本发明属于轧辊处理技术领域，具体涉及一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺。
背景技术：
轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件，其质量直接影响到轧材的表面质量和轧材的生产成本，提高轧辊质量，降低轧辊成本抑制是轧辊生产企业关注的课题。目前常用的轧辊材质有高镍铬无限冷硬铸铁、半钢、高铬白口铸铁和高碳高速钢等。其中高铬铸铁轧辊在化工工业中得到广泛的使用，作为核心部件，其性能直接影响研磨效率、维护周期等。
现有技术的轧辊在使用过程中，尤其在进行温度较高的化工用品的轧制时，轧辊工作层的抗热裂性能的不足，使得表层容易出现掉块或开裂现象，严重影响到扎材的表面质量。例如中国专利cn2018106619329公开了一种钨变质处理的高铬铸铁轧辊及其制备方法，该技术方案通过将碳化钨作为调质剂加入到高铬铸铁工作层铁水中，经过热处理使得碳化钨能够均匀分布于高铬铸铁工作层的马氏体中，能够起到弥散强化的作用，提高高铬铸铁工作层的硬度和耐磨性，具有良好的抗热裂性，但是碳化钨易碎，添加的碳化钨使得高铬铸铁工作层的脆性增加，从而导致轧辊工作层的抗冲击性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺，具体处理工艺如下：
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.5-3.2%，si2-3%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.02-0.05%，re0.025-0.045%，cu0.4-0.7%，mo0.12-0.17%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1450-1520℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.2-1.5%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.5-1.2%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1360-1420℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；
2）将辊芯经过280号、800号以及1200号砂纸依次打磨，然后将打磨后表面光滑的辊芯包埋入由质量分数为98-99%的feal粉末和余量为nh4cl组成的固体粉末渗铝剂中，放入加热炉中，在氩气保护气氛中，于600-650℃下烧结2-3h，然后在580-620℃下退火处理3-4h；
3）将处理过的辊芯依次用100号、400号、800号、1000号以及1500号砂纸进行打磨，使得辊芯表面粗糙度为0.15-0.18um，然后将辊芯作为阴极，使用质量分数≥99.5%的纯镍板作为阳极，将阴极和阳极放入镀液中，镀液中含有硫酸镍300-330g/l，硫酸钠30-40g/l，氯化钠8-13g/l，硼酸30-36g/l，十二烷基硫酸钠0.02-0.04g/l，粒径为15-25nm的二氧化硅1-3g/l，选用op-7，op-10，op-15中任意一种作为乳化剂0.2-0.3g/l，采用工艺参数为超声功率150-200w，电流密度2-4a/dm，脉冲占空比35-40%，极间距4-7cm，镀液温度50-55℃，沉积时间50-80min，镀液ph值4-5的超声-电沉积方法，在辊芯表面形成含镍二氧化硅纳米镀层；形成的二氧化硅纳米镀层含有少量的镍，在超声-电沉积过程中，大量得到二氧化硅粒子增加了纳米镀层中镍晶粒的晶核点，使得镍晶粒的形核率得到提高，从而抑制了镍晶粒的持续生长，使得镀层的晶粒得到细化，从而提高了镀层的致密度，使得复合层的质量得到进一步提高；
4）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c0.8-1.5%，si0.2-0.3%，mn0.25-0.45%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr0.9-1.4%，mo2-3%，v3-5%，re0.03-0.07%，余量为fe，经球磨比为10:1，
在400-600r/min下球磨50-60h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充
在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至400-500℃，热态抽真空，使得真空度达到2×10-3-7×10-3pa，然后在1000-1300℃，压力100-130mpa下保温保压2-3h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；
5）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为500-600℃，时间保持在30-50min，然后再升温升温至260-320℃回火，保温7-10h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明采用低温包埋渗铝工艺以及超声-电沉积工艺，在轧辊辊芯的表面形成渗铝层-二氧化硅复合层，由于复合层位于辊芯和轧辊工作层之间，并且与轧辊工作层的热膨胀系数差异较大，热膨胀系数差异较大的复合层在辊芯和轧辊工作层之间可以起到中间过渡层的作用，减小热应力，从而可以减少轧辊工作层的掉块或开裂现象，延长轧辊工作层的使用寿命，而且复合层中二氧化硅纳米镀层可以提高复合层的韧性，提高复合层的抗热冲击性能，减少产生的热应力对复合层造成的冲击破坏作用，从而提高复合层的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明作进一步的说明
实施例1
一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺，具体处理工艺如下：
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.5%，si2%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.02%，re0.025%，cu0.4%，mo0.12%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1450℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.2%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.5%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1360℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；
2）将辊芯经过280号、800号以及1200号砂纸依次打磨，然后将打磨后表面光滑的辊芯包埋入由质量分数为98%的feal粉末和余量为nh4cl组成的固体粉末渗铝剂中，放入加热炉中，在氩气保护气氛中，于600℃下烧结2h，然后在580℃下退火处理3h；
3）将处理过的辊芯依次用100号、400号、800号、1000号以及1500号砂纸进行打磨，使得辊芯表面粗糙度为0.15um，然后将辊芯作为阴极，使用质量分数≥99.5%的纯镍板作为阳极，将阴极和阳极放入镀液中，镀液中含有硫酸镍300-g/l，硫酸钠30g/l，氯化钠8g/l，硼酸30g/l，十二烷基硫酸钠0.02g/l，粒径为15nm的二氧化硅1g/l，乳化剂op-70.2g/l，采用工艺参数为超声功率150w，电流密度2a/dm，脉冲占空比35%，极间距4cm，镀液温度50℃，沉积时间50min，镀液ph值4的超声-电沉积方法，在辊芯表面形成含镍二氧化硅纳米镀层；
