一種高速鋼軋輥的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及軋輥的制造方法，具體的說，是一種適用于小型鋼軋機、線棒材軋機的 高速鋼軋輥的制造方法。
【背景技術】
[0002] 軋輥是軋鋼廠軋鋼機上的重要零件，是決定軋機效率和軋材質量的重要消耗部 件。軋輥利用一對或一組軋輥滾動時產生的壓力來軋碾軋件，使軋件產生塑性變形并獲得 理想的設計形狀，因此，乳輥質量的好壞直接關系到軋制產品的表面質量和軋鋼機的生產 作業率。它主要承受軋制時的動靜載荷，磨損和溫度變化的影響。
[0003] 高速鋼用于制作軋輥始于20世紀八十年代。高速鋼軋輥的應用是現代軋鋼生產 發展的重要組成部分，是鋼鐵工業發展史上繼微合金化、控軋控冷技術之后的又一重大變 革。高速鋼軋輥，又稱為高碳高速鋼復合軋輥，乳輥的工作層材料采用高碳高速鋼，乳輥的 芯部材料多采用球墨鑄鐵。高速鋼軋輥中含有大量的V、W、Cr、Mo、Nb等合金元素，具有較 高的常溫硬度（HS82?90)，同時有著良好的高溫紅硬性特點，在500°C以上仍能保證HS78 以上，因此具有優良的高溫耐磨性，目前已廣泛應用于軋鋼生產中。用高速鋼軋輥取代半鋼 軋輥、高鉻鑄鐵軋輥、高鎳鉻鉬無限冷硬軋輥及針狀貝氏體球鐵軋輥，對于提高軋制量、延 長換輥周期具有良好的效果。
[0004] 高速鋼軋輥的外層高速鋼與芯部鐵水之間的結合質量對軋輥的性能影響巨大。復 合澆注時，位于軋輥外層的高速鋼工作層中含有大量的V、w、Cr等碳化物形成元素，而軋輥 芯部為球墨鑄鐵，這兩種材質的成分相差很大，勢必在結合層位置會存在大量的碳化物，使 得結合層強度很低，導致軋輥在使用中很容易從結合層處發生剝落；另一方面，由于芯部鐵 水對外層高速鋼的溶蝕，導致大量的碳化物元素進入軋輥芯部，使軋輥芯部的碳化物增多， 最終導致軋輥軸頸強度降低，使用中易發生斷輥現象。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種適用于小型鋼軋機、線棒材軋機的高速鋼軋輥的制造方 法，有效提高了高速鋼軋輥的結合層強度和輥頸的抗拉強度，能夠防止軋輥在使用中出現 輥身剝落和輥身斷裂。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：
[0007] 一種高速鋼軋輥的制造方法，包括采用離心澆注方法鑄造軋輥輥身外側層高速 鋼、然后采用合箱澆注方法澆注軋輥芯部鐵水，采用合箱澆注方法澆注軋輥芯部鐵水時是 將澆注好外層高速鋼的輥身模型與輥頸模型、底箱進行合箱形成鑄型箱，鑄型箱底部連接 溢流管；先從鑄型箱的上部澆口向鑄型箱內澆注過渡層鐵水，直至過渡層鐵水填滿鑄型箱、 從溢流管流出后停止澆注；然后從鑄型箱的上部澆口向鑄型箱內繼續澆注芯部鐵水，直至 芯部鐵水將過渡層鐵水全部頂出后停止澆注。
[0008] 本發明的一種高速鋼軋輥的制造方法具體包含以下工藝步驟：
[0009] A、熔煉原料
[0010] 將外層高速鋼原料、過渡層鐵水原料和芯部鐵水原料分別進行熔煉；
[0011] B、澆注成型
[0012] 依次澆注外層高速鋼水、過渡層鐵水和芯部鐵水，澆注過程為：
[0013] (1)采用離心澆注法，將熔煉好的外層高速鋼水注入旋轉的輥身模型中；
[0014] (2)待高速鋼水凝固后，將澆注好外層高速鋼的輥身模型與輥頸模型、底箱進行合 箱形成鑄型箱，底箱底部連接溢流管；然后通過鑄型箱澆口澆注過渡層鐵水；直至過渡層 鐵水填滿鑄型箱、從溢流管流出；
[0015] (3)通過鑄型箱澆口繼續澆注芯部鐵水，隨著芯部鐵水的注入，鑄型箱內原有的過 渡層鐵水從溢流管逐漸流出，直至過渡層鐵水全部被置換為芯部鐵水后停止澆注，然后冷 卻至200°C?320°C，開箱脫模，即得高速鋼輥坯；
[0016] C、機械加工和熱處理
[0017] 將輥坯進行機械加工，將高速鋼軋輥的工作面車到規定尺寸；經超聲波探傷檢驗 合格之后，對輥坯進行熱處理，然后冷卻至室溫，即得高速鋼軋輥。
[0018] 本發明的上述技術方案的進一步改進在于：所述步驟C的熱處理具體過程為一次 淬火+三次回火：淬火是以20?30°C /h的升溫速度升溫至1000?1120°C，保溫3?4h， 出爐后以130?140°C /h的降溫速度冷卻至400?450°C ;三次回火的前兩次是以20? 30°C /h的升溫速度升溫至500?550°C，保溫10?32h，出爐后以20?30°C /h的降溫速 度冷卻至室溫；最后以20?30°C /h的升溫速度升溫至500?550°C，保溫10?32h，出爐 后空冷至室溫。
