CN111893374B - 一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，包括设置在辊身上的辊环，所述的辊身上设置有工作层，其辊环工作层组织为一种含有石墨的贝氏体半钢材质，采用离心复合铸造、离心整体铸造、静态铸造方法生产；使用时与锻钢心轴组合装配在一起，形成用于组合式轧辊。该辊环广泛用于大型万能型钢轧机用水平及立辊上，综合使用寿命较传统半钢、石墨钢、球墨铸铁等提高30～50％以上，具有优良的耐磨性、抗裂纹等使用特性，彻底解决了球墨铸铁辊环易开裂的问题，具有较好的经济性和推广价值。

Description

一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环
技术领域
本发明涉及一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，其辊环工作层采用含有石墨的贝氏体半钢材质，可利用离心复合铸造、离心整体铸造、静态整体铸造方法生产，使用时与锻钢轴组合在一起使用，该含石墨的贝氏体半钢精轧辊环借助于特殊的热处理工艺方法，辊环工作面硬度可达到70-75HSD。该辊环广泛用于大型轨梁、槽、角型材精轧及成品轧制用镶套轧辊，大型H型钢精轧万能水平辊环、立轧辊环，以及矫直机组合轧辊上。可生产外圆直径在Ф500～2500mm，辊环轴向长度L200～1500mm的大型铸造辊环、筒状铸件，该辊环综合使用寿命较传统半钢、石墨钢、球墨铸铁类等材质辊环提高30～50%。
背景技术
现阶段使用的传统辊环材质包括：传统半钢、石墨钢和球墨铸铁辊环三类。
对于传统球墨铸铁辊环及轧辊来说，无论采用离心铸造还是静态铸造；无论是珠光体类还是贝氏体类球墨铸铁材质；存在的主要问题是脆性较大，使用中极易发生辊环炸裂；其次，其硬度落差较大0～150mm常法轧辊及辊环落差在8-10HSD，离心辊环也在5-8HSD；对于有效使用层在200mm以上的使用环境，其硬度落差将超过10HSD以上，因此，球墨铸铁辊环多用于小直径规格的辊环上使用，而且使用时边部倒角处易出现裂纹。
传统半钢、石墨钢轧辊及辊环材质，由于其基体组织均为以珠光体类为主（包括屈氏体、索氏体等），其硬度最高能控制的范围55-65HSD。其硬度落差、抗辊环炸裂问题，以及抗边部裂纹等方面都较球墨铸铁都有了较大程度提高，但其耐磨性能特别是H型钢用水平辊环的侧面耐磨性，与要求还有较大差距。
本发明基于传统半钢、石墨钢材质，通过对C及Cr、Ni、Mo等主要合金元素的再设计研究，保留传统半钢、石墨钢两种轧辊各自的优点，即设计外层组织中含有一定量的石墨（1～2%），适量的合金一次碳化物（10～15%）；基体组织以强韧性较好、耐磨性较高、兼顾良好热稳定性的回火贝氏体为主的基体上，镶嵌大量二次碳化物颗粒。
基于以上设计理念，本发明从合金化、材料的孕育+变质处理、到与之匹配的热处理技术入手，构成了一种新型的含石墨的贝氏体半钢大型型钢精轧辊环新材质。
在制造方法上超大型离心铸造辊环铸造方法，主要包括：立式离心（盘式离心）浇铸方法与卧式离心浇铸方法两大类。
无论是卧式离心铸造还是立式离心铸造，对于超厚工作层（使用工作层≥200mm，离心外层金属液铸造厚度在250～280mm）离心铸造过程，金属液受外金属铸型强制冷却的同时，金属液内表面不可避免的受内腔空气对流散热，实现绝对的顺序凝固几乎不可能，带来的问题是在外层还未完全凝固时，内腔表层金属液已失去补缩能力。导致外层内表层一定深度内（20-30mm）极易出现带有疏松、缩孔的缺陷带，填芯时如不能将其完全溶蚀掉，将保留在铸件本体形成探伤缺陷，辊环使用到中、后期时，易出现结合层缺陷扩展造成生产事故。
为解决该问题，本发明引入了凝固时间与外凝固层厚度的计算模型，提出了外层半固态填芯理念，即：在外层凝固厚度达到使用要求后，外层内表层仍处于未完全凝固的半固态状态下，填入高温的心部金属液，使未完全凝固的半固态状态外层与心部金属液融合，起到内外层缓慢过渡、消除结合层疏松、缩孔的作用，同时起到对外层内表面夹杂缺陷融化上浮的效果，制造出满足客户要求的高质量产品。
另外，本发明通过对立式、卧式离心生产大型辊环优缺点分析，在选用卧式离心制造基础上，为解决卧式离心端盖易破损带来的质量问题，提出了一种适合超大型卧式离心辊环制造的端盖箱加固方法。
其中立式离心：铸件与工装在垂直地面的旋转盘上，其特点：浇铸复合筒状铸件结合层较易控制、但对工装要求精度较高、铸件存在上下厚度差，适合浇铸轴向长度偏短的产品。
卧式离心：铸件与铸型水平放置在四个支撑滚轮组成的离心机上，设备结构简单、铸件无壁厚差、铸件轴向厚度可加工范围较宽，同直径铸件可实现多件连铸、连切，生产效率高。
但卧式离心缺点也较为突出：铸型热膨胀不均匀变形以及滚道磨损易引起离心机共振，安装在旋转铸型两侧的端盖箱，在振动中易破损造成铸件缺陷。
传统卧式离心端盖箱结构及特点：①利用端盖箱壳体内腔燕尾槽及环槽加固内腔耐火混凝土打结材料；②在耐火混凝土内添加钢筋提高混凝土整体结构强度。
如图1和图2所示传统端盖箱及传统改进型钢筋混凝土端盖箱，在旋转体总重30-80吨，300～500转/分转速下，旋转40分钟～3小时，低振幅高频振动使端盖箱内壁环槽接触的混凝土产生粉化松动；加上半固态金属液与铸型间的转速差，粘合在端盖内壁表面的已凝固层带动混凝土产生旋转驱动力，导致混凝土与端盖箱相对滑动、破损，碎块进入未完全凝固的金属液中导致铸件夹渣，严重时出现炮火事故。
为解决超大型筒体铸件端盖箱材料破损问题，本发明一方面从耐火混凝土材料提高高温强度入手；另外从端盖箱及钢筋骨架结构上寻求突破，形成了 “一种超大型卧式离心辊环端盖箱加固方法”
发明内容
本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，该辊环借助于特殊的热处理工艺方法，辊面硬度可控制在70-75HSD，该辊环可生产外圆直径在Ф500～2500mm，轴向长度L200～1500mm的大型铸造辊环、筒状铸件，该辊环综合使用寿命较传统半钢、石墨钢、球墨铸铁等提高30～50%以上，具有优良的耐磨性、抗裂纹等使用特性，彻底解决了球墨铸铁辊环易开裂的问题，具有较好的经济性和推广价值。
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，包括设置在辊身上的辊环，其特征在于：所述的辊环上设置有工作层，所述的工作层是由以下化学成分所组成：C1.8-2.5、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊环有效工作层厚度150-260mm，辊面硬度70-75HSD；
所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的基体组织，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体组织和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2%，一次碳化物的面积百分比为10～15%，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65%，弥 散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20%；
