CN110000362B - 一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法 - Google Patents

一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，属于轧钢技术领域。采用电炉分别熔炼外层高速钢钢水和辊芯铁水，先在电炉内熔炼轧辊外层高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23‑10.67％W,1.76‑1.94％Mo,2.81‑2.97％C,<0.035％P,<0.030％S,6.15‑6.42％Cr,2.27‑2.46％Nb,2.24‑2.41％Si,0.64‑0.83％Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质，然后将钢水升温至1653‑1677℃，依次加入铝和钒铁，再在钢包内加入多元合金颗粒，并在立式离心机上浇注成轧辊，经热处理后，具有良好的强韧性和优异的耐磨性，用于轧制高强度低合金热轧螺纹钢，使用效果优异。

Description

一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法
技术领域
本发明公开了高速钢耐磨轧辊及其制造方法，特别涉及高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，属于轧钢技术领域。
背景技术
轧辊是轧钢生产中的重要消耗部件，轧辊的性能对轧机的生产效率和轧材的表面质量有重要影响。开发新型轧辊材料，提高轧辊使用寿命的研究引起了国内外的普遍关注。常用的热轧辊材料主要有半钢、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、高铬钢和高速钢等。
为了进一步提高轧辊性能，中国发明专利CN 107350456公开了一种高耐磨轧辊的制备工艺，具体包括如下步骤；选用ZG35SiMn作为母体，并将其投入高温熔炉内熔融成金属液，熔融温度为1560-1600℃；再在模具内部的侧壁上涂覆 1-2mm的耐磨合金粉，随后将上述金属液迅速浇铸至模具内，使得金属液覆盖位于模具侧壁上的耐磨合金粉；采用冷却气枪对模具表面进行风冷处理，从而带动对模具内部的金属液冷却，从而降温成型，并且将模具侧壁上的耐磨合金粉融入产品表面，最终得到高耐磨轧辊，通过上述方式，该发明能够使得制备所得的轧辊具备有极高的耐磨性能，铸造成本低，制备方便、简单。中国发明专利CN107497859还公开了一种耐磨轧辊，其特征在于，包括辊轴、包覆在辊轴周向上的辊主体层和包覆在辊主体层周向表面的辊面层，所述的耐磨轧辊将辊面层和辊主体层通过离心铸造复合而成辊套，然后将辊套经机加工后与辊轴热装复合于一体。该发明所述的耐磨轧辊通过调整轧辊的成分配比并采用复合层的结构，有效提高轧辊的力学性能，提高轧辊的耐磨性能，硬度高、均匀性好，使用寿命长，制作方便，具有优异的耐磨性和良好的抗热疲劳性能，有效降低维护更换频率和成本，保障生产效率。中国发明专利CN 107034411还公开了一种耐磨轧辊及其制备方法，采用感应电炉熔炼，采用废钢、生铁、铬铁、镍板、钨铁、铌铁、硅铁、锰铁和金属铝配料，先将钨铁、铌铁、废钢、生铁和镍板在炉内混合加热熔化，上述材料全部熔化后加入铬铁、硅铁、锰铁和金属铝，铁水随后在浇包内进行复合变质处理，并在1437～1470℃浇入铸型，得到轧辊产品，经375～425℃，保温10～15小时的去应力处理后，轧辊具有硬度高和耐磨性好的特点，推广应用具有良好的使用效果。中国发明专利CN101412096还公开了一种原生柱/带状硬质点复合耐磨轧辊的制备方法，该方法制备的复合耐磨轧辊由芯部和表面耐磨层构成，芯部材料选用韧性高的钢材质，表面耐磨层由高硬度柱/带状硬质点和高韧性金属材料复合而成。首先机加工出轧辊芯部，再用高合金粉芯丝/带材 (注：带材可由丝材压制而成)在轧辊芯部表面支撑架上编织出一定厚度的丝/ 带材骨架并绑扎或焊接固定好，将编织好的预制件放入浇铸型腔中，利用高温钢液进行浇铸，对高合金粉芯丝/带材进行铸渗、烧结或溶化，在一定温度区间内，合金元素进行短程扩散，在轧辊表面实现高硬度柱/带状硬质点与高韧性基体金属两部分的冶金结合，形成内含一定比例的柱/带状硬质点的表面硬质点耐磨复合层。
中国发明专利CN 107475641还公开了一种高速钢轧辊及其制备方法，通过优化高速钢成分，采用离心复合浇注方式分别浇注辊身外层、中间层和芯部，再经过淬火和二次回火处理，得高速钢轧辊；所述辊身外层包括以下重量百分比组分：C：1.5％～2.5％，Si：0.5％～1.5％，Mn：0.5％～1.2％，V：2％～5％， Cr：3％～8％，Ni：0.6％～1％，Mo：2％～5％，W：0.5％～2％，Zr：0.5％～ 2％，N：0.1％～0.5％，余量Fe。通过该方法制得的高速钢轧辊，辊身外层合金组织中含有均匀分布V(C，N)等耐磨粒子，使碳化物得到细化，且鱼骨状M7C3碳化物含量减少，从而轧辊的冲击韧性得到显著提高，力学性能也得到改善。