一种高速钢轧辊的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轧辊的制造方法，具体的说，是一种适用于小型钢轧机、线棒材轧机的 高速钢轧辊的制造方法。
【背景技术】
[0002] 轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部 件。轧辊利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾轧件，使轧件产生塑性变形并获得 理想的设计形状，因此，乳辊质量的好坏直接关系到轧制产品的表面质量和轧钢机的生产 作业率。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。
[0003] 高速钢用于制作轧辊始于20世纪八十年代。高速钢轧辊的应用是现代轧钢生产 发展的重要组成部分，是钢铁工业发展史上继微合金化、控轧控冷技术之后的又一重大变 革。高速钢轧辊，又称为高碳高速钢复合轧辊，乳辊的工作层材料采用高碳高速钢，乳辊的 芯部材料多采用球墨铸铁。高速钢轧辊中含有大量的V、W、Cr、Mo、Nb等合金元素，具有较 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，目前已广泛应用于轧钢生产中。用高速钢轧辊取代半钢 轧辊、高铬铸铁轧辊、高镍铬钼无限冷硬轧辊及针状贝氏体球铁轧辊，对于提高轧制量、延 长换辊周期具有良好的效果。
[0004] 高速钢轧辊的外层高速钢与芯部铁水之间的结合质量对轧辊的性能影响巨大。复 合浇注时，位于轧辊外层的高速钢工作层中含有大量的V、w、Cr等碳化物形成元素，而轧辊 芯部为球墨铸铁，这两种材质的成分相差很大，势必在结合层位置会存在大量的碳化物，使 得结合层强度很低，导致轧辊在使用中很容易从结合层处发生剥落；另一方面，由于芯部铁 水对外层高速钢的溶蚀，导致大量的碳化物元素进入轧辊芯部，使轧辊芯部的碳化物增多， 最终导致轧辊轴颈强度降低，使用中易发生断辊现象。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种适用于小型钢轧机、线棒材轧机的高速钢轧辊的制造方 法，有效提高了高速钢轧辊的结合层强度和辊颈的抗拉强度，能够防止轧辊在使用中出现 辊身剥落和辊身断裂。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种高速钢轧辊的制造方法，包括采用离心浇注方法铸造轧辊辊身外侧层高速 钢、然后采用合箱浇注方法浇注轧辊芯部铁水，采用合箱浇注方法浇注轧辊芯部铁水时是 将浇注好外层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，直至过渡层铁水填满铸型箱、 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。
[0008] 本发明的一种高速钢轧辊的制造方法具体包含以下工艺步骤：
[0009] A、熔炼原料
[0010] 将外层高速钢原料、过渡层铁水原料和芯部铁水原料分别进行熔炼；
[0011] B、浇注成型
[0012] 依次浇注外层高速钢水、过渡层铁水和芯部铁水，浇注过程为：
[0013] (1)采用离心浇注法，将熔炼好的外层高速钢水注入旋转的辊身模型中；
[0014] (2)待高速钢水凝固后，将浇注好外层高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合 箱形成铸型箱，底箱底部连接溢流管；然后通过铸型箱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；
[0015] (3)通过铸型箱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200°C?320°C，开箱脱模，即得高速钢辊坯；
[0016] C、机械加工和热处理
[0017] 将辊坯进行机械加工，将高速钢轧辊的工作面车到规定尺寸；经超声波探伤检验 合格之后，对辊坯进行热处理，然后冷却至室温，即得高速钢轧辊。
[0018] 本发明的上述技术方案的进一步改进在于：所述步骤C的热处理具体过程为一次 淬火+三次回火：淬火是以20?30°C /h的升温速度升温至1000?1120°C，保温3?4h， 出炉后以130?140°C /h的降温速度冷却至400?450°C ;三次回火的前两次是以20? 30°C /h的升温速度升温至500?550°C，保温10?32h，出炉后以20?30°C /h的降温速 度冷却至室温；最后以20?30°C /h的升温速度升温至500?550°C，保温10?32h，出炉 后空冷至室温。
