本发明涉及一种轧辊及其生产工艺，尤其涉及一种专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊及其生产工艺。
背景技术：
随着机械零件轧制技术的不断发展和创新，零件轧制如轴承钢球、齿轮、链轮、牙形螺纹、阶梯轴类、火车轴、容器封头、汽车直拉杆等已形成一定规模和产能。用轧制工艺方法，轧制不同形状的机械零件、与锻造(模锻)相比，具有系列优点：(1)载荷大幅度下降；(2)生产效率显著提高；(3)生产环境显著改善；(4)节约材料显著。由于以上诸多的优点，给机械零件用轧制工艺方法生产加大了发展的前景，也给为用于轧制此类零件的轧辊提供了更加广阔的市场。现有的轧辊由于材质内部组织和形状结构设计的问题大多具有耐磨性差，韧性不足，轧制过程中红硬性差等综合性能不足的缺陷，造成轧辊使用寿命低，轧制成品表面质量差，增加企业的生产成本。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好耐磨性、较强滚压韧性及较好的抗热烈性和抗拉强度等良好综合性能的专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊及其生产工艺。
实现本发明目的的技术方案是：首先提供一种专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊生产工艺，包括如下步骤：
(1)化学成分配置；C：1.55～1.75％、Si：0.45～0.55％、Mn：1.45:～1.65％、Cr：1.45～1.65％、Ni：1.45～1.65％、V：0.2～0.4％、Nb：0.2～0.4％、P≤0.03％、S≤0.025％；余量为Fe及少量残余元素；
(2)双炉熔炼钢水：中频电炉熔炼初级铁水，随后进行精炼，并加入重稀土变质剂，利用活性元素强化钢水，去除有害杂质元素；钢水成分达标后镇静，随后降温浇注；
(3)辊坯热处理：辊坯温度下降后进行开箱热处理，随后进行加热保温和喷淬处理，喷淬处理后进行回火，回火后出炉金加工。
上述技术方案，步骤(2)中中频电炉熔炼后，钢水至1550～1580℃出钢倒入LF钢包式精炼炉精炼；吨钢加入2～3千克钇基重稀土变质剂；钢水成分达标后出钢镇静8～10分钟，同时吹氩气振荡，钢温至高于液相温度30℃浇注；浇注后开启磁振动器轻度振动。
上述技术方案，所述步骤(3)中轧辊坯在550～650℃热开箱进行热处理，升温至Acm+35℃，保温8小时，再进行水雾喷淬处理，辊坯温度至350～450℃回炉保温，至常温后出炉加工。
其次提供一种专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊，所述轧辊化学成分如下：C：1.55～1.75％、Si：0.45～0.55％、Mn：1.45:～1.65％、Cr：1.45～1.65％、Ni：1.45～1.65％、V：0.2～0.4％、Nb：0.2～0.4％、P≤0.03％、Re：0.05～0.15；S≤0.025％；余量为Fe及少量残余元素；
上述技术方案，所述轧辊辊面硬度为65～75HSD，辊颈抗拉强度≥650Mpa。
上述技术方案，所述轧辊基体组织为粒状碳化物+回火索氏体+马氏体。
最后提供一种专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊组件，所述轧辊组件由两根相互啮合的轧辊组成，所述轧辊包括辊颈和辊身，所述辊身上开设有至少一条螺旋状半圆形轧槽，所述轧槽形成刀口，相邻两轧槽之间形成光滑圆弧过渡的刀筋。
上述技术方案，所述轧辊组件中的两根轧辊形状相同，上下组合装配，上轧辊和下轧辊中刀口分别相对，并形成螺旋状斜圆孔，所述斜圆孔由左向右倾斜，倾斜角度为5～10°。
上述技术方案，所述辊身上刀口有两个或三个，均设置在辊身中部位置；所述两个轧辊工作时，转动方向相反。
上述技术方案，所述刀筋顶部和刀口底部硬度落差≤1.5HSD。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明通过优化的成分配置，在轧辊材质冶炼时加入铌、钒合金，可使碳化物形态以细粒状均匀地存在于基体中，从而保证半钢轧辊的强韧性、耐磨性和较强的滚压韧性；同时通过在冶炼钢水时加入重稀土变质净化钢水，提高纯净度，改善轧辊的综合力学性能，提高轧制产品产量和质量，延长轧辊使用寿命，达到企业降本增效的目的；
