本發(fā)明涉及一種軋輥及其制造方法，尤其是一種熱連軋精軋軋輥及其制造方法。

背景技術(shù)：

軋輥市場競爭日益激烈，在采購成本不變動的情況下提高軋輥性能成為鋼廠采購軋輥的最為主要的因素，能否最大化的實現(xiàn)軋輥銷售并能長久的占領(lǐng)市場，對軋輥制造商的生產(chǎn)成本控制能力提出了更高的、近乎苛刻的要求，降成本成為占領(lǐng)市場的主要手段；同時，隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展、軋鋼水平的不斷提高，高強度、高質(zhì)量板材的需求大幅提高，而這些要求的實現(xiàn)需要與之相匹配的高性能軋輥的支撐，尤其對于某些影響國家戰(zhàn)略實施的重要鋼種的軋制對于高性能軋輥的需求更為突出。

微合金化是一種提高鋼材性能的有效方法，微合金化通常指在原有主加合金元素的基礎(chǔ)上再添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或?qū)αW(xué)性能有影響、或?qū)δ臀g性、耐熱性起有利作用，添加量隨微合金化的鋼類及品種的不同而異，相對于主加合金元素是微量范圍的，如非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中一般加入量在0.02—0.06%，在耐熱鋼和不銹鋼中加入量在0.5%左右，而在高溫合金中加入量高達1—3%。

熱連軋精軋軋輥是一種在一定應(yīng)力條件下長期工作的高溫合金軋輥，其對于高溫狀態(tài)下的強度、抗腐蝕性、抗氧化性有非常高的要求，并且，其工作環(huán)境要求其具有良好的抗疲勞性、抗熱裂性及耐磨性等綜合性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠充分滿足熱連軋工作環(huán)境需求的，在高溫狀態(tài)下具有良好的力學(xué)性能及抗氧化性和抗腐蝕性的熱連軋精軋軋輥及其制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種熱連軋精軋軋輥，包括由球墨鑄鐵鑄造的輥芯以及高合金鋼鑄造的輥身工作層，所述輥身的化學(xué)成分及各個成分質(zhì)量的百分比為：C：2.2～2.4%，Si：0.30～1.00%，Mn：0.60～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：0.7～1.3%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述輥身工作層的化學(xué)成分及各個成分質(zhì)量的百分比為：C：2.2～2.4%，Si：0.30～0.40%，Mn：1.20～1.50%，Cr：13.00～18.00%，Ni：0.20～1.00%，Mo：0.50～0.80%，V：1.10～1.30%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。

一種熱連軋精軋軋輥的制造方法，包括以下步驟：

a）冶煉：輥身工作層以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以適當?shù)暮辖馂樵希瑢⒏鞣N材料進行精確配比后在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1500℃～1600℃；出爐前用脫氧劑對鋼水進行脫氧，反應(yīng)溫度為1500℃～1560℃；

輥芯材料為球墨鑄鐵，以生鐵為原料在高爐中冶煉，冶煉溫度為1460℃～1500℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑；

b）離心鑄造：首先澆鑄輥身工作層，鋼水的澆鑄溫度為1350℃～1400℃，澆鑄時離心機轉(zhuǎn)速為700～900轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為450～550轉(zhuǎn)/分鐘，直到輥身工作層的外層溫度冷卻到1350℃～1400℃；

c）合箱澆鑄輥芯：將澆鑄好輥身工作層的砂箱與用于澆鑄輥芯的砂箱進行合并；將處理好的鐵水澆鑄到合并后的砂箱內(nèi)，澆鑄溫度為1450℃～1500℃；

d）打箱清砂：待澆鑄好的軋輥在砂箱中緩冷120小時～150小時后，打開砂箱取出軋輥，清理軋輥表面附著的型砂；

e）預(yù)備熱處理：將鑄件進行去應(yīng)力退火，退火溫度400℃～600℃，保溫時間120小時～200小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

f）機加工：對軋輥進行機加工，得到預(yù)期的尺寸及精度；

g）表面淬火：采用差溫淬火方法對軋輥表面進行熱處理，淬火溫度800℃～1100℃，淬火保溫時間2小時～8小時，采用噴霧或者吹風(fēng)冷卻方式進行冷卻；然后進行回火，回火溫度450℃～550℃，回火時間共計150小時～280小時。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述輥身工作層的冶煉材料中包括CrN。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述脫氧劑為Al，所述脫氧劑占鋼液的質(zhì)量百分比為0.5%～1%，脫氧時反應(yīng)溫度為1500℃～1560℃。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述輥身工作層的冶煉材料中包括V，所述V在脫氧劑加入之后再加入冶煉爐內(nèi)進行冶煉。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述孕育劑為硅鐵，所述孕育劑占鋼液質(zhì)量的百分比為0.4%～0.8%，所述球化劑為稀土鎂合金，所述球化劑占鋼液質(zhì)量的百分比為1%～1.3%。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進步是：