中国发明专利CN 109454114还公开了一种棒材轧机切分机架用高速钢轧辊，其结构具有上下对称设置的上辊和下辊，所述的上辊和下辊均包括辊体、辊颈和传动部，所述的辊体两端固定设置辊颈，所述的辊颈的一侧均固定设置传动部；所述的辊体外壁上沿长度方向均设置若干三切分组件，所述的三切分组件包括弧形凹槽和圆弧刀尖；所述的辊体上沿长度方向开设四道弧形凹槽，所述的圆弧刀尖设置在弧形凹槽与弧形凹槽连接处。该棒材轧机切分机架用高速钢轧辊，结构简单，采用三切分设计，大大提高整体加工效率和加工质量；其加工工艺合理，增加轧辊切分刀尖的红硬性、耐磨性、超强韧性和抗热疲劳裂纹的综合性能，从而延长轧辊的使用寿命。中国发明专利CN 105483353还公开了一种高碳高速钢轧辊的差温热处理方法，包括以下工艺步骤，首先进行辊身表面检查，检查合格后进行工艺准备，将准备好的轧辊进行预热处理至630～680℃保温20～25h，然后转至差温炉以3～4℃/min的升温速度加热至800±50℃保温20min，再以小于15℃ /min的升温速度加热到1100～1200℃进行保温，保温120～180min；转至冷却机，进行淬火冷却，冷却完成后进行回火处理。采用所述差温热处理方法处理的轧辊具有很好的硬度均匀性，轧辊整体的强度和韧性得到了保证。中国发明专利CN 106884118还公开了一种锻造电渣复合高速钢轧辊及其制造方法，轧辊中外层的化学组分及其质量百分含量为：碳0.70～1.50％，硅0.20～1.20％，锰0.20～1.00％，铬4.00～12.00％，钼2.00～6.00％，钒1.00～4.00％，钨0.80～4.00％，镍≤0.80％，磷≤0.02％，硫≤0.02％，其余为铁。制作方法包括筒状电极的成型，锻造复合钢坯、预备热处理、机加工和最终热处理步骤。制得的成品，辊身表层硬度为80～100HSD，外层具有优异的耐磨性、高粗糙度保持能力和高组织稳定性等，芯部及辊颈硬度为30～45HSD，具有优异的韧性、高的抗拉强度。
中国发明专利CN 102994692还公开了一种高硼高速钢轧辊材料及其冶炼方法，采用Q235废钢、钨铁、钼铁、钒铁、高碳铬铁、金属铜、金属铝、硅钙合金、稀土硅铁镁合金、铌铁、硼铁、硅铁、钒氮合金、锆硅铁和钛铁作为组分原料，先在电炉内冶炼低合金高速钢钢水，然后，在出炉过程中加入钒铁和部分硼铁进行合金化，在浇包内加入部分硼铁和复合变质剂，并在浇注过程中，随流加入钒氮合金、锆硅铁、硅铁和部分硼铁。所得铸件贵重合金元素加入量少，却具有优异的耐磨性和良好的抗热疲劳性能，作为轧辊使用时，其寿命比高镍铬无限铸铁轧辊提高6倍以上，比高钒高速钢轧辊提高20％，且轧辊使用安全、可靠。中国发明专利CN 102990031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 102615108还公开了一种离心铸造高速钢复合轧辊及其制造方法。复合轧辊由外层高速钢、中间层石墨钢和芯部高强度球铁通过离心复合而成。该发明是在现有高碳高钒高速钢轧辊基础上，适当降低钒含量，同时加入铌元素，且Nb/V控制在0.3-0.5，使Nb 与V形成复合碳化物(V，Nb)C，从而避免了在离心力作用下形成偏析。高速钢复合轧辊的辊芯采用高强度球墨铸铁，为防止浇注球铁时与外层高速钢熔合混入 Cr，B等引起脆化的元素，在外层和辊芯之间浇注多元石墨钢中间层。为防止轧辊离心铸造过程中出现裂纹，对辊面高速钢材料和中间层石墨钢进行细化组织的微合金化处理，达到提高轧辊材料抗热裂能力的目的。该发明轧辊综合性能高，使用寿命长，有很好的经济效益。中国发明专利CN 102634733还公开了一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法。辊身采用含硼高速钢，辊心采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造，实现冶金结合。辊身在高钨高速钢基础上，降低铬含量，并加入硼元素，适量的钾、钠、钙、钡、锌、镁、镧和铈等微合金元素。辊身在加热炉内加热并保温后置控冷装置中，辊颈涂有绝热材料并置控冷装置外，按喷雾淬火工艺1喷雾冷却，然后再按喷雾淬火工艺2喷雾冷却至温度低于160℃，自然空冷，当辊面温度回升至300℃以上时，重新按喷雾淬火工艺2喷雾冷却，如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，空冷至室温。该发明辊面硬度高，辊面硬度均匀性好，轧辊耐磨性好，使用寿命长。中国发明专利CN 102107215还公开了一种资源节约型含硼高速钢复合轧辊及其制备方法，由外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。其外层各种原料组成：35－ 40％高速钢轧辊的合金铁屑、20－25％高铬铸铁轧辊的合金铁屑、15－ 20％高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、4－8％钨渣铁合金、1.0－1.5％硼铁、1.0－1.2％低碳锰铁、0.15－0.25％钛铁、0.2 －0.3％钇基重稀土硅铁合金、0.25－0.30％氮化铬铁、0.2－0.3％镁铝钙合金，余量是低碳废钢片。辊芯是球墨铸铁。该发明复合轧辊具有良好的综合力学性能和耐磨性，且以轧辊加工残渣为主要原料，具有节约资源和成本低廉等特点，推广应用具有良好的经济和社会效益。