水；
球墨铸铁辊芯铁水的熔炼，在中频感应炉中熔炼球墨铸铁辊芯铁水，熔炼温度为1440℃～1500℃，并向其中加入球化剂和孕育剂对其进行球化和孕育处理，调整成分合格后，得到球墨铸铁辊芯铁水；
孕育剂为硅钡，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为0.5～0.8％，球化剂为钇基重稀土，在球墨铸铁辊芯中的质量百分含量为1.1～1.6％；
步骤二、复合离心铸造成型：
使用卧式离心机浇铸高铬铸铁轧辊，卧式离心机转速为700～1000r/min；
浇铸高铬铸铁工作层，将高铬铸铁工作层铁水注入离心机铸型内，浇铸温度为1530℃～1600℃；
浇铸球墨铸铁辊芯，球墨铸铁辊芯分两次浇铸，待高铬铸铁工作层的内壁温度冷却至1220℃～1250℃，进行第一次浇铸，浇铸温度为1390℃～1410℃，浇铸质量为球墨铸铁辊芯总质量的三分之一，待第一次浇铸的球墨铸铁辊芯温度冷却至1150～1170℃时，浇铸余量的球墨铸铁辊芯铁水，浇铸温度为1390～1410；
浇铸完毕后得到成型轧辊；
步骤三、热处理：
将步骤二中得到的成型轧辊在其工作层表面温度为800～850℃时脱模，出模后，空冷到200℃～300℃，然后保温5～10h，进行去应力退火处理，然后，以9～12℃/h的速度升温至920～960℃，保温30～60min，淬火，然后升温至200～250℃回火，保温8～10h，得到热处理后的化工用高铬铸铁轧辊；
步骤四、激光强化：
在热处理后的化工用高铬铸铁轧辊工作层表面涂覆吸光材料，涂覆厚度为0.05～0.1mm，然后，采用CO2激光系统，对高铬铸铁轧辊工作层进行激光强化处理，处理时，控制光斑直径为4～5mm，激光功率控制在1800～2000W，激光扫描速度为500～800mm/min，光斑重复率控制在50～60％，离焦量为-200μm，加工的同时喷射惰性气体，进行激光强化，然后，将轧辊在200～250℃二次回火，保温2～3h，得到化工用高铬铸铁轧辊。
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