高钒高速钢复合轧辊的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及乳辊的制造方法，具体的说，是一种适用于窄带钢乳机用的高钒高速 钢复合乳辊的制造方法。
【背景技术】
[0002] 乳辊是乳钢生产中大量消耗的关键耐磨件，其质量直接影响到乳钢质量、劳动生 产率及产品的利润。随着世界乳钢行业的迅速发展，对乳辊的使用寿命提出了更高的要求， 耐磨性较好的传统高铬铸铁乳辊已经不能满足人们的要求。目前，用于生产乳辊的材料主 要有铸钢、合金半钢、球状石墨铸钢、冷硬铸铁、合金球墨铸铁、尚速钢、尚络钢、尚络铸铁、 硬质合金，在这些材料中，高速钢出现已有几十年的历史，但是由于其成本高、制造工艺复 杂，一般只用于制造刀具，近几年，国内外对其进行了大量研究，目前已经开始用于乳辊的 生产。由于高速钢中含有硬度更高的碳化物，如WC :HV2400~2600、VC :HV2600~3000、 M〇2C HV1500,耐磨性可比高铬铸铁提高3~5倍，又由于高速钢机体组织为韧性较高的马 氏体、奥氏体，克服了硬质合金乳辊韧性差、易产生裂纹的缺点，现在高速钢已经成为乳辊 材料的一个重要发展方向，具有很高的应用价值。
[0003] 高速钢乳辊又称为高速钢复合乳辊，乳辊的外层材料采用高速钢，由于含有大量 的V、W、Cr、Mo、Nb等合金元素，有较高的常温硬度（HS82~90)，同时有着良好的高温红硬 性特点，在500°C以上仍能保证HS78以上，因此具有优良的高温耐磨性；乳辊的芯部材料 多采用球墨铸铁等普通材料，用这种方法生产的乳辊外层具有较高的耐磨性，内层的韧性 材料又能保证乳辊具有较高的韧性，具有比整体材料乳辊更广阔的应用前景和较高的性价 比。高速钢乳辊目前已广泛应用于乳钢生产中，用高速钢乳辊取代半钢乳辊、高铬乳辊、高 镍铬钼无限冷硬乳辊及针状贝氏体球铁乳辊，对于提高乳制量，延长换辊周期，生产实践中 都取得了良好的效果。
[0004] 20世纪80年代，日本川崎制铁（株）钢铁研究所就开发了高钒高速钢耐磨乳辊， 所用合金成分（质量百分数/% :C1. 0~3. 7 ;SiO. 5~L 6 ;ΜηΟ· 3~3. 7 ;Cr3. 6~9. 1 ; Μο2· 5 ~6. 6 ;V3. 1 ~8. 6 ;NiO. 2 ~4. 5 ;CuO ~2. 0 ;W0 ~11. I ;NbO ~L 8.)，并认为高钒 高速钢的耐磨性基本上由均匀分布在基体上的V系粒状碳化物所决定。高钒高速钢复合乳 辊与其它乳辊相比较具有很多优点：耐磨性是高铬铸铁的3倍左右，高镍铬复合乳辊的5~ 7倍；采用锻钢芯材，芯部强度高、韧性好，不易发生断辊事故；抗表面粗糙能力强，抗裂纹 和抗剥落能力好。国内近几年才开始了对高钒高速钢乳辊的研究和应用，而且应用范围较 小。为了得到更多的VC，以提高乳辊的耐磨性，乳辊成分逐渐向高碳高钒方向发展。
[0005] 高钒高速钢以钒为主要添加元素，辅以铬钼等合金元素，充分利用钒碳化物（VC) 硬度高、形态好的特点来提高材料韧性及耐磨性。高钒高速钢不仅有很高的硬度和相当的 韧性，而且有优良的耐磨性，因此作为新一代耐磨材料，高钒高速钢备受关注。研究表明，高 钒高速钢的耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，是高锰钢的10倍以上，已被用于乳辊、锤头、球 磨机衬板和转子体等多种耐磨件。俄罗斯在高速钢和一些结构钢的生产中也开展了用钒代 替钨、钼和铌的应用研究。当前中国正处于高钒高速钢材料的研制、开发和生产应用的起步 阶段。
[0006] 高钒高速钢中加入大量钒元素，由于钒在600°C以上极易被氧化，当外层铁水浇入 型腔后，由于型腔内表面与空气接触，在此过程中外层铁水内的大量钒被氧化形成钒氧化 物，不仅降低钒吸收率，而且钒氧化物熔点高，导致外层铁水与芯部铁水较难结合，结合率 在40%左右，结合率很低；复合浇注过程中，外层铁水含有大量的V、W、Cr等碳化物形成元 素，而芯部铁水为球墨铸铁，V、W、Cr的密度、材质与球墨铸铁相差很大，势必在结合层位置 会存在大量的碳化物，V、W、Cr碳化物的密度、材质与球墨铸铁相差也很大，使得结合层强度 很低，使用中很容易从结合层处发生剥落，结合质量难以保证；再者，芯部铁水对外层铁水 产生溶蚀，导致大量的碳化物元素进入芯部位置，最终导致乳辊轴颈强度低，使用中易发生 断车昆。
【发明内容】