所述的辊环采用离心复合铸造，即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，待外层材质的金属液凝固厚度超过要求工作层使用厚度20mm时，内表层还保留有20～30mm未完全凝固的半固态外层金属液，向在高速旋转的离心铸型中浇入内层低合金石墨钢金属液；
所述的低合金石墨钢是由以下化学成分所组成：C1.2-1.6、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；
所述的辊环在采用离心复合铸造是需要用到一种特殊加固的钢筋混凝土端盖箱结构，该结构包括端盖箱壳体、钢筋混凝土骨架、混凝土填充物和螺栓组成，其螺栓紧固在焊接性较差的端盖箱壳体对应的每一个螺纹孔上面，与端盖箱壳体连接长度30-50mm，外露在混凝土内腔高度为混凝土厚度的1/2～2/3，钢筋采用Φ6-10mm螺纹钢筋，分别焊接在螺栓顶部，构成钢筋混凝土骨架；壳体内腔钢筋混凝土打结料，采用质量比40%的颗粒度在3-10mm铝矾土熟料+20%的颗粒度在0.1-0.01mm熟铝矾土粉料+35%耐火水泥+5%磷酸铝凝胶+适量水混合而成；耐火混凝土打结料填充到带紧固螺栓上焊有钢结构骨架的端盖箱壳体内腔，通过打结捣实、自凝固阴干、经250-500℃烘干后，在于金属液接触的表面涂刷醇基锆英粉涂料点燃，修磨平整。
进一步：所述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及特殊的热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育和变质处理实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百分比的0.03%的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.2-0.3%、SiFe0.3-0.5%孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1%、SiFe0.2-0.3%孕育剂进行随流孕育，同时冲入0.1-0.20%VFe变质剂进行碳化物的变质处理，同时实现对石墨的孕育、一次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理。
又进一步：所述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：
S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；
S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊环留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理。
又进一步：所述的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消除原始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃并保温30小时，完成微区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在780℃保温25小时完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉。
又进一步：所述的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工的一个个单独的辊环，即留有适当热处理加工余量的室温工件，经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15℃/小时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980℃保温6～10小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温20-30小时，吊至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证每一个工件的工作面即辊环的圆柱面与两个侧面有效使用层范围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控制工件表面温度在480～430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏体转变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火转变后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510-530℃保温30～40小时，进行淬火组织回火及消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥偏高时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。
再进一步：所述的外层金属液凝固时间t与厚度h1的计算方法采用：
t= K× (h1+h2+h3)^2
其中：K与半固态凝固常数k的函数关系为K（k）=1/k^2，半固态凝固常数k取值36-40，h1为要求厚度，h2为单边加工量，h3为单边溶蚀量。
采用上述结构后，本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，该辊环借助于特殊的热处理工艺方法，辊面硬度可控制在70-75HSD，该辊环可生产外圆直径在Ф500～2500mm，轴向长度L200～1500mm的大型铸造辊环、筒状铸件，该辊环综合使用寿命较传统半钢、石墨钢、球墨铸铁等提高30～50%以上，具有优良的耐磨性、抗裂纹等使用特性，彻底解决了球墨铸铁辊环易开裂的问题，具有较好的经济性和推广价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为传统离心端盖箱混凝土结构示意图。
图2为传统改进型离心端盖箱钢筋混凝土结构示意。
图3为含石墨的贝氏体半钢精轧H型钢水平轴环装配轧辊示意图。
图4为含石墨的贝氏体半钢离心辊环用端盖箱示意图。
图5为扩散和球化处理过程中温度随着时间的变化图。
图6为淬火和回火处理过程中温度随着时间的变化图。
图7为含石墨的贝氏体半钢精轧辊环外层金相组织示意。
具体实施方式
如图3所示的一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，包括设置在辊身1-1上的辊环1-2，所述的辊环上设置有工作层，所述的工作层是由以下化学成分所组成：C1.8-2.5、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊环有效工作层厚度150-260mm，辊面硬度70-75HSD；该辊环综合使用寿命较传统半钢、石墨钢、球墨铸铁等提高30～50%以上；