[0019] 本发明的上述技术方案的进一步改进在于：所述外层高速钢的化学组分及其重量 百分含量为：C L 2%?2. 2%、Cr 3.0%?4. 5%、Ni 0.2%?L 2%、Mo 3. 5%?5.0%、 V 2.0% ?3.5%、W 1.0% ?2.5%、Nb 1.0% ?3.0%、Re 0.05% ?0·1%、Ρ 彡 0.04%、 S彡0.04%、Mn彡0.5%、Si 1.3%?2.0%，其余为Fe ;外层高速钢水的熔炼温度为 1500°C?1650°C ;熔炼完毕后对外层高速钢水进行变质处理；浇注温度1420?1480°C，当 辊身模型腔温度降至1220?1280°C时，停止离心转动；
[0020] 所述过渡层铁水的化学组分及其重量百分含量为：C 2. 0%?2. 9%、Cr 0. 1 %? 0.5%、Ni0.2%?0.8%、P<0.01%、S<0.04%、Mn0.3?0.8%、Sil.3%?2.0%， 其余为Fe ;过渡层铁水的熔炼温度为1500°C?1650°C;熔炼完毕后对过渡层铁水进行球化 孕育处理；浇注温度1400?1550°C ;
[0021] 所述芯部铁水的化学组分及其重量百分含量为：C 2. 9%?3.6%、Cr 0. 1 %? 0.5%、附0.2%?0.8%、卩彡0.1%、5彡0.04%、]?110.3?0.8%、511.3%?2.0%，其 余为Fe ;芯部铁水的熔炼温度为1500°C?1650°C;熔炼完毕后对芯部铁水进行球化孕育处 理；浇注温度1280?1400°C。
[0022] 本发明的上述技术方案的进一步优化在于：外层高速钢水的熔炼温度为 1600°C?1650°C ;过渡层铁水和芯部铁水的熔炼温度为1500°C?1550°C。
[0023] 本发明的上述技术方案的进一步改进在于：所述对外层高速钢水进行变质处理 是通过添加稀土对外层高速钢水进行变质处理，稀土添加量为0. 2wt %?6wt %，变质处理 温度为1550?1650°C ;所述球化孕育处理是通过添加球化剂和孕育剂对过渡层铁水和芯 部铁水进行球化孕育处理，球化孕育处理温度为1500?1600°C ;所述球化剂为稀土镁硅 铁合金，添加量为I. Owt%?I. 6wt %，所述孕育剂为硅含量为75%的硅铁合金，添加量为 0. 4wt% ?I. Owt%。
[0024] 本发明的上述技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中，离心浇注的离心重力 倍数为60?100G。
[0025] 本发明的上述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。
[0026] 由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
[0027] 本发明提供了一种高速钢轧辊的制造方法，明显提高了外层高速钢与芯部铁水的 结合强度，结合强度由以前的350Mpa左右提升至500Mpa以上，使得高速钢轧辊辊身结合层 抗剥落性大大提高；同时，本发明方法能够有效去除芯部铁水溶蚀外层的碳化物形成元素 量，从而改善了辊颈组织，提高了辊颈的抗拉强度，辊颈抗拉强度实际检测在550Mpa以上， 较传统的三层复合轧辊350Mpa有显著提高，有效杜绝了使用中的断辊现象。
[0028] 本发明在离心浇注高速钢水的基础上，首先浇注入过渡层铁水，过渡层铁水溶蚀 部分外层高速钢，在此过程中大量的碳化物形成元素进入到过渡层铁水中；然后再通过浇 注芯部铁水来实现过渡层铁水的完全置换，从而带走了会降低轧辊轴颈强度和内外结合层 强度的碳化物形成元素，使得最终制得的高速钢轧辊，其结合层及芯部铁水中碳化物形成 元素大大减少，使得轧辊结合层及芯部组织中仅存在小于3%量的碳化物；同时基体以铁 素体组织为主，乳辊结合层强度和辊颈的抗拉强度都大大提高。而现有的采用依次浇注外 层高速钢、中间层球墨铸铁、芯部球墨铸铁三层的方法制造出的高速钢轧辊，其结合层和芯 部中碳化物的含量为7%左右，且基体组织中仅存在少量铁素体组织，强度明显较低。
[0029] 本发明对熔炼好的外层高速钢水进行变质处理，可以有效改善钢水质量，细化基 体及碳化物，提高高速钢轧辊表面的耐磨性能；对熔炼好的过渡层铁水和芯部铁水进行球 化孕育处理，可以提高轧辊强度，使轧辊颈获得良好的力学性能，从而避免断辊。
[0030] 本发明对高速钢辊坯进行一次淬火+三次回火的热处理方式，高速钢铸态组织中 存在有大量的不稳定相马氏体残奥，通过上述热处理能够获得稳定的基体组织，而三次回