4）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c0.8%，si0.2%，mn0.25%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr0.9%，mo2%，v3%，re0.03%，余量为fe，经球磨比为10:1，在400r/min下球磨50h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至400℃，热态抽真空，使得真空度达到2×10-3pa，然后在1000℃，压力100mpa下保温保压2h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；
5）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为500℃，时间保持在30min，然后再升温升温至260℃回火，保温7h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对本实施例加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本实施例的铸铁轧辊裂纹深度为13.6微米。
实施例2
一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺，具体处理工艺如下：
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.8%，si2.5%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.03%，re0.032%，cu0.6%，mo0.14%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1500℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.3%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.8%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1400℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；
2）将辊芯经过280号、800号以及1200号砂纸依次打磨，然后将打磨后表面光滑的辊芯包埋入由质量分数为98%的feal粉末和余量为nh4cl组成的固体粉末渗铝剂中，放入加热炉中，在氩气保护气氛中，于630℃下烧结2.5h，然后在600℃下退火处理3.5h；
3）将处理过的辊芯依次用100号、400号、800号、1000号以及1500号砂纸进行打磨，使得辊芯表面粗糙度为0.17um，然后将辊芯作为阴极，使用质量分数≥99.5%的纯镍板作为阳极，将阴极和阳极放入镀液中，镀液中含有硫酸镍320g/l，硫酸钠35g/l，氯化钠10g/l，硼酸32g/l，十二烷基硫酸钠0.03g/l，粒径为20nm的二氧化硅2g/l，乳化剂op-100.25g/l，采用工艺参数为超声功率180w，电流密度3a/dm，脉冲占空比38%，极间距5cm，镀液温度53℃，沉积时间65min，镀液ph值4的超声-电沉积方法，在辊芯表面形成含镍二氧化硅纳米镀层；
4）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c1.3%，si0.2%，mn0.35%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr1.2%，mo2.5%，v4%，re0.06%，余量为fe，经球磨比为10:1，在500r/min下球磨55h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至450℃，热态抽真空，使得真空度达到5×10-3pa，然后在1200℃，压力120mpa下保温保压2.5h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；
5）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为550℃，时间保持在40min，然后再升温升温至300℃回火，保温8h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对本实施例加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本实施例的铸铁轧辊裂纹深度为14.5微米。
实施例3
一种铸铁轧辊工作层抗热裂性能增强的处理工艺，具体处理工艺如下：
1）将化学成分按重量百分比计为：c3.2%，si3%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.05%，re0.045%，cu0.7%，mo0.17%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1520℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.5%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的1.2%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1420℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；
2）将辊芯经过280号、800号以及1200号砂纸依次打磨，然后将打磨后表面光滑的辊芯包埋入由质量分数为99%的feal粉末和余量为nh4cl组成的固体粉末渗铝剂中，放入加热炉中，在氩气保护气氛中，于650℃下烧结3h，然后在620℃下退火处理4h；
3）将处理过的辊芯依次用100号、400号、800号、1000号以及1500号砂纸进行打磨，使得辊芯表面粗糙度为0.18um，然后将辊芯作为阴极，使用质量分数≥99.5%的纯镍板作为阳极，将阴极和阳极放入镀液中，镀液中含有硫酸镍330g/l，硫酸钠40g/l，氯化钠13g/l，硼酸36g/l，十二烷基硫酸钠0.04g/l，粒径为25nm的二氧化硅3g/l，选用op-7，乳化剂op-150.3g/l，采用工艺参数为超声功率200w，电流密度4a/dm，脉冲占空比40%，极间距7cm，镀液温度55℃，沉积时间80min，镀液ph值5的超声-电沉积方法，在辊芯表面形成含镍二氧化硅纳米镀层；
4）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c1.5%，si0.3%，mn0.45%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr1.4%，mo3%，v5%，re0.07%，余量为fe，经球磨比为10:1，在600r/min下球磨60h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至500℃，热态抽真空，使得真空度达到7×10-3pa，然后在1300℃，压力130mpa下保温保压3h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；
5）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为600℃，时间保持在50min，然后再升温升温至320℃回火，保温10h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对本实施例加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本实施例的铸铁轧辊裂纹深度为14.2微米。
