本发明涉及轧辊的制造领域，尤其是一种离心复合高铬铁轧辊及其制造方法，用于制造具有高硬度的高铬铁轧辊。
背景技术：
复合轧辊是一种辊身外层和芯部用不同材质制作的轧辊，两种材质之间为冶金结合的轧辊，复合轧辊既能满足轧机对辊身外层耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。为了满足轧辊在使用中外层部分和辊芯的不同要求，通常采用诸如离心复合、全冲洗复合、CPC复合、电渣熔复、旋转电渣复合等技术来制作复合轧辊。其中以离心复合方式生产的高铬铁轧辊广泛应用在热轧板带精轧前段以及炉卷或中板粗轧段，保证了正常的轧制需求。
传统的离心复合高铬铁轧辊的生产流程是：轧辊毛坯的生产—辊身粗加—辊身探伤检测—辊颈加工—高温淬火—两段回火—精加工—成品探伤检测—磨削—成品。之所以在轧辊热处理前进行轧辊加工探伤检测，主要是因为最初轧辊探伤合格率低，结合层存在缺陷较多。对结合层存在缺陷的轧辊进行热处理时容易造成结合层大开裂，从而引起大的安全事故。为此普遍采取轧辊热处理前先加工探伤，如结合层部位存在缺陷则先加工去除缺陷后再进行热处理，从而避免了因热处理过程导致的缺陷扩展进而引起的安全事故。
但是，随着工艺的改进，目前生产的复合轧辊的结合层探伤合格率达到了99％以上，甚至接近了100％，如果继续采取原有的生产工艺流程及热处理工艺，不但工序复杂而且热处理时需要将轧辊从室温加热到高温退火温度，浪费严重，因此，急需对现有的复合轧辊生产工艺进行改进。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种离心复合高铬铁轧辊及其制造方法，使其能简化现有的生产工艺，并同时提高复合轧辊的外层及芯部的质量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种离心复合高铬铁轧辊，包括材质为球墨铸铁的辊芯以及外层，外层与辊芯之间还包括一层材质不同于辊身的钢制中间层；
所述外层的化学组分及其质量百分含量为：C：2.0～2.5％，Si：0.6～1.2％，Mn：0.6～1.0％，Cr：10.0～20.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，W：0.2～1.0％，Ni：≥0.5％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述外层的化学组分及其质量百分含量为：C：2.4％，Si：1.1％，Mn：0.9％，Cr：19.5％，Mo：1.9％，V：1.9％，W：0.9％，Ni：1.1％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种离心复合高铬铁轧辊的制造方法，包括以下步骤：
A、辊坯铸造：按照设计配比调配原料，在中频炉中冶炼后形成外层铁水，然后在离心机上浇注高铬铁外层铁水，在铁水凝固后浇入中间层钢水；待外层钢高铬铁水及中间层的钢水完全凝固后离心机停转，合箱，最后浇入芯部球墨铸铁水制成辊坯；
B、开箱：待芯部铁水完全凝固后，开箱，并将辊坯直接装入提前预热到800～1000℃的高温退火炉中；
C、退火：对辊坯进行高温退火热处理，先将轧辊加热到850～1000℃,保温20h后进行缓慢冷却，冷却速度1～5℃/h；
当辊坯缓慢冷却到750℃时开始吹风对辊坯进行快速降温，快速降温过程的冷却速度1～5℃/S；
通过快速降温将辊坯冷却到500℃时停止吹风，保温20h后空冷至室温，冷却速度为15～30℃/h；
D、粗加工：对辊坯进行粗加工，然后对粗加工完的辊坯进行超声波探伤；
E、回火：对辊坯进行回火处理，回火温度为500～560℃，保温25h后空冷至室温；
F、精加工：回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工制成轧辊，最后进行超声波探伤、硬度测试和金相组织检验。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中对辊坯进行2次或3次回火处理。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中中间层钢水的浇铸的重量占外层铁水浇铸重量的10％～30％。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