[0007] 本发明需要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种适用于窄带钢乳机 用的尚I凡尚速钢复合乳混的制造方法，有效提尚了尚I凡尚速钢复合乳混的结合率、结合层 强度，并显著提高辊颈抗拉强度，防止使用中出现辊身剥落及断辊事故。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0009] -种高钒高速钢复合乳辊的制造方法，包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，然 后采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水，浇注完辊身外层高钒高速钢水后，往辊身外层型 腔内持续通入惰性气体，当高钒高速钢外层温度达到1220~1280°C时停止离心机转动，同 时停止惰性气体吹入，然后进行合箱浇注辊身芯部铁水。
[0010] 本发明技术方案的进一步改进在于：合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水是将浇注好 外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱，铸型箱底部连接溢流 管；先从铸型箱的上部浇口向铸型箱内浇注过渡层铁水，直至填满铸型箱、从溢流管流出后 停止浇注，然后从铸型箱的上部浇口向铸型箱内继续浇注芯部铁水，直至芯部铁水将过渡 层铁水全部顶出后停止浇注。
[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：芯部铁水的浇注量为过渡层铁水浇注量的三 倍。
[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：具体包含以下工艺步骤：
[0013] A、造型，辊身模型采用内部喷有涂料的金属型，辊颈模型采用石英砂粘土造型，底 箱连接溢流管；
[0014] B、熔炼原料：在中频炉内分别熔炼外层高钒高速钢原料、过渡层铁水原料、芯部铁 水原料；
[0015] C、浇注成型：
[0016] (1)采用离心浇注法，将熔炼好的外层高钒高速钢水注入旋转的辊身模型中，然后 向辊身模型的型腔内持续通入惰性气体；
[0017] (2)当高钒高速钢外层冷却至1220~1280°C时离心机停止转动，同时停止惰性气 体吹入，将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱；离心 机停止转动至浇注过渡层铁水的时间控制在7分钟以内，然后通过铸型箱上部的浇口浇注 过渡层铁水，直至过渡层铁水填满铸型箱、从溢流管流出；
[0018] (3)通过铸型箱上部的浇口继续浇注芯部铁水，随着芯部铁水的注入，铸型箱内原 有的过渡层铁水从溢流管逐渐流出，直至过渡层铁水全部被置换为芯部铁水后停止浇注， 然后冷却至常温开箱脱模，即得高钒高速钢辊坯；
[0019] D、机械加工和热处理：
[0020] 将高钒高速钢辊坯进行机械加工，将高钒高速钢乳辊的工作面车到规定尺寸，经 超声波探伤检验合格之后，对高钒高速钢辊坯进行热处理，然后冷却至室温，即得高钒高速 钢乳辊。
[0021] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中，离心浇注的离心重力倍数为 60 ~IOOG0
[0022] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分 比为 1. 2 ~2. 2C、3. 0 ~4. 5Cr、0. 2 ~I. 2Ni、1. 5 ~5. OM〇、6. 0 ~9. 0V、I. 0 ~2. 5W、I. 0 ~ 3. 0Nb、0. 05 ~0· lRe、P 彡 0· 04、S 彡 0· 04、Μη 彡 0· 5、0· 6 ~2. OSi，其余为 Fe ;外层高钒高 速钢水的熔炼温度为1500~1650°C;熔炼完毕后对外层高钒高速钢水进行变质处理；浇注 温度为1420~1480°C，当高钒高速钢外层温度降至1220~1280°C时，离心机停止转动；
[0023] 所述过渡层铁水的化学成分及重量百分比为2. 7~3. 3C、0. 1~0. 6Cr、0. 2~ I. 2Ni、0. lRe、P 彡