对照组1
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.5%，si2%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.02%，re0.025%，cu0.4%，mo0.12%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1450℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.2%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.5%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1360℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；2）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c0.8%，si0.2%，mn0.25%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr0.9%，mo2%，v3%，re0.03%，余量为fe，经球磨比为10:1，在400r/min下球磨50h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至400℃，热态抽真空，使得真空度达到2×10-3pa，然后在1000℃，压力100mpa下保温保压2h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；3）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为500℃，时间保持在30min，然后再升温升温至260℃回火，保温7h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对本实施例加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本对照组的铸铁轧辊裂纹深度为72.1微米。
对照组2
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.5%，si2%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.02%，re0.025%，cu0.4%，mo0.12%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1450℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.2%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.5%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1360℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；2）将辊芯经过280号、800号以及1200号砂纸依次打磨，然后将打磨后表面光滑的辊芯包埋入由质量分数为98%的feal粉末和余量为nh4cl组成的固体粉末渗铝剂中，放入加热炉中，在氩气保护气氛中，于600℃下烧结2h，然后在580℃下退火处理3h；3）采用热等静压工艺，将处理过的辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c0.8%，si0.2%，mn0.25%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr0.9%，mo2%，v3%，re0.03%，余量为fe，经球磨比为10:1，在400r/min下球磨50h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至400℃，热态抽真空，使得真空度达到2×10-3pa，然后在1000℃，压力100mpa下保温保压2h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；4）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为500℃，时间保持在30min，然后再升温升温至260℃回火，保温7h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对该对照组加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本对照组的铸铁轧辊裂纹深度为45.7微米。
对照组3
1）将化学成分按重量百分比计为：c2.5%，si2%，mn≤0.4%，p≤0.03%，mg0.02%，re0.025%，cu0.4%，mo0.12%，余量为铁的球磨铸铁辊芯材料在工频炉内熔炼，熔炼温度为1450℃，对熔炼后的铁水进行球化以及孕育处理，球化处理采用钇基重稀土作为球化剂，添加量为铁水重量的1.2%，孕育处理采用75sife作为孕育剂，添加量为铁水重量的0.5%，调整成分合格后，得到球磨铸铁辊芯铁水，然后将1360℃的辊芯铁水倒入模具中进行浇铸，待溶体凝固后开模，取出空冷至室温，得到辊芯胚体；2）将辊芯胚体依次用100号、400号、800号、1000号以及1500号砂纸进行打磨，使得辊芯表面粗糙度为0.15um，然后将辊芯作为阴极，使用质量分数≥99.5%的纯镍板作为阳极，将阴极和阳极放入镀液中，镀液中含有硫酸镍300-g/l，硫酸钠30g/l，氯化钠8g/l，硼酸30g/l，十二烷基硫酸钠0.02g/l，粒径为15nm的二氧化硅1g/l，乳化剂op-70.2g/l，采用工艺参数为超声功率150w，电流密度2a/dm，脉冲占空比35%，极间距4cm，镀液温度50℃，沉积时间50min，镀液ph值4的超声-电沉积方法，在辊芯表面形成含镍二氧化硅纳米镀层；3）采用热等静压工艺，将辊芯装入金属包套内，然后将化学成分按重量百分比计为c0.8%，si0.2%，mn0.25%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr0.9%，mo2%，v3%，re0.03%，余量为fe，经球磨比为10:1，在400r/min下球磨50h制得的高速钢粉末作为轧辊工作层原料，填充在辊芯外部，将金属包套密封后置于热等静压机中，对包套先进行冷态抽真空，然后加热至400℃，热态抽真空，使得真空度达到2×10-3pa，然后在1000℃，压力100mpa下保温保压2h，热压完后随炉等却至室温即可获得成型轧辊；4）将成型轧辊进行回炉淬火，淬火温度为500℃，时间保持在30min，然后再升温升温至260℃回火，保温7h，然后精加工至规定尺寸和精度，即可获得所需的铸铁轧辊。
对该对照组加工的铸铁轧辊进行冷热疲劳试验，采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测轧辊试样裂纹深度，用于表征抗热裂性，对10件试样进行检测，本对照组的铸铁轧辊裂纹深度为70.3微米。
空白组
选用传统的cr3材质轧辊进行对比，对10件试样进行检测，裂纹深度为76.5微米。
通过对实施例、对照组以及空白组的轧辊进行冷热疲劳试验可知，本发明加工制备的铸铁轧辊抗热裂性能优异，使用寿命得以提高，在较低熔点的金属轧制领域具有重要的意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。