(2)本发明采用双炉熔炼和特殊热处理工艺：双炉冶炼可提高钢水纯净度，是去除H、O、N气体元素的重要手段；LF精炼能造白色的渣，降低P、S有害元素的含量，提高钢水的质量，浇注后钢水在凝固时增强轧辊显微组织的致密度和避免疏松区，进而提高轧辊的综合性能，延长轧辊的使用寿命，降低钢厂的轧制成本，增加生产效率和效益；
(3)本发明浇注后通过磁振动器轻度振动，可使钢水凝固过程中消除疏松区，增加金属显微组织的致密度，从而提高轧辊的综合力学性能，延长使用寿命；
(4)本发明，轧槽可设置多个，生产效率高，钢球形状一致性好；
(5)本发明轧辊上的一个或多个刀口均设置在辊身的中部位置，辊身两端均留有让位空间，可防止轧制钢球与轧机两侧发生碰撞，造成表面损伤；
(6)本发明轧辊通过成分的优化配置和后续的热处理工艺，获得的粒状碳化物+回火索氏体+马氏体基体组织，该组织具有优异的耐磨性、强韧性等综合力学性能，可满足轧辊在轧机使用，一对轧辊生产钢球产量与传统材质相比，提高60％以上；
(7)本发明辊身上的刀筋顶部和刀口底部硬度落差极低，可解决耐磨性上、下基本相当的问题，延长了轧辊的使用寿命。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊组件结构示意图；
图中1、轧辊；11、辊颈；12、辊身；2、刀口；3、刀筋；4、斜圆孔。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊生产工艺，包括如下步骤：
(1)化学成分配置；C：1.55％、Si：0.45％、Mn：1.45％、Cr：1.55％、Ni：1.65％、V：0.2％、Nb：0.3％、P：0.02％、S：0.02％；余量为Fe及少量残余元素；
(2)双炉熔炼钢水：中频电炉熔炼后，钢水至1560℃出钢倒入LF钢包式精炼炉精炼；吨钢加入2千克钇基重稀土变质剂；钢水成分达标后出钢镇静8～10分钟，同时吹氩气振荡，钢温至高于液相温度30℃浇注；浇注后开启磁振动器轻度振动，使钢水凝固过程中消除疏松区，增加金属显微组织的致密度；
(3)辊坯热处理：轧辊坯在550℃热开箱进行热处理，升温至Acm+35℃，保温8小时，再进行水雾喷淬处理，辊坯温度至350回炉保温，至常温后出炉加工。
通过上述工艺获得的专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊化学成分如下：C：1.55％、Si：0.45％、Mn：1.45％、Cr：1.55％、Ni：1.65％、V：0.2％、Nb：0.3％、P：0.02％、S：0.02％；Re：0.08；余量为Fe及少量残余元素。
轧辊基体组织为性能优良的粒状碳化物+回火索氏体+马氏体，轧辊辊面硬度设计值为65～75HSD，本实施例轧辊实测值为68HSD，辊颈抗拉强度设计值≥650Mpa，本实施例轧辊抗拉强度为685Mpa。
见图1，本发明两根轧辊装配后可获得一种专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊组件，轧辊组件由两根形状相同并相互啮合的轧辊1组成，上下组合装配，轧辊包括辊颈11和辊身12，辊身12上开设有至少一条螺旋状半圆形轧槽，轧槽形成刀口2，相邻两轧槽之间形成光滑圆弧过渡的刀筋3。上轧辊1和下轧辊1中刀口2分别相对，并形成螺旋状斜圆孔4，斜圆孔4由左向右倾斜，倾斜角度最佳范围为5～10°，本实施例倾斜角度为8°，合适的倾斜角度可使钢球成形时受力最小，且钢球表面更光滑圆整。工作时，上、下两根轧辊1转动方向相反，通过在轧辊1上刀口2和刀筋3可以将950℃～1050℃的钢棒切断，并由上轧辊和下轧辊组成螺旋状斜圆孔4中直接轧成钢球。
本实施例辊身12上刀口2有两个，也可设置三个或三个以上，刀口2均设置在辊身12中部位置。通过前部工序中优化的成分配置和热处理工艺得到最适合轧制轴承钢球的轧辊，保证刀筋3顶部和刀口2底部硬度落差≤1.5HSD，大幅度提高了轧辊各部位的耐磨性，从而提高轧辊的使用寿命。
(实施例2)