采用本发明中所提供的辊身外层的材料配比制得的轧辊，其轧辊的辊身表层硬度能够达到65～80HSD，并且具有具有优异的耐磨性、优良的氧化膜形成并保持能力和高的组织稳定性。
本发明中离心复合高铬铁轧辊的热处理时，不再采用传统的利用电能将轧辊从室温开始加热到需要的高温退火温度，而是利用轧辊自身的铸造余热将轧辊温度控制在要求的热处理温度并保温，使得轧辊外层和内芯部分的热处理一致，不但提高了轧辊的热处理效果，同时还大量减少了能源的消耗、简化了生产工艺、缩短了生产周期。
在高温退火的后序过程中，轧辊进行缓慢冷却，用以减小轧辊的热应力；待辊身温度降低到珠光体组织转变区时即750℃时对辊身部位快速冷却，此举能够避免产生大量的珠光体，保证轧辊的各项力学性能顺利达标。待辊身温度躲过珠光体转变区即到达500℃后再保温进行辊身均温并去应力退火，其后缓慢冷却到室温。
本发明还在球墨铸铁的辊芯部和外层之间添加了一层钢制中间层，此举能够提高复合轧辊结合层的质量，保证结合层不出现大面积的缺陷。
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：
本发明中涉及的离心复合高铬铁轧辊广泛应用于热轧板带精轧前段以及炉卷或中板粗轧段，本发明中的离心复合高铬铁轧辊包括材质为球墨铸铁的辊芯以及外层，为了提高结合层的质量，防止结合层出现大面积缺陷，在轧辊的外层与辊芯之间还包括一层钢制中间层；外层的化学组分及其质量百分含量控制在如下范围内：C：2.0～2.5％，Si：0.6～1.2％，Mn：0.6～1.0％，Cr：10.0～20.0％，Mo：1.0～2.0％，V：1.0～2.0％，W：0.2～1.0％，Ni：≥0.5％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。
下面结合具体实施例对本发明中涉及的离心复合高铬铁轧辊的制作方法做进一步说明。
实施例一：
本实施例中辊身外层部分的成分设计目标为：C：2.4％，Si：1.1％，Mn：0.9％，Cr：19.5％，Mo：1.9％，V：1.9％，W：0.9％，Ni：1.1％，P≤0.03％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。制作方法如下：
A、辊坯铸造：按照设计目标调配原料，在中频炉中冶炼后形成外层铁水，然后在离心机上浇注高铬铁外层铁水，在铁水凝固后浇入中间层钢水，中间层钢水的浇筑量占外层铁水浇铸重量的15％；待外层钢高铬铁水及中间层的钢水完全凝固后离心机停转，合箱，最后浇入芯部球墨铸铁水制成辊坯；
B、开箱：待芯部铁水完全凝固后，开箱，并将辊坯直接装入提前预热到800～1000℃的高温退火炉中；
C、退火：对辊坯进行高温退火热处理，先将轧辊加热到850～1000℃,保温20h后进行缓慢冷却，冷却速度1～5℃/h；
当辊坯缓慢冷却到750℃时开始吹风对辊坯进行快速降温，快速降温过程的冷却速度1～5℃/S；
通过快速降温将辊坯冷却到500℃时停止吹风，保温20h后空冷至室温，冷却速度为15～30℃/h；
D、粗加工：对辊坯进行粗加工，然后对粗加工完的辊坯进行超声波探伤；
E、回火：对辊坯进行二段回火处理，回火温度为500～560℃，保温25h后空冷至室温；
F、精加工：回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工制成轧辊，最后进行超声波探伤、硬度测试和金相组织检验。
采用肖氏硬度计，按照GB/T13313-2008方法检测硬度后，得出辊身外层部分的硬度为78HSD；经超声波探伤后，未发现结合层部分出现大面积缺陷，整体合格率达到99.8％。
实施例2至实施例5：
实施例2至实施例5的工艺步骤与实施例1相同，不同之处在于辊身外层部分各个组分重量配比的设计目标不同，各组分设计目标如下表：
经过检测各个实施例的表面硬度如下表所示: