本发明公开了一种高速钢轧辊，特别涉及一种含铝硼高速钢轧辊，属于金属材料技术领域。
背景技术：
高速钢轧辊的开发和应用是轧辊制造技术发展历史上的一次伟大变更，高速钢轧辊相比于传统轧辊材料，具有硬度高、淬透性好和耐磨性好等特点，为了提高高速钢轧辊的性能，中国发明专利cn106435370公开了一种冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.80～0.90％；硅0.20～0.45％；锰0.15～0.40％；铬3.55～3.70％；钼4.25～4.40％；钒1.50～1.70％；钨5.30～5.45％；磷≤0.030％；硫≤0.030％；其余为铁和不可避免的杂质。该冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理；所述最终热处理包括采用保护气氛炉通过亚温淬火+油冷以及两次回火处理。改发明的高速钢轧辊整体硬度≥64hrc，且具有较高的耐磨性和良好的抗事故性，能够满足高强钢和超高强钢的轧制工况要求。中国发明专利cn104353798还公开了用于热连轧精轧后段的高速钢工作辊的制造方法，所述辊身工作层的化学成分及各成分的重量百分含量为：c2.00～3.50％，si0.40～2.00％，mn0.50～1.20％，cr1.50～4.50％，ni2.00～5.00％，mo+v+w+nb2.00～10.00％，s≤0.05％，p≤0.10％，其余为fe和不可避免杂质。其制造方法包括熔炼、孕育及球化处理、浇注、热处理步骤，该发明通过设计合理的合金成分和生产工艺，得到了特殊的石墨与金相组织。热连轧精轧后段高碳高速钢轧辊能够有效控制了轧辊下机后表面质量，同时提高了轧辊的耐磨性以及抗热裂性。中国发明专利cn106282821还公开了一种含石墨的高速钢离心复合钢芯轧辊制造方法，该发明在传统高速钢组分中，引入了b、n化学元素，工作层基体组织中弥散分布着面积总百分比20-35％的mc型和/或m2c型的、点状和/或块状的高硬合金碳化物、氮化物、硼化物。轧辊的工作层的化学成分按质量分数计包括：c2.0-3.0％、si0.8-2.5％、mn0.2-1.0％、p≤0.05％、s≤0.02％、cr3-10％、ni0.5-3.5％、mo2.5-6.0％、v3-8％、w0-10％、b0-0.5％，n60-500ppm；且工作层含有当量球径在20-50μm，面积百分比在0.5-1.5％的点、球状石墨；同时，工作层基体组织中弥散分布着面积总百分比20-35％的mc型和/或m2c型的、点状和/或块状的高硬合金碳化物、氮化物、硼化物；在外层与辊轴之间还包含一层中间层；所述含石墨的高速钢离心复合钢芯轧辊是通过动态离心铸造制备外层筒体、中间层，并且在静态与上下辊颈部分的箱体组合，在外层筒体、中间层处于高温固态下，浇入高温液态的芯部金属液，从而实现离心复合铸造成型；所述通过动态离心铸造制备外层筒体的步骤包括炉料准备，冶炼，出炉碳、氮、硼化物变质处理，石墨变质孕育处理，起包浇注，筒体凝固与石墨析出；所述出炉碳、氮、硼化物变质处理，是在外层金属液体出炉过程中，添加颗粒变质剂促使液态cr、mo、v、w等合金元素以高温固态的形态形成微小、弥散的高熔点碳化物、氮化物、硼化物悬浮颗粒并析出；所述石墨变质孕育处理是在碳、氮、硼化物变质处理的基础上添加颗粒变质剂，使金属液中溶解状态的剩余碳，在随后的浇注凝固阶段以微小点球状析出形成石墨。高速钢轧辊除保留了传统高速钢特有的高温抗磨的优点外，同时还解决了原传统高速钢轧辊摩擦系数大的问题，充分发挥高速钢的耐磨性能，起到在轧制中轧辊与工件间的润滑作用，阻止粘钢现象的发生；而且石墨的导热性能、润滑特性，能改善了高速钢轧辊对热冲击、热裂敏感性、易粘钢、易表面毛化的弊端，特别在成品架使用时，轧材表面光亮程度显著改善。
中国发明专利cn106216405还公开了一种适用于棒材切分机架用的氮化高速钢辊及其制造方法，属于轧辊制造技术领域，包括辊颈和由工作层、过渡层、芯部构成的辊身，工作层合金成分及重量百分比为：1.2～2.2碳、7.0～13.5铬、0.2～1.2镍、0.5～1.5钼、1.0～2.5钒、1.0～2.5钨、1.0～3.0铌、0.05～0.1稀土、磷≤0.04、硫≤0.04、锰≤0.5、0.6～1.5硅，其余为铁；工作层的基体强度≥600mpa，工作层抗拉强度≥800mpa，该发明提高高速钢轧辊的基体强度，细化晶粒，克服棒材轧机切分机架的轧制环境，适应切分机架的轧制要求。中国发明专利cn104525889还公开了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。所述制造方法包括熔炼原料、浇注成型、机械加工和热处理三个工艺步骤；在离心浇注高速钢铁水的基础上，首先浇注入过渡层铁水，然后再通过浇注芯部铁水来实现过渡层铁水的完全置换。该发明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，有效杜绝了使用中的断辊现象。
中国发明专利cn105779861还公开了一种耐磨高钒氮高速钢型钢轧辊及其制造方法，由高钒氮高速钢辊套和中碳钢辊轴热装复合而成，高钒氮高速钢辊套采用质量分数20～24％的m2高速钢(亦称w6mo5cr4v2高速钢)废料、4.5～4.8％的钒氮合金、1.8～2.2％的铌铁、55～59％的q235废钢、10～12％的碳素铬铁、1.2～1.4％的电解镍、0.30～0.45％的钛铁和1.2～1.4％的金属铝配料，并经电炉熔炼，在离心机上浇注成辊套，经退火、粗加工、淬火、回火和精加工处理后，与中碳钢辊轴热装复合在一起，在型钢轧机上使用，具有优异的耐磨性。中国发明专利cn105618715还公开了一种耐磨高速钢复合轧辊及其制备方法，复合轧辊由辊身高速钢和辊芯球墨铸铁通过离心复合铸造成一体，辊身钢水的化学组成及其质量分数控制在1.5-2.4％c、3.5-6.0％cr、3.5-6.0％mo、3.5-6.0％v、1.5-3.5％w、0.6-1.2％nb、0.5-1.2％ni、0.3-0.8％si、0.3-0.8％mn、s&；lt；0.04％、p&；lt；0.04％，余量fe，对辊身钢水进行脱氧并采用多元微合金线对钢水进行炉外变质处理，然后在离心机上浇注成轧辊，辊芯采用球墨铸铁，轧辊经淬火后回火处理，具有硬度高、强韧性和耐磨性好等特点，具有优异的使用效果。
但是，上述高速钢轧辊普遍存在贵重合金加入量多，轧辊生产成本高的不足。
技术实现要素：
本发明的目的是利用铝进入高速钢中，大幅度提高高速钢基体高温硬度和红硬性，以及硼与高速钢中的fe、cr、mo等元素生成高硬度的m2b相，大幅度提高高速钢硬度，开发成功一种含铝硼高速钢轧辊。
一种含铝硼高速钢轧辊采用电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
1)先在感应电炉内熔炼含铝硼高速钢，含铝硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数％是1.67～1.92c,1.13～1.36b,1.05～1.28al,5.04～5.37cr,2.17～2.55mo,0.78～0.99si,0.67～0.94mn,1.14～1.36v,<0.030s,<0.032p,余量fe；当钢水温度达到1623～1648℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了厚度0.15～0.80mm的非晶纳米晶变质剂，非晶纳米晶变质剂的化学组成及其质量分数为20.34～21.60％b,1.23～1.44％rb,21.47～21.69％al,3.66～4.01％ti,0.91～1.08％c,5.21～5.56％ca,余量为fe以及不可避免的杂质元素；非晶纳米晶变质剂加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.63～0.87％，当钢水温度降至1483～1526℃时，将钢水浇入铸型，得到含铝硼高速钢轧辊毛坯；
2)含铝硼高速钢轧辊毛坯经过粗加工后，入炉加热至1055～1080℃，保温2～4小时后，以18～22℃/分钟的速度快冷至温度低于250℃，然后入炉加热至500～540℃，保温12～15小时后，随炉冷至温度低于160℃，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得含铝硼高速钢轧辊。