本發(fā)明通過在軋輥的輥身工作層的冶煉材料中添加CrN化合物，以及V元素，實現(xiàn)了對于高溫合金鋼的微合金化處理，從而獲得良好的強韌性。在輥身工作層中加入V可以使鋼的晶粒得到有效細化，尤其是針對高溫工作狀態(tài)的合金，V元素可以有效提高其抗熱裂性以及高溫狀態(tài)下的耐磨性。加入CrN化合物的好處在于：一方面為V元素提供N進行化合，另一方面為合金鋼提供一定量的Cr元素，使Cr元素的含量達到指定量，而Cr元素可以提高軋輥的耐腐蝕性和耐熱性。

進一步的，軋輥中的C、Mn、Cr、Mo、V等合金元素能夠在此基礎(chǔ)上發(fā)揮更好的協(xié)同作用，有效改善了軋機工作輥的機械性能，提高了軋輥的耐磨性以及毫米軋制量，并且具有良好的抗熱裂性，能夠提升軋機的工作效率。

本發(fā)明采用復(fù)合離心鑄造的方式生產(chǎn)，在保證表層高硬度高耐磨性的同時，保證了軋輥芯部的韌性，提高了軋輥的表面質(zhì)量和使用壽命。本發(fā)明中軋輥的輥身工作層和輥芯采用不同的材質(zhì)和不同的冶煉工藝，然后通過離心鑄造的方法將輥身工作層和輥芯復(fù)合到一起，既滿足了軋輥表層高硬度、高耐磨性的需求，又保證了輥芯的韌性。

本發(fā)明中軋輥工作層澆鑄時，離心機的轉(zhuǎn)速控制在700～900轉(zhuǎn)/分鐘，可以使輥身工作層在澆鑄過程中具有較高的致密度，當輥身工作層的鋼水澆鑄完成后，將離心機的轉(zhuǎn)速調(diào)整到450～550轉(zhuǎn)/分鐘，可以使鋼水收縮過程順利進行，有效減少比重偏析。本發(fā)明中軋輥在砂箱中的緩冷時間為120小時～150小時，保證了鑄件的均勻冷卻，避免了開裂。本發(fā)明中軋輥的回火時間為150～280小時，為碳化物的析出提供了充足的時間，碳化物在輥身工作層起到彌散強化的作用，進一步提高了輥身工作層的硬度和耐磨性，提高了軋輥壽命。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

實施例一：

一種熱連軋精軋軋輥，包括由球墨鑄鐵鑄造的輥芯以及高合金鋼鑄造的輥身工作層，輥身的化學(xué)成分的設(shè)計配比為：C：2.2～2.4%，Si：0.30～0.40%，Mn：0.60～0.80%，Cr：13.00～15.00%，Ni：0.20～0.40%，Mo：0.50～0.60%，V：0.70～0.80%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；上述配比均按照質(zhì)量進行配比。由于本實施例中的使用CrN作為Cr元素的主要來源，N元素會在鋼液內(nèi)和Si、Al、V等元素進行化合，過多的N會在鋼液冷卻的過程中析出，因此本實施例中N元素的最終含量應(yīng)當根據(jù)檢測結(jié)果而定，其大致范圍應(yīng)當控制在1000ppm至2000ppm以內(nèi)，也就是占鋼液的質(zhì)量控制在0.1～0.2%以內(nèi)。

在冶煉過程中，輥身工作層以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以包括CrN在內(nèi)的合金為原料，將除了含有V的材料進行精確配比后在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1500℃～1600℃；出爐前用占鋼水質(zhì)量百分比為0.5%～1%的Al作為脫氧劑對鋼水進行脫氧，反應(yīng)溫度為1500℃～1560℃；輥芯材料為球墨鑄鐵，以生鐵為原料在高爐中冶煉，冶煉溫度為1460℃～1500℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑；孕育劑為硅鐵，占鋼液質(zhì)量的百分比為0.4%～0.8%，球化劑為稀土鎂合金，占鋼液質(zhì)量的百分比為1%～1.3%。在冶煉階段要注意， V要在鋼水脫氧之后再加入剛水中。