如图7所示的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的基体组织，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体组织和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2%，一次碳化物的面积百分比为10～15%，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65%，弥 散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20%；
所述的辊环采用离心复合铸造，即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，待外层材质的金属液凝固厚度超过要求工作层使用厚度20mm时，内表层还保留有20～30mm未完全凝固的半固态外层金属液，向在高速旋转的离心铸型中浇入内层低合金石墨钢金属液；
所述的低合金石墨钢是由以下化学成分所组成：C1.2-1.6、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；
如图4所示的辊环在采用离心复合铸造是需要用到一种特殊加固的钢筋混凝土端盖箱结构，该结构包括端盖箱壳体2-1、钢筋混凝土骨架2-3、混凝土填充物2-4和螺栓组成2-2，其螺栓紧固在焊接性较差的端盖箱壳体对应的每一个螺纹孔上面，与端盖箱壳体连接长度30-50mm，外露在混凝土内腔高度为混凝土厚度的1/2～2/3，钢筋采用Φ6-10mm螺纹钢筋，分别焊接在螺栓顶部，构成钢筋混凝土骨架；壳体内腔钢筋混凝土打结料，采用质量比40%的颗粒度在3-10mm铝矾土熟料+20%的颗粒度在0.1-0.01mm熟铝矾土粉料+35%耐火水泥+5%磷酸铝凝胶+适量水混合而成；耐火混凝土打结料填充到带紧固螺栓上焊有钢结构骨架的端盖箱壳体内腔，通过打结捣实、自凝固阴干、经250-500℃烘干后，在于金属液接触的表面涂刷醇基锆英粉涂料点燃，修磨平整。
上述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及特殊的热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育和变质处理实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百分比的0.03%的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.2-0.3%、SiFe0.3-0.5%孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1%、SiFe0.2-0.3%孕育剂进行随流孕育，同时冲入0.1-0.20%VFe变质剂进行碳化物的变质处理，同时实现对石墨的孕育、一次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理。
上述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：
S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；
S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊环留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理。
如图5所示的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消除原始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃并保温30小时，完成微区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在780℃保温25小时完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉。
如图6所示的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工的一个个单独的辊环，即留有适当热处理加工余量的室温工件，经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15℃/小时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980℃保温6～10小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温20-30小时，吊至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证每一个工件的工作面即辊环的圆柱面与两个侧面有效使用层范围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控制工件表面温度在480～430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏体转变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火转变后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510～530℃保温30～40小时，进行淬火组织回火及消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥偏高时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。
上述离心辊环浇铸前准备：检查离心用模具（包括：干燥后的超大型卧式离心辊环加固端盖箱（60～120℃）、预热的卧式离心冷型（180～250℃）等等）；清理铸型内表面，将端盖箱安装到离心冷型两端定位止口内，并紧固；待离心冷型模温达到160～180℃时，启动离心机筒体转速在300～400转，向筒体内腔均匀撒入锆英粉覆膜砂（厚度2.5～4mm），待覆膜砂凝结后，测量厚度、检查模具各部位紧固件，待辊环浇铸；浇入“含石墨的高碳贝氏体合金半钢外层金属液”；外层金属液浇铸：浇铸温度T外=TL液相线+（70～90）℃；将含石墨的高碳贝氏体合金半钢外层金属液浇入转速300～500转/分的铸型内，浇铸初期金属流要大、稳；浇入至外层金属液重量的30%～40%时，适当减缓金属流（开始浇速的1/2），随金属流加入玻璃保护渣（熔渣厚度在10mm左右）。
上述的辊环为离心复合辊环，钢芯金属液经过炉内脱氧、出炉孕育处理：出炉前向炉内金属液内插入0.03%铝进行脱氧，包底加CaSi0.2-0.3%、SiFe0.3-0.5%孕育剂进行孕育后，在外层金属处于半凝固状态下填入，其中外层金属液凝固时间t与厚度h1的计算方法采用如下公式：
t= K× (h1+h2+h3)^2
其中：K与半固态凝固常数k的函数关系为K（k）=1/k^2，半固态凝固常数k取值36-40，h1为要求厚度，h2为单边加工量，h3为单边溶蚀量。
本发明可以根据不同客户使用要求，还可采用离心整体铸造方法制造，还可以采用静态整体铸造方法制造，还可以采用立式离心铸造方法制造、以及盘式单片离心铸造方法制造。