中国发明专利CN108588565 还公开了一种含铝高硼高速钢轧辊材料及其制造方法，其化学成分的质量百分比为：1.3-1.8％B，0.4-0.7％C，3.0-6.0％Cr，1.3-1.8％Mo，0.8-1.3％Al，0.8-1.3％ Si，1.4-1.9％V，0.9-1.4％Mn，0.006-0.010％RE，0.030-0.070％Mg，S≤0.04％，P≤0.04％，Fe余量。利用电炉熔炼，采用砂型铸造成型，经变质处理、淬火和回火热处理后，其硬度达到61.7-63.1HRC，耐磨性好，冲击韧性提高120％以上。钢中不含昂贵的钨、钴元素，钒、钼元素的含量也较少，生产成本低廉。中国发明专利CN 106282820还公开了一种含石墨的高速钢轧辊制造方法，该发明在传统高速钢组分中引入了B、N化学元素，工作层基体组织中弥散分布着面积总百分比20-35％的MC型和/或M2C型的、点状和/或块状的高硬合金碳化物、氮化物、硼化物；并通过先碳、氮、硼化物变质处理，再石墨变质孕育处理这两步，在原组织内析出石墨，从而使得高速钢轧辊除保留了传统高速钢特有的高温抗磨的优点外，同时还解决了原传统高速钢轧辊摩擦系数大的问题，充分发挥高速钢的耐磨性能，起到在轧制中轧辊与工件间的润滑作用，阻止粘钢现象的发生。
但是，目前已公开的各种耐磨轧辊，普遍存在硬度低和耐磨性差的不足，开发成功的各种高速钢轧辊，尽管硬度高，在带钢热轧机上获得了很好的使用效果，但是用于轧制高强度低合金热轧螺纹钢时，由于轧材在进入成品机架前，需要进行喷水冷却，导致轧材表面温度下降，强度提高，从而使轧材变形抗力显著增大，导致轧辊寿命急剧下降。
发明内容
为了克服热轧螺纹钢时轧辊使用过程中存在的上述不足，本发明在普通高速钢轧辊中，通过增加钨、钒含量，实现轧辊耐磨性的大幅度提高，本发明可以通过以下工艺步骤来实现：
①先在电炉内熔炼轧辊外层(辊身)高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23-10.67％W,1.76-1.94％Mo,2.81-2.97％C,<0.035％P, <0.030％S,6.15-6.42％Cr，2.27-2.46％Nb,2.24-2.41％Si,0.64-0.83％Mn,余量为Fe 及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1653-1677℃，保温3.0-4.0分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的1.8-2.0％；继续保温 3.0-4.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸12-16mm、经900-950℃预热150-180分钟的钒铁，钒铁加入量占炉内钢水质量分数的10.5-11.2％，钒铁入炉后继续保温 10-12分钟，然后将钢水出炉到钢包；
②钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.29-8.64％Ce,15.33-15.70％V, 12.78-13.66％Al,2.17-2.35％Mg,2.07-2.34％N,2.61-2.97％Ta,5.63-5.80％K, 14.55-14.92％Si,5.70-5.95％Zr,6.04-6.38％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质；多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的1.8-2.0％；钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1439-1463℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层，铸型转速1100-1150转/分钟；铸型材质是灰铸铁，壁厚 270-300mm，铸型预热温度160-180℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度2.0-3.2mm；外层浇注完毕7-10分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层内表面温度，当温度为1235-1290℃时，浇入辊芯铁水，辊芯铁水的化学组成及其质量分数是3.07-3.21％C,1.71-1.88％Si,0.54-0.77％Mn, 0.25-0.38％Ni,0.08-0.13％Sn,0.04-0.08％Sb,0.31-0.42％Mo,0.07-0.11％Nb, 1.24-1.37％Cu,0.07-0.13％Ti,0.04-0.08％Y,0.03-0.07％Ca,<0.035％S,<0.040％P, 余量为Fe及其他不可避免的杂质；辊芯铁水浇注温度为1317-1344℃；
③辊芯铁水浇注完毕24-30h后，取出轧辊进保温炉或缓冷坑；