[0019] 本發明的上述技術方案的進一步改進在于：所述外層高速鋼的化學組分及其重量 百分含量為：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%，其余為Fe ;外層高速鋼水的熔煉溫度為 1500°C?1650°C ;熔煉完畢后對外層高速鋼水進行變質處理；澆注溫度1420?1480°C，當 輥身模型腔溫度降至1220?1280°C時，停止離心轉動；
[0020] 所述過渡層鐵水的化學組分及其重量百分含量為：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%， 其余為Fe ;過渡層鐵水的熔煉溫度為1500°C?1650°C;熔煉完畢后對過渡層鐵水進行球化 孕育處理；澆注溫度1400?1550°C ;
[0021] 所述芯部鐵水的化學組分及其重量百分含量為：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 余為Fe ;芯部鐵水的熔煉溫度為1500°C?1650°C;熔煉完畢后對芯部鐵水進行球化孕育處 理；澆注溫度1280?1400°C。
[0022] 本發明的上述技術方案的進一步優化在于：外層高速鋼水的熔煉溫度為 1600°C?1650°C ;過渡層鐵水和芯部鐵水的熔煉溫度為1500°C?1550°C。
[0023] 本發明的上述技術方案的進一步改進在于：所述對外層高速鋼水進行變質處理 是通過添加稀土對外層高速鋼水進行變質處理，稀土添加量為0. 2wt %?6wt %，變質處理 溫度為1550?1650°C ;所述球化孕育處理是通過添加球化劑和孕育劑對過渡層鐵水和芯 部鐵水進行球化孕育處理，球化孕育處理溫度為1500?1600°C ;所述球化劑為稀土鎂硅 鐵合金，添加量為I. Owt%?I. 6wt %，所述孕育劑為硅含量為75%的硅鐵合金，添加量為 0. 4wt% ?I. Owt%。
[0024] 本發明的上述技術方案的進一步改進在于：所述步驟B中，離心澆注的離心重力 倍數為60?100G。
[0025] 本發明的上述技術方案的進一步改進在于：芯部鐵水的澆注量為過渡層鐵水澆注 量的三倍。
[0026] 由于采用了上述技術方案，本發明所取得的技術進步在于：
[0027] 本發明提供了一種高速鋼軋輥的制造方法，明顯提高了外層高速鋼與芯部鐵水的 結合強度，結合強度由以前的350Mpa左右提升至500Mpa以上，使得高速鋼軋輥輥身結合層 抗剝落性大大提高；同時，本發明方法能夠有效去除芯部鐵水溶蝕外層的碳化物形成元素 量，從而改善了輥頸組織，提高了輥頸的抗拉強度，輥頸抗拉強度實際檢測在550Mpa以上， 較傳統的三層復合軋輥350Mpa有顯著提高，有效杜絕了使用中的斷輥現象。
[0028] 本發明在離心澆注高速鋼水的基礎上，首先澆注入過渡層鐵水，過渡層鐵水溶蝕 部分外層高速鋼，在此過程中大量的碳化物形成元素進入到過渡層鐵水中；然后再通過澆 注芯部鐵水來實現過渡層鐵水的完全置換，從而帶走了會降低軋輥軸頸強度和內外結合層 強度的碳化物形成元素，使得最終制得的高速鋼軋輥，其結合層及芯部鐵水中碳化物形成 元素大大減少，使得軋輥結合層及芯部組織中僅存在小于3%量的碳化物；同時基體以鐵 素體組織為主，乳輥結合層強度和輥頸的抗拉強度都大大提高。而現有的采用依次澆注外 層高速鋼、中間層球墨鑄鐵、芯部球墨鑄鐵三層的方法制造出的高速鋼軋輥，其結合層和芯 部中碳化物的含量為7%左右，且基體組織中僅存在少量鐵素體組織，強度明顯較低。
[0029] 本發明對熔煉好的外層高速鋼水進行變質處理，可以有效改善鋼水質量，細化基 體及碳化物，提高高速鋼軋輥表面的耐磨性能；對熔煉好的過渡層鐵水和芯部鐵水進行球 化孕育處理，可以提高軋輥強度，使軋輥頸獲得良好的力學性能，從而避免斷輥。
[0030] 本發明對高速鋼輥坯進行一次淬火+三次回火的熱處理方式，高速鋼鑄態組織中 存在有大量的不穩定相馬氏體殘奧，通過上述熱處理能夠獲得穩定的基體組織，而三次回