一种复合轧辊制备工艺的制作方法

本发明涉及轧辊生产技术领域，具体涉及一种复合轧辊制备工艺。

背景技术：

轧辊作为轧机的主要消耗部件，其消耗成本约为轧钢成本的5-10％，轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响到轧材质量。为了满足轧辊在高温、高耐磨、强载荷、放射性等恶劣环境中长期工作，理想轧辊的辊芯和辊颈具有较高的韧性，而工作层具有较高的耐磨性。然而单一材料无法同时满足高耐磨性和高韧性的要求，而复合轧辊由于工作层和辊芯的材质不同，同时保证了轧辊高耐磨性、高抗表面粗糙性和内部强韧性等优异性能。

为了使轧辊工作层具有良好的耐磨性和热硬性，往往在铸坯过程中添加大量合金元素。例如在高速钢轧辊中添加W、Mo、Cr、V等合金元素，通过控制碳、合金元素的含量，可以得到高显微硬度共晶碳化物来提高轧辊的硬度和耐磨性。但由于铸坯凝固过程中冷却速度快，这些合金元素及它们的碳化物来不及扩散，从而在铸坯中往往会产生严重的偏析现象，尤其是利用离心铸造法制造复合轧辊时，在巨大的离心力作用下，铸坯偏析更加严重，使组织和成分很不均匀。为了改善芯部和工作层的组织性能，中国发明专利CN102836879公开了一种新型复合轧辊即高能复合强化轧辊，它是指将复合层材料爆炸复合在辊芯上，复合层材料与辊芯之间的结合、复合层材料之间的结合是通过爆炸焊焊接技术复合在一起，并经过强化处理及相应的工艺技术加工而达到设计性能的一种新型复合轧辊。高能复合强化轧辊的辊芯和复合层材料均为形变材料，形变材料是指经锻造、轧制等变形方式变形加工处理过的钢材。高能复合强化轧辊的本质是复合锻钢轧辊，辊芯、复合层材料、焊缝均为形变组织。辊芯和复合层材料均为合金钢，复合层材料为高速钢或者其它工、模具钢，辊芯材料与复合层材料可以相同也可以不同。高能复合轧辊的结构特征可以是高速钢或其它工、模具钢钢管复合焊接在辊身上，也可以是形状规则的平面或曲面高速钢或其它钢种焊接复合在辊身上。高能复合轧辊与传统工艺技术制造的轧辊，与铸造复合高速钢轧辊相比，其综合机械性能及力学性能获得了显著提高，显著提高了使用寿命，显著促进金属材料的轧制质量，节约了资源，降低了产业制造、使用能耗，降低了生产成本，提高了生产效率。但高能复合强化轧辊仍有其弊端，首先高能复合强化轧辊的辊芯和复合层材料均为形变材料，形变材料是指经锻造、轧制等变形方式变形加工处理过的钢材，这些工艺都大大提高了生产成本，其次高能复合强化轧辊是利用爆炸复合技术将复合层焊接在辊芯上，制备的复合轧辊具有界面结合率低，易产生缩孔、裂纹、气孔等缺点且爆炸复合焊接工艺对环境污染很大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复合轧辊制备工艺。该方法显著改善了轧辊高合金偏析、夹杂、中间疏松、组织不均匀等问题，且大大降低了轧辊的生产成本。本发明的技术方案为：

一种复合轧辊制备工艺，包括以下步骤：在真空条件下将辊芯与单层或者多层辊环按照从内到外的次序进行焊接密封；将密封后的辊环与辊芯加热到1050～1250℃，并保温1～8h；开始锻造，依次进行墩粗、拔长工序使辊芯辊环实现界面冶金结合；再通过后续热处理和加工磨削工艺得到复合轧辊。