④轧辊经清砂和打磨后，在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至1050-1080℃，加热升温速度为28-30℃/h，保温3-5h后出炉，出炉后立即喷水雾冷却轧辊外层，轧辊外层冷却速度控制在25-28℃/分钟；当轧辊外层温度降至 350-420℃时，再入炉以25-30℃/h的升温速度加热至520-530℃，保温10-11h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊。
如上所述钒铁的化学组成及其质量分数为79.33-80.96％V,0.64-0.97％Si,0.37-0.65％Al,0.07-0.21％C,<0.06％P,<0.05％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质。
本发明高钨钒高速钢耐磨轧辊先在电炉内熔炼轧辊外层(辊身)高速钢和辊芯铁水，操作工艺简便，效率高，成分易于控制准确。将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23-10.67％W,1.76-1.94％Mo,2.81-2.97％C,<0.035％P, <0.030％S,6.15-6.42％Cr,2.27-2.46％Nb,2.24-2.41％Si,0.64-0.83％Mn,余量为Fe 及其他不可避免的杂质。其中含有10.23-10.67％W和2.81-2.97％C，可以生成高硬度的W6C，有利于提高轧辊耐磨性。加入6.15-6.42％Cr、1.76-1.94％Mo和 2.27-2.46％Nb，可以进一步提高轧辊耐磨性。特别是加入2.24-2.41％Si，可以减少铸态组织中马氏体和贝氏体数量，确保轧辊外层在铸态下，不经过退火软化处理，可以直接进行粗加工，由此可以节能降耗，并提高轧辊生产效率。然后将钢水升温至1653-1677℃，保温3.0-4.0分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的1.8-2.0％。炉内加入占炉内钢水质量分数的1.8-2.0％铝，除了起脱氧作用外，铝的加入，一方面可以降低轧辊铸态硬度，改善轧辊粗加工性能；另一方面，铝的加入可以提高轧辊抗氧化性；铝加入高速钢轧辊中，主要溶入基体，提高基体红硬性。继续保温3.0-4.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸 12-16mm，经900-950℃预热150-180分钟的钒铁，钒铁的化学组成及其质量分数为79.33-80.96％V,0.64-0.97％Si,0.37-0.65％Al,0.07-0.21％C,<0.06％P, <0.05％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质。钒铁加入量占炉内钢水质量分数的 10.5-11.2％，钒铁入炉后继续保温10-12分钟，然后将钢水出炉到钢包。炉内加入钒铁，可以与钢水中的碳化合，生成高硬度的VC，可以进一步促进高速钢轧辊耐磨性的提高。在钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是 5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.29-8.64％Ce,15.33-15.70％V, 12.78-13.66％Al,2.17-2.35％Mg,2.07-2.34％N,2.61-2.97％Ta,5.63-5.80％K, 14.55-14.92％Si,5.70-5.95％Zr,6.04-6.38％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质，多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的1.8-2.0％。钢水进入钢包后，与钢包底部的多元合金颗粒会产生剧烈的化学反应，促进高速钢凝固组织的细化和网状W6C的孤立分布，从而显著提高轧辊强韧性。
钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1439-1463℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层(辊身)，铸型转速1100-1150转/ 分钟，可以确保轧辊外层凝固组织致密。铸型材质是灰铸铁，导热性好，有利于轧辊组织的细化，壁厚270-300mm，铸型预热温度160-180℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度2.0-3.2mm。轧辊外层浇注完毕7-10分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(辊身)内表面温度，当温度为1235-1290℃时，浇入辊芯铁水，辊芯铁水浇注温度为1317-1344℃，使轧辊外层与辊芯实现良好的冶金结合。辊芯铁水的化学组成及其质量分数是 3.07-3.21％C,1.71-1.88％Si,0.54-0.77％Mn,0.25-0.38％Ni,0.08-0.13％Sn, 0.04-0.08％Sb,0.31-0.42％Mo,0.07-0.11％Nb,1.24-1.37％Cu,0.07-0.13Ti, 0.04-0.08％Y,0.03-0.07％Ca,<0.035％S,<0.040％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质。