本发明以廉价的铝、硼为主要合金元素，用于替代高速钢轧辊中昂贵的钴、钨、铌等元素，达到降低轧辊制造成本的目的。此外，本发明先在感应电炉内熔炼含铝硼高速钢，工艺简便，含铝硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数％是1.67～1.92c,1.13～1.36b,1.05～1.28al,5.04～5.37cr,2.17～2.55mo,0.78～0.99si,0.67～0.94mn,1.14～1.36v,<0.030s,<0.032p,余量fe。其中加入1.67～1.92％c,1.13～1.36％b,，是兼顾获得适量耐磨碳化物和耐磨硼化物，加入1.05～1.28％al可以大幅度提高轧辊材料的抗回火软化能力，并提高轧辊抗氧化性能。此外，加入5.04～5.37％cr,2.17～2.55％mo和1.14～1.36％v，是为了获得高硬度的合金碳化物，提高轧辊耐磨性。在此基础上加入0.78～0.99％si,0.67～0.94％mn，主要是为了脱氧和强化轧辊基体。
本发明当钢水温度达到1623～1648℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了厚度0.15～0.80mm的非晶纳米晶变质剂，非晶纳米晶变质剂的化学组成及其质量分数为20.34～21.60％b,1.23～1.44％rb,21.47～21.69％al,3.66～4.01％ti,0.91～1.08％c,5.21～5.56％ca,余量为fe以及不可避免的杂质元素，非晶纳米晶变质剂加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.63～0.87％。纳米级晶粒，比表面积非常大，晶粒的表面能和表面结合能大，当纳米晶变质剂加入到钢液中时，很容易成为钢液形核的有效核心，进而促进钢液非均匀形核，提高形核率，细化含铝硼高速钢显微组织，提高含铝硼高速钢力学性能。另外，纳米晶变质剂在钢液中具有良好的润湿性和扩散速率，由纳米材料的界面相关效应所致，使得纳米晶变质剂在钢液中扩散的速度非常快，能迅速的弥散分布在钢液中，从而保证钢液中的有效异质形核核心大量且弥散存在。非晶体没有固定熔、沸点，因此当非晶变质剂加入到钢液中后不会立即熔化。纳米晶弥散包裹于非晶体中，使其在熔化前有一定的时间来发挥促进非均匀形核的效率。当钢水温度降至1483～1526℃时，将钢水浇入铸型，得到含铝硼高速钢轧辊毛坯。含铝硼高速钢轧辊毛坯经过粗加工后，入炉加热至1055～1080℃，保温2～4小时，主要目的是确保高温下基体实现奥氏体化，并增加奥氏体中合金元素数量。然后以18～22℃/分钟的速度快冷至温度低于250℃，主要使为了获得高硬度的马氏体和贝氏体。最后入炉加热至500～540℃，保温12～15小时后，炉冷至温度低于160℃，出炉空冷至室温，主要是为了稳定轧辊组织，消除轧辊内应力。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明轧辊不含价格昂贵的钴、镍、铌、钨等元素，使轧辊成本大幅度下降；
2)本发明轧辊具有优异的抗氧化性能和抗高温回火软化能力，600℃的红硬性超过60hrc；
3)本发明轧辊硬度大于62hrc，抗拉强度大于800mpa，冲击韧性大于12j/cm2，在热轧机上，使用寿命比普通高镍铬铸铁轧辊提高450％以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种含铝硼高速钢轧辊，其特征在采用电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
1)先在500公斤中频感应电炉内熔炼含铝硼高速钢，含铝硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数％是1.67c,1.36b,1.05al,5.37cr,2.17mo,0.99si,0.67mn,1.36v,0.019s,0.028p,余量fe，当钢水温度达到1623℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了厚度0.18mm的非晶纳米晶变质剂，非晶纳米晶变质剂的化学组成及其质量分数为21.60％b,1.23％rb,21.69％al,3.66％ti,1.08％c,5.21％ca,余量为fe以及不可避免的杂质元素，非晶纳米晶变质剂加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.63％，当钢水温度降至1483℃时，将钢水浇入铸型，得到含铝硼高速钢轧辊毛坯；