上述方法中，所述在真空条件下将辊芯与单层或多层辊环按照从内到外的次序进行焊接，具体控制参数为：真空度≤1×10^-2Pa。

上述方法中，所述墩粗的具体控制参数为：墩粗总锻造比≥1.5。

上述方法中，所述拔长的具体控制参数为：利用上下V砧或上下圆弧砧对墩粗后的辊坯与辊芯进行拔长，拔长总锻造比≥2。

本发明的有益效果：

(1)本发明由于采用了高真空环境下对辊环与辊芯进行焊接密封，并且使密封后的辊环与辊芯经墩粗、拔长后达到十分牢固的结合。与爆炸复合焊相比，本发明出色地解决了复合轧辊在制备过程中界面氧化的问题，大大地提高界面结合强度，且爆炸复合焊是以炸药作为能源使辊芯辊环复合，极大的污染了环境，而本发明的工艺过程环境无污染。

(2)与铸造复合轧辊相比，该发明是将薄的辊环与辊芯实现焊接密封，极大地改善了复合轧辊中合金偏析、中间夹杂、组织不均等问题。

附图说明

图1是本发明实施例1中采用真空电子束焊接的辊芯与三层辊环复合的纵向和横向剖面结构示意图，其中图1-1为纵向剖面结构示意图，图1-2为横向剖面结构示意图；

图2是本发明实施例2中采用手工电弧焊接的辊芯与一层辊环复合的纵向和横向剖面结构示意图，其中图2-1为纵向剖面结构示意图，图2-2为横向剖面结构示意图；

图3是本发明实施例3中采用真空搅拌摩擦焊接的辊芯与二层辊环复合的纵向剖面结构示意图；

其中，1-辊芯，2-辊环。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

本实施例要制造复合三层辊环的复合轧辊，其中第一层辊环材质为5Cr5MoV，第二层辊环材质为9Cr2，第三层材质为8Cr3MoV，辊芯材质为42CrMo钢。其纵向和横向剖面结构如图1所示。具体制备工艺如下：采用真空电子束焊接方法先将辊芯与三层辊环按照从内到外的次序进行焊接密封，其中真空度9.4×10^-3Pa；将密封后的辊环与辊芯加热到1180±10℃，并保温6h；开始锻造，依次进行墩粗、拔长工序使辊芯辊环实现界面冶金结合，其中墩粗总锻造比为1.8，利用上下V砧对墩粗后的辊坯与辊芯进行拔长，拔长总锻造比为2.8；再通过后续热处理和加工磨削工艺得到复合轧辊。

本实施例制备的复合轧辊界面结合率为100％，轧辊组织成分不均匀，偏析，缩孔等问题得到明显改善。

实施例2

本实施例要制造复合一层辊环的复合轧辊，其中辊环材质为5Cr5MoV，辊芯材质为42CrMo。其纵向和横向剖面结构如图2所示。具体制备工艺如下：采用手工电弧焊方法先将辊芯与辊环焊接密封，然后抽真空，真空度≤8.6×10^-3Pa；将密封后的辊环与辊芯加热到1170±10℃，并保温4h；开始锻造，依次进行墩粗、拔长工序使辊芯辊环实现界面冶金结合，其中墩粗总锻造比≥1.5，利用上下圆弧砧对墩粗后的辊坯与辊芯进行拔长，拔长总锻造比2.4；再通过后续热处理和加工磨削工艺得到复合轧辊。

本实施例制备的复合轧辊界面结合率为100％，轧辊组织成分不均匀，偏析，缩孔等问题得到明显改善。

实施例3

本实施例要制造复合二层辊环的复合轧辊，其中第一层辊环材质为5Cr5MoV，第二层辊环材质为9Cr2，辊芯材质为45钢。其纵向剖面结构如图3所示。具体制备工艺如下：采用真空搅拌摩擦焊接方法先将辊芯与二层辊环按照从内到外的次序进行焊接密封，其中真空度≤7.8×10^-3Pa；将密封后的辊环与辊芯加热到1170±10℃，并保温5h；开始锻造，依次进行墩粗、拔长工序使辊芯辊环实现界面冶金结合，其中墩粗总锻造比为1.6，利用上下V砧对墩粗后的辊坯与辊芯进行拔长，拔长总锻造比2.6；再通过后续热处理和加工磨削工艺得到复合轧辊。

本实施例制备的复合轧辊界面结合率为100％，轧辊组织成分不均匀，偏析，缩孔等问题得到明显改善。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变形。