其中加入0.08-0.13％Sn和0.04-0.08％Sb，可以改善石墨形态，有利于提高辊芯强度，防止轧辊使用中发生断辊事故。加入0.25-0.38％Ni、0.31-0.42％Mo、 0.07-0.11％Nb、1.24-1.37％Cu和0.04-0.08Y，可以提高辊芯的高温强度，防止辊芯高温热处理过程中石墨和基体组织恶化，导致辊芯综合力学性能下降。加入 0.07-0.13Ti、0.04-0.08Y、0.03-0.07％Ca，可以细化辊芯组织，并改变辊芯中夹杂物形态和分布。辊芯铁水浇注完毕24-30h后，取出轧辊进保温炉或缓冷坑，用于消除轧辊内应力。
轧辊经清砂和打磨后，由于轧辊外层中含有较多的硅和铝，铸态下硬度低，在铸态下可以直接进行粗加工。粗加工后的轧辊在加热炉中加热至1050-1080℃，实现奥氏体化。为了防止轧辊淬火加热过程中内应力过大，将加热升温速度控制在28-30℃/h。保温3-5h后出炉，立即喷水雾冷却轧辊外层，轧辊外层冷却速度控制在25-28℃/分钟。由于轧辊外层中含有较多的硅和铝，而硅和铝会降低轧辊淬透性，因此轧辊淬火冷却过程中，需要喷水雾冷却轧辊外层，并将轧辊外层冷却速度控制在25-28℃/分钟。当轧辊外层温度降至350-420℃时，再入炉以 25-30℃/h的升温速度加热至520-530℃，主要是为了消除轧辊的内应力，确保轧辊使用安全。保温10-11h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明轧辊外层(辊身)和辊芯实现良好冶金结合；
2)本发明轧辊由于外层中加入较多的硅和铝，在铸态下硬度低，不经软化退火，可以直接进行粗加工，生产效率高，且节能环保；
3)本发明轧辊外层(辊身)硬度高，大于84HSD，硬度均匀性好，小于2HSD，韧性好，冲击韧性大于15J/cm2，辊芯抗拉强度高，大于650MPa；
4)本发明轧辊具有优异的使用性能，用于轧制高强度低合金热轧螺纹钢时，当轧材在进入成品机架前，进行喷水冷却，导致轧材表面温度下降，强度提高，从而使轧材变形抗力显著增大，也表现出优异的耐磨性，用于轧制
Figure BDA0002023308210000081
高强度低合金热轧螺纹钢的成品机架上，单槽平均过钢量达到500吨以上，相同使用条件下，普通高速钢轧辊的单槽平均过钢量只有350吨。推广本发明高钨钒高速钢耐磨轧辊，使用安全可靠，可以提高轧机作业率，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1高钨钒高速钢耐磨轧辊
1-外层(辊身)，2-辊芯
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：
一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，采用电炉分别熔炼外层(1)高速钢钢水和辊芯(2)铁水，具体制备工艺步骤来是：
①先在1000公斤中频感应电炉内熔炼轧辊外层(1)高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.48％W,1.86％Mo,2.88％C,0.028％P,0.021％S, 6.33％Cr,2.38％Nb,2.29％Si,0.67％Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1667℃，保温3.5分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的1.9％；继续保温4.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸12-16mm，经920℃预热170分钟的钒铁，钒铁的化学组成及其质量分数为80.41％V,0.80％Si, 0.54％Al,0.17％C,0.053％P,0.038％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质；钒铁加入量占炉内钢水质量分数的11％，钒铁入炉后继续保温11分钟，然后将钢水出炉到钢包；
②钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.47％Ce,15.66％V,13.27％Al,2.23％Mg, 2.27％N,2.68％Ta,5.72％K,14.74％Si,5.81％Zr,6.30％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质；多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的1.9％；钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1453℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层(1)，铸型转速1120转/分钟；铸型材质是灰铸铁，壁厚280mm，铸型预热温度175℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度2.8mm；外层(1)浇注完毕8分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(1)内表面温度，当温度为1260-1267℃时，浇入辊芯(2) 