鑄造時，首先澆鑄輥身工作層，鋼水的澆鑄溫度為1350℃～1400℃，澆鑄時離心機轉(zhuǎn)速設(shè)定為700轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為450轉(zhuǎn)/分鐘，直到輥身工作層的外層溫度冷卻到1350℃～1400℃。然后將澆鑄好輥身工作層的砂箱與用于澆鑄輥芯的砂箱進行合并，將處理好的鐵水澆鑄到合并后的砂箱內(nèi)，澆鑄溫度為1450℃～1500℃；待澆鑄好的軋輥在砂箱中緩冷120小時后，打開砂箱取出軋輥，清理軋輥表面附著的型砂。

在熱處理階段，將鑄件進行去應(yīng)力退火，退火溫度400℃～600℃，保溫時間120小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；然后對退火完成的軋輥進行機加工，得到預(yù)期的尺寸及精度；最后采用差溫淬火方法對軋輥進行表面熱處理，淬火溫度800℃～1100℃，淬火保溫時間2小時，采用噴霧或者吹風(fēng)冷卻方式進行冷卻；然后進行回火，回火溫度450℃～550℃，回火時間共計150小時。

爐前取樣對鋼水的化學(xué)成分進行質(zhì)量分析，其結(jié)果為：C：2.3%，Si：0.33%，Mn：0.71%，Cr：13.30%，Ni：0.28%，Mo：0.53%，V：0.72%，N:0.12%，S：0.02%，P:0.04%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

經(jīng)檢測，軋輥輥身金相組織晶粒度明顯細化，基體中V（C）N顆粒物分布明顯，軋輥在高溫工作狀態(tài)下的耐磨性較常規(guī)生產(chǎn)高鉻鋼材質(zhì)提高17%，實際使用在軋機上的磨損量降低16.8%。

實施例二：

實施例二和實施例一的不同之處在于：冶煉階段輥身工作層各個元素的質(zhì)量配比為：C：2.2～2.4%，Si：0.80～1.00%，Mn：1.30～1.50%，Cr：16.00～18.00%，Ni：0.80～1.00%，Mo：0.70～0.80%，V：1.1～1.3%，N:0.1～0.2%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其余冶煉階段的工藝設(shè)計均相同。

在鑄造階段的離心機轉(zhuǎn)速以及緩冷時間也與實施例一有所不同，澆鑄輥身工作層時離心機轉(zhuǎn)速設(shè)定為900轉(zhuǎn)/分鐘，當輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機轉(zhuǎn)速調(diào)整為550轉(zhuǎn)/分鐘，直到輥身工作層的外層溫度冷卻到1350℃～1400℃。然后將澆鑄好輥身工作層的砂箱與用于澆鑄輥芯的砂箱進行合并，將處理好的鐵水澆鑄到合并后的砂箱內(nèi)，澆鑄溫度為1450℃～1500℃；待澆鑄好的軋輥在砂箱中緩冷150小時后，打開砂箱取出軋輥，清理軋輥表面附著的型砂。

熱處理階段的保溫時間也與實施例一有所不同。在熱處理階段，將鑄件進行去應(yīng)力退火，退火溫度400℃～600℃，保溫時間200小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；然后對退火完成的軋輥進行機加工，得到預(yù)期的尺寸及精度；最后采用差溫淬火方法對軋輥進行表面熱處理，淬火溫度800℃～1100℃，淬火保溫時間8小時，采用噴霧或者吹風(fēng)冷卻方式進行冷卻；然后進行回火，回火溫度450℃～550℃，回火時間共計280小時。

爐前取樣對鋼水的化學(xué)成分進行質(zhì)量分析，其結(jié)果為：C：2.28%，Si：0.45%，Mn：0.99%，Cr：16.90%，Ni：0.50%，Mo：0.78%，V：1.05%，N:0.13%，S:0.04%，P:0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

經(jīng)檢測，軋輥輥身金相組織晶粒度明顯細化，基體中V（C）N顆粒物分布相對實施例一更加明顯，軋輥在高溫工作狀態(tài)下的耐磨性較常規(guī)生產(chǎn)高鉻鋼材質(zhì)提高19.5%，實際使用在軋機上的磨損量降低19.49%。