本发明涉及一种耐磨型高铬铁辊环及其制造方法，属于轧辊制造技术领域。
背景技术：
h型钢以其优良的力学性能，广泛用于要求承载能力大、截面稳定型好的大型桥梁，高层建筑，重型设备以及高速公路等方面，在国民经济建设中发挥着重要作用。h型钢轧制方法与其他热轧型钢有着很大的不同，通常采用万能法进行轧制，水平辊采用辊环与芯轴镶配。辊环通常为复合材质，外层为高碳半钢材质，芯部为强韧性较好的石墨钢或球墨铸铁材质。水平辊环主要用于轧制h型钢的腹板及翼缘内侧，由于h型钢的翼缘尺寸较大，因此，万能轧机水平辊环外圆及两个端面均为工作面参与轧制。轧制过程中辊环端面不同位置处速度差别大，端面磨损严重，因此辊环工作层要求通常较厚，工作层内硬度落差要求小。
随着用户对h型钢质量要求的不断提升，高碳半钢材质耐磨型差的问题表现的越来越突出，往往车削后单次过钢量500～800支就因磨损大而不得不换辊，增加了换辊频次，也制约了h型钢轧线产量的提高。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种适合于h型钢轧制的耐磨型高铬铁辊环及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种耐磨型高铬铁辊环，所述辊环用于h型钢轧制，所述辊环外层为耐磨高铬铁材质，各合金元素成分及重量百分含量为：c2.20～3.00％，si0.40～1.20％，mn0.50～1.20％，p≤0.10％；s≤0.05％，cr15.0～22.0％，ni0.80～1.50％，mo1.00～2.50％，v0.50～1.50％，w0.50～1.50％，其余为fe和不可避免的杂质；所述辊环芯部为球磨铸铁材质。
进一步的，耐磨型高铬合金材质的各合金元素成分及重量百分含量优选为c2.32～2.83％，si0.55～1.11％，mn0.64～1.15％，p≤0.08％；s≤0.048％，cr16.2～21.2％，ni0.93～1.46％，mo1.21～2.22％，v0.66～1.38％，w0.65～1.33％，其余为fe和不可避免的杂质。
一种耐磨型高铬铁辊环的制造方法，采用离心复合铸造方式，具体工艺步骤如下：
1)采用中频炉分别冶炼外层铁水及芯部铁水，外层铁水的冶炼温度为1450～1550℃；
2)将冶炼好的外层铁水浇入到高速旋转的离心机铸型上，控制外层铁水凝固3～5min后浇入芯部铁水，2～3h后停止离心机转动；
3)辊环脱模后缓冷至100℃以下出槽，出槽后对辊环进行加工；
4)将辊环装入高温电阻炉加热到900～1100℃，保温30～90min后出炉空冷，待温度降低至150～350℃后装低温电阻炉进行回火处理；
5)将完成热处理的辊环按图纸加工至工艺要求。
进一步的，步骤2)中使用的离心机为立式离心机。
进一步的，步骤4)中的回火处理分为三次进行。
进一步的，步骤4)中的三次回火处理，其中，第一次回火温度为480-530℃，第一次回火时间为15-20h；第二次回火温度为500-550℃，第二次回火时间为15-20h；第三次回火温度为500-550℃，第三次回火时间为25-40h。
进一步的，步骤2)中浇注外层铁水时的离心机转速为300-330r.p.m，浇注芯部铁水时离心机的转速为310-340r.p.m，浇注外层铁水时离心机的转速比浇注芯部铁水时离心机的转速小。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明中耐磨型高铬铁辊环的工作层厚度大，硬度均匀落差小，辊环的外圆及两个端面均具有良好的强度和硬度。
本发明中的耐磨型高铬铁辊环较高碳半钢材质的辊环的使用性能提高100％以上，大幅提高h型钢轧线轧制效率，降低辊耗，实现绿色生产。
本发明中的高铬铁辊环，耐磨性较传统高碳半钢材质提高120％以上。实际使用效果表明，采用本发明中的耐磨型高铬铁辊环轧制，单次过钢量可达到1600～1900支，实现了2～3倍于传统高碳半钢材质轧辊轧制周期的延长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明公开了一种耐磨型高铬铁辊环及其制造方法，目的是提供一种适用于h型钢轧制的耐磨型高铬铁辊环，该辊环的工作层厚度大，工作层内硬度落差小，辊环外圆及两个端面均具有良好的耐磨性。在轧制h型钢时辊耗低，辊环寿命长。
一种耐磨型高铬铁辊环，所述辊环用于h型钢轧制，所述辊环外层为耐磨高铬铁材质，各合金元素成分及重量百分含量为：c2.20～3.00％，si0.40～1.20％，mn0.50～1.20％，p≤0.10％；s≤0.05％，cr15.0～22.0％，ni0.80～1.50％，mo1.00～2.50％，v0.50～1.50％，w0.50～1.50％，其余为fe和不可避免的杂质；所述辊环芯部为球磨铸铁材质。
上述辊环外层的耐磨型高铬铁材质的各合金元素成分及重量百分含量还可以优选为：c2.32～2.83％，si0.55～1.11％，mn0.64～1.15％，p≤0.08％；s≤0.048％，cr16.2～21.2％，ni0.93～1.46％，mo1.21～2.22％，v0.66～1.38％，w0.65～1.33％，其余为fe和不可避免的杂质。
所述耐磨型高铬铁辊环的制造方法，采用离心复合铸造方式，具体工艺步骤如下：
1)采用中频炉分别冶炼外层铁水及芯部铁水，外层铁水的冶炼温度为1450～1550℃。
