专利名称：一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法
技术领域：
本发明属于轧辊制造技术领域，具体涉及一种轧辊的制备方法，特别涉及一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法。
背景技术：
轧辊是轧钢生产中的主要消耗部件，提高轧辊耐磨性的研究，一直受到国内外的关注。采用高速钢取代高铬铸铁、镍铬铸铁、铬钼铸铁和镍铬钼铸铁等材质制造轧辊，是提高轧辊耐磨性的主要途径。日本专利公报JP6330235公开了一种离心铸造高速钢轧辊材料的化学组成如下C1.4-2.6％，Si0.2-1.5％，Mn＜1.5％，Cr3-8％，(2Mo+W)6-14％，V4-8％，Ti0.3-2.5％，余量Fe。美国专利US6095957公开了一种高速钢轧辊材料，其化学成分(重量％)是C2.4～2.9，Cr12.0～18.0，Mo3.0～9.0，V3.0～7.0，Nb0.5～4.0，Si＜1.0，Mn＜1.0，W＜1.0。中国发明专利CN1807671也公开了一种连续复合高速钢轧辊工艺配方，外层辊身的工艺配方(重量％)是1.5-3.5C，2.0-7.0Cr，2.0-7.0Mo，4.0-10.0V，4.0-10.0W，0-10.0Co，Ni＜2.0，其余为Fe。上述轧辊材料具有优异的耐磨性，但含有较多的合金元素，因此生产成本高。
研究发现，在高速钢轧辊中，加入适量硼元素，可以部分取代高速钢轧辊中钨、钼、钒等昂贵合金元素，降低高速钢轧辊生产成本。本发明的目的是对含硼低合金高速钢轧辊的热处理工艺进行改进，由常规的淬火加回火改为两次回火处理，本发明取消轧辊的高温淬火，一是可以节约能源，二是可以消除轧辊高温加热时表面的氧化和脱碳，三是可消除轧辊高温加热时辊芯强度的下降。为了取消含硼低合金高速钢轧辊的高温淬火，轧辊铸态组织中不应出现珠光体，铸态基体组织应以奥氏体和马氏体为主。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其具体步骤包括 轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁，金属铸型是灰铸铁，铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.2～1.8mm；喷刷涂料时，铸型温度控制在140～200℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90～130℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50～70℃；轧辊浇注完毕4～10小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口； 轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1～3小时后，然后以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，进行第一次热处理保温，然后空冷；再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，进行第二次热处理保温，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。
其中金属铸型的壁厚按下式确定 δ＝a·D (1) 式中δ-铸型壁厚，mm；D-轧辊辊身直径，mm；a-铸型系数，a＝0.25～0.45，轧辊辊身直径大于600mm时，a＝0.45，轧辊辊身直径小于400mm时，a＝0.25，400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.25＜a＜0.45。
第一次热处理保温时间按下式确定 t1＝200+k1·D (2) 式中t1-第一次热处理保温时间，min；D-轧辊辊身直径，mm；k1-保温系数，min/mm，其中k1＝0.3～0.5，当轧辊辊身直径大于600mm时，k1＝0.5，；轧辊辊身直径小于400mm时，k1＝0.3；400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.3＜k1＜0.5。
第二次热处理保温时间按下式确定 t2＝250+k2·D (3) 式中t2-第二次热处理保温时间，min；D-轧辊辊身直径，mm；k2-保温系数，min/mm，其中k2＝0.4～0.6，当轧辊辊身直径大于600mm时，k2＝0.6；轧辊辊身直径小于400mm时，k2＝0.4；400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.4＜k2＜0.6。
本发明含硼低合金高速钢轧辊的主要成分(质量分数，％)如下0.3-1.0C，1.0-2.5B，5.0-7.0Cr，V＜1.5，Mo＜1.5，Nb＜1.0，Co＜1.0，W＜1.0，Si＜1.5，Mn＜1.5，余量Fe和不可避免的微量杂质，其中，3.0＜V+Mo+Nb+Co+W＜5.0。
为了获得铸态组织中无珠光体的含硼低合金高速钢轧辊，加快轧辊的凝固冷却是极其必要的，实现凝固快冷的主要措施是控制铸型厚度、浇注温度、铸型温度、涂料及涂料厚度等。本发明结合含硼低合金高速钢的凝固过程，提出铸型采用导热性好的灰铸铁，为了提高铸型的蓄热能力，对其铸型厚度需进行严格控制，铸型厚度过薄，蓄热少，轧辊冷却慢，凝固组织中易出现珠光体，铸型厚度过厚，尽管蓄热能力强，有利于加快轧辊的冷却，但铸型过大，操作不便，特别是采用离心铸造生产时，还需消耗过多的动力，按式(1)确定铸型厚度，可确保含硼低合金高速钢轧辊凝固组织中不出现珠光体。
铸型表面需喷刷石墨粉涂料，主要是为了保护铸型，防止轧辊与铸型粘连，延长铸型寿命，石墨粉涂料廉价，且导热性能好。将涂料厚度控制在1.2～1.8mm，喷刷涂料时，铸型温度控制在140～200℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90～130℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50～70℃，对获得铸态无珠光体的低合金高速钢轧辊是极其重要的。
由于轧辊的铸态基体组织是以马氏体、奥氏体为主，另外还含有少量贝氏体，铸态硬度高，超过60HRC，轧辊去掉浇冒口后，可以不经高温淬火而直接回火。直接回火时，轧辊入炉炉温应低于200℃，炉温过高，轧辊应力大，易开裂。铸态含硼低合金高速钢轧辊以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，保温时间(t1)按式(2)确定，然后空冷，可确保轧辊中残留的奥氏体分解，有利于进一步提高轧辊硬度，改善轧辊耐磨性。
残留奥氏体分解会引起体积膨胀，使轧辊内应力增大，因此，需将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，保温时间(t2)按式(3)确定，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，可降低轧辊内应力，确保轧辊使用中不会开裂和剥落。
本发明与现有技术相比具有以下优点 1)本发明省去了高温淬火工艺，轧辊热处理能耗低、周期短，辊面不会出现氧化和脱碳，辊芯强度与铸态相当、不会下降； 2)本发明工艺获得的轧辊具有很好的使用效果，使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的4～5倍，且轧辊使用安全，使用中无断辊现象出现。
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明做进一步详述 实施例1 本发明用于生产
轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分(质量分数，％)如下0.38C，2.46B，5.11Cr，0.27V，1.28Mo，0.51Nb，0.27Co，0.81W，1.17Si，0.80Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注，金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚90mm。