铁水，辊芯(2)铁水的化学组成及其质量分数是3.18％C,1.76％Si,0.59％Mn, 0.29％Ni,0.11％Sn,0.07％Sb,0.35％Mo,0.09％Nb,1.28％Cu,0.09％Ti,0.05％Y, 0.06％Ca,0.021％S,0.035％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质；辊芯(2)铁水浇注温度为1337℃；
③辊芯(2)铁水浇注完毕28h后，取出轧辊进保温炉；
④轧辊经清砂和打磨后，在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至 1060℃，加热升温速度为29℃/h，保温4h后出炉，出炉后立即喷水雾冷却轧辊外层(1)，轧辊外层(1)冷却速度控制在26℃/分钟；当轧辊外层(1)温度降至380-390℃时，再入炉以28℃/h的升温速度加热至525℃，保温10h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊，轧辊力学性能见表1。
实施例2：
一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，采用电炉分别熔炼外层(1)高速钢钢水和辊芯(2)铁水，具体制备工艺步骤来是：
①先在1500公斤中频感应电炉内熔炼轧辊外层(1)高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23％W,1.94％Mo,2.81％C,0.031％P,0.024％S, 6.15％Cr,2.46％Nb,2.24％Si,0.83％Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1653℃，保温4.0分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的1.8％；继续保温3.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸12-16mm，经900℃预热180分钟的钒铁，钒铁的化学组成及其质量分数为79.33％V,0.97％Si, 0.37％Al,0.21％C,0.048％P,0.035％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质；钒铁加入量占炉内钢水质量分数的10.5％，钒铁入炉后继续保温11分钟，然后将钢水出炉到钢包；
②钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.64％Ce,15.33％V,13.66％Al,2.17％Mg, 2.34％N,2.97％Ta,5.63％K,14.92％Si,5.70％Zr,6.38％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质；多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的2.0％；钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1463℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层(1)，铸型转速1150转/分钟；铸型材质是灰铸铁，壁厚300mm，铸型预热温度160℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度3.2mm；外层(1)浇注完毕10分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(1)内表面温度，当温度为1284-1290℃时，浇入辊芯(2) 铁水，辊芯(2)铁水的化学组成及其质量分数是3.21％C,1.71％Si,0.77％Mn, 0.25％Ni,0.13％Sn,0.04％Sb,0.42％Mo,0.07％Nb,1.37％Cu,0.07％Ti,0.08％Y, 0.03％Ca,0.031％S,0.033％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质；辊芯(2)铁水浇注温度为1344℃；
③辊芯(2)铁水浇注完毕24h后，取出轧辊进缓冷坑；
④轧辊经清砂和打磨后，在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至 1050℃，加热升温速度为28℃/h，保温5h后出炉，出炉后立即喷水雾冷却轧辊外层(1)，轧辊外层(1)冷却速度控制在28℃/分钟；当轧辊外层(1)温度降至350-360℃时，再入炉以25℃/h的升温速度加热至520℃，保温11h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊，轧辊力学性能见表1。