Claims (3)

1.一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，包括设置在辊身1-1上的辊环1-2，其特征在于：所述的辊环上设置有工作层，所述的工作层是由以下化学成分所组成：C1.8-2.5、Si1.2-1.8、Mn0.8-1.2、Cr1.5-3.5、Ni2.0-2.5、Mo0.6-1.5、V0.05-0.2、Al0.02-0.03、O≤0.015；辊环有效工作层厚度150-260mm，辊面硬度70-75HSD；
所述的工作层其金相组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的基体组织，其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体基体组织和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2%，一次碳化物的面积百分比为10～15%，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65%，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20%；
所述的辊环采用离心复合铸造，即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，待外层材质的金属液凝固厚度超过要求工作层使用厚度20mm时，内表层还保留有20～30mm未完全凝固的半固态外层金属液，向在高速旋转的离心铸型中浇入内层低合金石墨钢金属液；
所述的低合金石墨钢是由以下化学成分所组成：C1.2-1.6、Si1.0-1.3、Mn0.5-0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；
所述的辊环在采用离心复合铸造是需要用到一种特殊加固的钢筋混凝土端盖箱结构，该结构包括端盖箱壳体（2-1）、钢筋混凝土骨架（2-3）、混凝土填充物（2-4）和螺栓组成（2-2），其螺栓紧固在焊接性较差的端盖箱壳体对应的每一个螺纹孔上面，与端盖箱壳体连接长度30-50mm，外露在混凝土内腔高度为混凝土厚度的1/2～2/3，钢筋采用Φ6-10mm螺纹钢筋，分别焊接在螺栓顶部，构成钢筋混凝土骨架；壳体内腔钢筋混凝土打结料，采用质量比40%的颗粒度在3-10mm铝矾土熟料+20%的颗粒度在0.1-0.01mm熟铝矾土粉料+35%耐火水泥+5%磷酸铝凝胶+适量水混合而成；耐火混凝土打结料填充到带紧固螺栓上焊有钢结构骨架的端盖箱壳体内腔，通过打结捣实、自凝固阴干、经250-500℃烘干后，在于金属液接触的表面涂刷醇基锆英粉涂料点燃，修磨平整。
2.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，其特征在于：所述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及特殊的热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育和变质处理实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百分比的0.03%的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.2-0.3%、SiFe0.3-0.5%孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1%、SiFe0.2-0.3%孕育剂进行随流孕育，同时冲入0.1-0.20%VFe变质剂进行碳化物的变质处理，实现对石墨的孕育、一次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理；
所述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：
S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；
S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊环留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理；
所述的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消除原始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃并保温30小时，完成微区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在780℃保温25小时完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉；
所述的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工的一个个单独的辊环，即留有适当热处理加工余量的室温工件，经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15℃/小时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980℃保温6～10小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温20-30小时，吊至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证每一个工件的工作面即辊环的圆柱面与两个侧面有效使用层范围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控制工件表面温度在480～430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏体转变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火转变后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510-530℃保温30～40小时，进行淬火组织回火及消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥偏高时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。
3.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢精轧辊环，其特征在于：所述的外层金属液凝固时间t与厚度h1的计算方法采用：
t= K× (h1+h2+h3)^2
其中：K与半固态凝固常数k的函数关系为K（k）=1/k^2，半固态凝固常数k取值36-40，h1为要求厚度，h2为单边加工量，h3为单边溶蚀量。
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