2)含铝硼高速钢轧辊毛坯经过粗加工后，入炉加热至1060℃，保温3小时后，以20℃/分钟的速度快冷至温度低于250℃，然后入炉加热至520℃，保温14小时后，随炉冷至温度低于160℃，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得含铝硼高速钢轧辊，具体力学性能见表1。
实施例2：
一种含铝硼高速钢轧辊，其特征在采用电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
1)先在1000公斤中频感应电炉内熔炼含铝硼高速钢，含铝硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数％是1.92c,1.13b,1.28al,5.04cr,2.55mo,0.78si,0.94mn,1.14v,0.025s,0.026p,余量fe，当钢水温度达到1648℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了厚度0.69mm的非晶纳米晶变质剂，非晶纳米晶变质剂的化学组成及其质量分数为20.34％b,1.44％rb,21.47％al,4.01％ti,0.91％c,5.56％ca,余量为fe以及不可避免的杂质元素，非晶纳米晶变质剂加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.87％，当钢水温度降至1526℃时，将钢水浇入铸型，得到含铝硼高速钢轧辊毛坯；
2)含铝硼高速钢轧辊毛坯经过粗加工后，入炉加热至1055℃，保温4小时后，以18℃/分钟的速度快冷至温度低于250℃，然后入炉加热至540℃，保温12小时后，随炉冷至温度低于160℃，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得含铝硼高速钢轧辊，具体力学性能见表1。
实施例3：
一种含铝硼高速钢轧辊，其特征在采用电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
1)先在750公斤中频感应电炉内熔炼含铝硼高速钢，含铝硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数％是1.82c,1.19b,1.20al,5.25cr,2.46mo,0.90si,0.85mn,1.27v,0.022s,0.031p,余量fe，当钢水温度达到1641℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了厚度0.54mm的非晶纳米晶变质剂，非晶纳米晶变质剂的化学组成及其质量分数为20.99％b,1.28％rb,21.53％al,3.84％ti,0.97％c,5.41％ca,余量为fe以及不可避免的杂质元素，非晶纳米晶变质剂加入量占进入钢包内钢水质量分数的0.75％，当钢水温度降至1498℃时，将钢水浇入铸型，得到含铝硼高速钢轧辊毛坯；
2)含铝硼高速钢轧辊毛坯经过粗加工后，入炉加热至1080℃，保温2小时后，以22℃/分钟的速度快冷至温度低于250℃，然后入炉加热至500℃，保温15小时后，随炉冷至温度低于160℃，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得含铝硼高速钢轧辊，具体力学性能见表1。
表1含铝硼高速钢轧辊力学性能
本发明含铝硼高速钢轧辊不含价格昂贵的钴、镍、铌、钨等元素，使轧辊成本大幅度下降。本发明轧辊具有优异的抗氧化性能和抗高温回火软化能力，特别是具有优异的红硬性，600℃的红硬性超过60hrc。本发明轧辊硬度大于62hrc，抗拉强度大于800mpa，冲击韧性大于12j/cm2，在带钢和棒、线材热轧机上使用，本发明含铝硼高速钢轧辊使用寿命比普通高镍铬铸铁轧辊提高450％以上。推广应用本发明成果，可以降低轧辊消耗，提高轧机作业率，减轻工人劳动强度，推广应用具有良好的经济和社会效益。