实施例3：
一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，采用电炉分别熔炼外层(1)高速钢钢水和辊芯(2)铁水，具体制备工艺步骤来是：
①先在1000公斤中频感应电炉内熔炼轧辊外层(1)高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.67％W,1.76％Mo,2.97％C,0.030％P,0.023％S, 6.42％Cr,2.27％Nb,2.41％Si,0.64％Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1677℃，保温3.0分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的2.0％；继续保温4.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸12-16mm，经950℃预热150分钟的钒铁，钒铁的化学组成及其质量分数为80.96％V,0.64％Si, 0.65％Al,0.07％C,0.055％P,0.047％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质；钒铁加入量占炉内钢水质量分数的11.2％，钒铁入炉后继续保温12分钟，然后将钢水出炉到钢包；
②钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.29％Ce,15.70％V,12.78％Al,2.35％Mg, 2.07％N,2.61％Ta,5.80％K,14.55％Si,5.95％Zr,6.04％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质；多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的1.8％；钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1439℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层(1)，铸型转速1100转/分钟；铸型材质是灰铸铁，壁厚270mm，铸型预热温度180℃，并在此温度下喷刷涂料(涂料是铸造生产中常用的，主要是保护金属型，易于脱模，一般为常用锆英粉涂料)，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度2.0mm；外层(1)浇注完毕7分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(1)内表面温度，当温度为1235-1239℃时，浇入辊芯(2) 铁水，辊芯(2)铁水的化学组成及其质量分数是3.07％C,1.88％Si,0.54-％Mn, 0.38％Ni,0.08％Sn,0.08％Sb,0.31％Mo,0.11％Nb,1.24％Cu,0.13％Ti,0.04％Y, 0.07％Ca,0.031％S,0.036％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质；辊芯(2)铁水浇注温度为1317℃；
③辊芯(2)铁水浇注完毕30h后，取出轧辊进保温炉；
④轧辊经清砂和打磨后，在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至 1080℃，加热升温速度为30℃/h，保温3h后出炉，出炉后立即喷水雾冷却轧辊外层(1)，轧辊外层(1)冷却速度控制在25℃/分钟；当轧辊外层(1)温度降至410-420℃时，再入炉以30℃/h的升温速度加热至530℃，保温10h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊，轧辊力学性能见表1。
表1高钨钒高速钢耐磨轧辊力学性能
Figure BDA0002023308210000121
本发明轧辊外层(辊身)和辊芯实现了牢固的冶金结合，确保轧辊使用中不会发生剥落和开裂事故。本发明轧辊由于外层中加入较多的硅和铝，在铸态下硬度低，不经软化退火，可以直接进行粗加工，生产效率高，且节能环保。本发明轧辊外层(辊身)硬度高，大于84HSD，硬度均匀性好，小于2HSD，韧性好，冲击韧性大于15J/cm2，辊芯抗拉强度高，大于650MPa，具有优异的综合力学性能。用于轧制高强度低合金热轧螺纹钢时，当轧材在进入成品机架前，进行喷水冷却，导致轧材表面温度下降，强度提高，从而使轧材变形抗力显著增大，本发明轧辊在此恶劣工况下也表现出优异的耐磨性，用于轧制
Figure BDA0002023308210000131