本实施例专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊生产工艺，包括如下步骤：
(1)化学成分配置；C：1.65％、Si：0.50％、Mn：1.55％、Cr：1.45％、Ni：1.65％、V：0.3％、Nb：0.4％、P：0.015％、S：0.02％；余量为Fe及少量残余元素；
(2)双炉熔炼钢水：中频电炉熔炼后，钢水至1560℃出钢倒入LF钢包式精炼炉精炼；吨钢加入2.5千克钇基重稀土变质剂；钢水成分达标后出钢镇静8～10分钟，同时吹氩气振荡，钢温至高于液相温度30℃浇注；浇注后开启磁振动器轻度振动，使钢水凝固过程中消除疏松区，增加金属显微组织的致密度；
(3)辊坯热处理：轧辊坯在600℃热开箱进行热处理，升温至Acm+35℃，保温8小时，再进行水雾喷淬处理，辊坯温度至400回炉保温，至常温后出炉加工。
通过上述工艺获得的专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊化学成分如下：C：1.65％、Si：0.50％、Mn：1.55％、Cr：1.45％、Ni：1.65％、V：0.3％、Nb：0.4％、P：0.015％、S：0.02％；Re：0.12；余量为Fe及少量残余元素。
轧辊基体组织为性能优良的粒状碳化物+回火索氏体+马氏体，轧辊辊面硬度设计值为65～75HSD，本实施例轧辊实测值为72HSD，辊颈抗拉强度设计值≥650Mpa，本实施例轧辊抗拉强度为687Mpa。
本实施例轧辊组件结构和形状与实施例1完全相同。
(实施例3)
(1)化学成分配置；C：1.75％、Si：0.53％、Mn：1.65％、Cr：1.65％、Ni：1.45％、V：0.4％、Nb：0.2％、P：0.02％、S：0.015％；余量为Fe及少量残余元素；
(2)双炉熔炼钢水：中频电炉熔炼后，钢水至1560℃出钢倒入LF钢包式精炼炉精炼；吨钢加入3千克钇基重稀土变质剂；钢水成分达标后出钢镇静8～10分钟，同时吹氩气振荡，钢温至高于液相温度30℃浇注；浇注后开启磁振动器轻度振动，使钢水凝固过程中消除疏松区，增加金属显微组织的致密度；
(3)辊坯热处理：轧辊坯在650℃热开箱进行热处理，升温至Acm+35℃，保温8小时，再进行水雾喷淬处理，辊坯温度至450回炉保温，至常温后出炉加工。
通过上述工艺获得的专用于轧制轴承钢球的合金半钢轧辊化学成分如下：C：1.75％、Si：0.53％、Mn：1.65％、Cr：1.65％、Ni：1.45％、V：0.4％、Nb：0.2％、P：0.02％、S：0.015％；Re：0.15；余量为Fe及少量残余元素。
轧辊基体组织为性能优良的粒状碳化物+回火索氏体+马氏体，轧辊辊面硬度设计值为65～75HSD，本实施例轧辊实测值为74.5HSD，辊颈抗拉强度设计值≥650Mpa，本实施例轧辊抗拉强度为692Mpa。
本实施例轧辊组件结构和形状也与实施例1完全相同。
本发明最大的亮点是通过加入适量的钇基重稀土变质剂(2～3kg/吨)，利用其在冶炼期间稀土活性元素的作用，去除钢中的有害元素的影响，净化铁(钢)水，提高纯净度，进一步保证轧辊的力学性能。加入量过少时，形成的稀土氧化物等高熔点非均质形核核心不足，组织晶粒细化程度不佳，且钢内有害杂质无法完全净化，不能最大程度的提高轧辊的综合性能。加入量过多时，经研究表明，由于钢液内部不能提供足够的能量起伏使所有的晶核有效长大，所以晶粒不能进一步细化，反而会继续长大，不利于轧辊综合性能的提高，且加入量增多还会增加企业生产成本。并通过合适的铌、钒含量(0.2～0.4％)来改变碳化物以不连续(粒状)状态存在，铌和钒的加入，对基体组织的细化、碳化物形态生长是一对黄金搭档的合金元素，达到优化轧辊的显微组织，提高各方面的综合性能的目的。
本发明获得的合金半钢轧辊采用合理的成分配置和优化的综合热处理工艺，可使轧辊良好的耐磨性，较强的辊压韧性，轧制过程中提增的红硬性，较好的抗热裂性和抗拉强度等综合性能在轧机使用中充分显现。轧制量比传统轧辊(高铬铸铁)提高5倍以上。轧制的钢球表面质量圆整光亮，价格比其他材质合理，热处理工艺无需扩散退火，可节约一定的能源。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。