2)将冶炼好的外层铁水浇入到高速旋转的离心机铸型上，控制外层铁水凝固3～5min后浇入芯部铁水，2～3h后停止离心机转动；该工艺步骤中使用立式离心机进行离心浇注；浇注外层铁水时的离心机转速为300-330r.p.m，浇注芯部铁水时离心机的转速为310-340r.p.m，浇注外层铁水时离心机的转速比浇注芯部铁水时离心机的转速小。
3)辊环脱模后缓冷至100℃以下出槽，出槽后对辊环进行加工。
4)将辊环装入高温电阻炉加热到900～1100℃，保温30～90min后出炉空冷，待温度降低至150～350℃后装低温电阻炉进行回火处理；该工艺步骤中的回火处理分为三次进行。第一次回火温度为480-530℃，第一次回火时间为15-20h；第二次回火温度为500-550℃，第二次回火时间为15-20h；第三次回火温度为500-550℃，第三次回火时间为25-40h。
5)将完成热处理的辊环按图纸加工至工艺要求。
下面是本发明的具体实施例：
实施例1
本实施例的辊环的制造方法包括以下步骤:
1)使用中频炉冶炼作为内层的球磨铸铁材质的铁水和添加了合金元素的外层铁水，外层铁水的各合金成分及重量百分含量为c2.70％，si0.80％，mn0.90％，p0.10％；s0.05％，cr19.0％，ni1.20％，mo1.50％，v1.00％，w0.50％，其余为fe和不可避免的杂质，外层铁水的冶炼温度控制为1480℃。
2)将冶炼好的外层铁水浇入到高速旋转的离心机铸型上，控制外层铁水凝固3min40s后浇入芯部铁水，2h20min后停止离心机转动；该工艺步骤中使用立式离心机进行离心复合浇铸。浇注外层铁水时的离心机转速为300r.p.m，浇注芯部铁水时离心机的转速为310r.p.m。
3)辊环脱模后缓冷至100℃以下出槽，出槽后对辊环进行加工，并进行探伤检测，确认结合层质量无问题后装炉热处理。
4)将辊环装入高温电阻炉加热到1050℃，保温40min后出炉空冷，待温度降低至180℃后装低温电阻炉进行回火处理；该工艺步骤中的回火处理分为三次进行。其中，第一次回火温度为510℃，第一次回火时间为15h；第二次回火温度为510℃，第二次回火时间为15h；第三次回火温度为520℃，第三次回火时间为35h。
5)将完成热处理的辊环按图纸精加工至工艺要求。
实施例2～实施例8
各实施例的制造方法工艺步骤与实施例1基本相同，不同之处见下表：
本发明设计了合理的合金组成成分及重量百分含量，同时设计了相应的最佳浇注工艺以及热处理方式，使合金中的各组分能够最大限度的发挥作用。
本发明中的外层即工作层的材质为为高铬铁，其中铬的重量百分含量高达15.0～22.0％，铬主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。当铬含量超过15％时，强度和硬度将有所下降，但伸长率和断面收缩率则相应地有所提高，综合使用性能提高。
钒是钢的优良脱氧剂，钢中加少量的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
本发明中的耐磨型高铬铁辊环通过在外层的合金成分中加入较高含量的cr以提高辊环外层的综合使用性能尤其是耐磨性。本发明中还添加了v、mo、ni等元素，可以辅助cr元素使辊环的外层具有较好的综合使用性能。
钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。钼还可以抑制合金钢由于淬火火而引起的脆性。
本发明中的辊环采用复合方式生产，主要表现在外层作为工作层使用耐磨型高铬铁材质，芯部使用球磨铸铁。在铸造时采用离心复合铸造方式，先浇注外层铁水，再浇注芯部铁水。上述离心复合铸造方式，能够使结合层内部组织均匀没有缺陷，质量良好。本发明中在浇注外层铁水和芯部铁水时离心机的转速不同，浇注外层铁水时离心机的转速能够保证工作层内质地均匀，硬度落差要求小；本发明中在浇注心部铁水前控制外层铁水凝固3～5min，此时外层铁水大部分已经凝固，但是还未全部凝固，这样可以使辊环的内层与外层之间形成一个结合层；浇注芯部铁水时离心机的转速能够保证外层和内层之间的结合层具有较好的结合强度。
本发明中浇注外层铁水时离心机的转速控制在300-330r.p.m之间，浇注内层铁水时离心机的转速控制在310-340r.p.m之间，在同一次生产工艺过程中保证浇注外层铁水时离心机的转速比浇注芯部铁水时离心机的转速小10r.p.m左右。浇注外层铁水时离心机的转速比浇注芯部铁水时离心机的转速稍小，该设计既可以保证外层铁水工作层内质地均匀，硬度落差要求小，辊环的外圆及两个端面均具有良好的硬度和耐磨性，还可以保证辊环的外层和内层之间形成一个具有良好结合强度的结合层。
本发明中还根据所需要的辊环性能以及相应的合金成分设计了合理的工艺步骤，尤其是热处理过程中的回火阶段采用三次回火的方式。本发明中的的热处理工艺能够使辊环工作层的硬度落差小，从而延长辊环的使用寿命。
本发明中设计了特定的热处理方式，尤其表现在回火处理上。本发明中回火处理分为三次进行，三次回火为高温回火，可以充分消除辊环内部的参与应力，辊环内部硬度落差小，尤其是辊环的工作层硬度落差小。
本发明中耐磨型高铬铁的芯部韧性好，过渡层结合强度高，辊环的外圆和端面具有良好的耐磨性，使用性能大幅提高，轧制h型钢的效率大幅提高，辊环的使用寿命大幅延长。