高强度低合金热轧螺纹钢的成品机架上，本发明轧辊的单槽平均过钢量达到500吨以上，相同使用条件下，普通高速钢轧辊的单槽平均过钢量只有350吨，本发明轧辊的使用寿命明显优于普通高速钢轧辊。推广本发明高钨钒高速钢耐磨轧辊，使用安全可靠，可以提高轧机作业率，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种高钨钒高速钢耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①先在电炉内熔炼轧辊外层即辊身的高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23-10.67％W,1.76-1.94％Mo,2.81-2.97％C,<0.035％P,<0.030％S,6.15-6.42％Cr，2.27-2.46％Nb,2.24-2.41％Si,0.64-0.83％Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质；然后将钢水升温至1653-1677℃，保温3.0-4.0分钟后，往炉内加入金属铝，金属铝加入量占炉内钢水质量分数的1.8-2.0％；继续保温3.0-4.0分钟，然后往炉内加入颗粒尺寸12-16mm、经900-950℃预热150-180分钟的钒铁，钒铁加入量占炉内钢水质量分数的10.5-11.2％，钒铁入炉后继续保温10-12分钟，然后将钢水出炉到钢包；
②钢包底部预先放入了多元合金颗粒，多元合金颗粒的尺寸是5-8mm，多元合金颗粒的化学组成及其质量分数是8.29-8.64％Ce,15.33-15.70％V,12.78-13.66％Al,2.17-2.35％Mg,2.07-2.34％N,2.61-2.97％Ta,5.63-5.80％K,14.55-14.92％Si,5.70-5.95％Zr,6.04-6.38％Ca,余量为Fe及其他不可避免的杂质；多元合金颗粒加入量占进入钢包内钢水质量分数的1.8-2.0％；钢包内钢水经扒渣静置后，当温度降至1439-1463℃时，将钢水浇入立式离心机上高速旋转的金属铸型内，获得轧辊外层，铸型转速1100-1150转/分钟；铸型材质是灰铸铁，壁厚270-300mm，铸型预热温度160-180℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于140℃；涂料厚度2.0-3.2mm；外层浇注完毕7-10分钟后，用非接触式测温仪测量轧辊外层内表面温度，当温度为1235-1290℃时，浇入辊芯铁水，辊芯铁水的化学组成及其质量分数是3.07-3.21％C,1.71-1.88％Si,0.54-0.77％Mn,0.25-0.38％Ni,0.08-0.13％Sn,0.04-0.08％Sb,0.31-0.42％Mo,0.07-0.11％Nb,1.24-1.37％Cu,0.07-0.13％Ti,0.04-0.08％Y,0.03-0.07％Ca,<0.035％S,<0.040％P,余量为Fe及其他不可避免的杂质；辊芯铁水浇注温度为1317-1344℃；
③辊芯铁水浇注完毕24-30h后，取出轧辊进保温炉或缓冷坑；
④轧辊经清砂和打磨后，在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至1050-1080℃，加热升温速度为28-30℃/h，保温3-5h后出炉，出炉后立即喷水雾冷却轧辊外层，轧辊外层冷却速度控制在25-28℃/分钟；当轧辊外层温度降至350-420℃时，再入炉以25-30℃/h的升温速度加热至520-530℃，保温10-11h后，炉冷至120℃以下出炉空冷至室温，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到高钨钒高速钢耐磨轧辊。
2.按照权利要求1所述的一种高钨钒高速钢耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，所述钒铁的化学组成及其质量分数为79.33-80.96％V,0.64-0.97％Si,0.37-0.65％Al,0.07-0.21％C,<0.06％P,<0.05％S,余量为Fe及其他不可避免的杂质。
3.按照权利要求1所述的一种高钨钒高速钢耐磨轧辊的制备方法，其特征在于，所述的涂料为锆英粉涂料。
4.按照权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的一种高钨钒高速钢耐磨轧辊。
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Denomination of invention: A High Tungsten Vanadium High Speed Steel Wear resistant Roll and Its Manufacturing Method

Effective date of registration: 20221124

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Pledgee: Tongling Wanjiang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jinghu Sub branch

Pledgor: ANHUI HUANBOWAN HIGH SPEED STEEL MILL ROLL Co.,Ltd.

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