铸型表面喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.2mm。喷刷涂料时，铸型温度控制在200℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在120℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上70℃。轧辊浇注完毕4小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1小时后，然后以25℃/小时的升温速度加热至540℃，保温308min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1小时后，然后以40℃/小时的升温速度加热至500℃，保温394min，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至
辊表面光洁度精加工至0.50μm。
实施例2 本发明用于生产
轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分(质量分数，％)如下0.95C，1.04B，6.90Cr，0.85V，1.44Mo，0.31Nb，0.52Co，0.63W，0.88Si，1.30Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注，金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚292.5mm。
铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.8mm。喷刷涂料时，铸型温度控制在140℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50℃。轧辊浇注完毕10小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温3小时后，然后以15℃/小时的升温速度加热至520℃，保温525min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温2小时后，然后以28℃/小时的升温速度加热至480℃，保温640min，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至
辊表面光洁度精加工至0.47μm。
实施例3 本发明用于生产
轧辊。轧辊外层是含硼低合金高速钢，主要成分(质量分数，％)如下0.66C，1.81B，5.68Cr，1.35V，1.10Mo，0.68Nb，0.34Co，0.60W，1.24Si，1.06Mn，余量Fe和不可避免的微量杂质。轧辊辊芯是球墨铸铁。轧辊首先采用金属型浇注，金属铸型是灰铸铁，铸型壁厚180mm。
铸型表面喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.5mm。喷刷涂料时，铸型温度控制在170℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在130℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上60℃。轧辊浇注完毕6小时后开箱空冷，然后去掉浇冒口。轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温2小时后，然后以20℃/小时的升温速度加热至580℃，保温410min，然后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1小时后，然后以35℃/小时的升温速度加热至510℃，保温500min，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后将轧辊外径精加工至
辊表面光洁度精加工至0.48μm。
上述含硼低合金高速钢轧辊硬度达到61～63HRC，辊面硬度均匀性好，用于热轧带钢和棒材轧机上，使用安全，无断辊和剥落现象出现，使用寿命达到高镍铬铸铁轧辊的4～5倍，而生产成本仅比高镍铬铸铁轧辊提高20～25％。
权利要求
1、一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于包括以下步骤
轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁，金属铸型是灰铸铁，铸型表面需要喷刷石墨粉涂料，涂料厚度控制在1.2～1.8mm；喷刷涂料时，铸型温度控制在140～200℃，浇注含硼低合金高速钢轧辊时，铸型温度控制在90～130℃，轧辊浇注温度控制在含硼低合金高速钢熔点以上50～70℃；轧辊浇注完毕4～10小时后开箱空冷，然后去掉浇冒□；
轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1～3小时后，然后以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，进行第一次热处理保温，然后空冷；再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，进行第二次热处理保温，然后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度。
2、根据权利要求1所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于所述的金属铸型的壁厚按下式确定
δ＝a·D(1)
式中δ-铸型壁厚，mm；D-轧辊辊身直径，mm；a-铸型系数，a＝0.25～0.45，轧辊辊身直径大于600mm时，a＝0.45，轧辊辊身直径小于400mm时，a＝0.25，400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.25＜a＜0.45。
3、根据权利要求1或2所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于所述的第一次热处理保温时间按下式确定
t1＝200+k1·D(2)
式中t1-第一次热处理保温时间，min；D-轧辊辊身直径，mm；k1-保温系数，min/mm，其中k1＝0.3～0.5，当轧辊辊身直径大于600mm时，k1＝0.5，；轧辊辊身直径小于400mm时，k1＝0.3；400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.3＜k1＜0.5。
4、根据权利要求1或2所述的一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于所述的第二次热处理保温时间按下式确定
t2＝250+k2·D(3)
式中t2-第二次热处理保温时间，min；D-轧辊辊身直径，mm；k2-保温系数，min/mm，其中k2＝0.4～0.6，当轧辊辊身直径大于600mm时，k2＝0.6；轧辊辊身直径小于400mm时，k2＝0.4；400mm≤轧辊辊身直径≤600mm时，0.4＜k2＜0.6。
全文摘要
一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法，其特征在于轧辊首先采用金属型浇注，轧辊辊身材质是含硼低合金高速钢，辊芯是球墨铸铁。轧辊经粗加工后，置于温度低于200℃的加热炉中，保温1～3小时后，然后以15～25℃/小时的升温速度加热至520～580℃，保温后空冷。再将轧辊重新置于温度低于300℃的加热炉中，保温1～2小时后，然后以28～40℃/小时的升温速度加热至480～510℃，保温后炉冷至温度低于180℃后，空冷至室温。采用本发明热处理含硼低合金高速钢轧辊，不仅能耗低、热处理周期短，而且具有良好的使用效果。
文档编号B22D19/16GK101623751SQ20091009118
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者符寒光, 雷永平, 戴建方, 邢建东 申请人:北京工业大学