專利名稱：：一種高速鋼軋輥及其在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高速鋼軋輥的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種高性能高速鋼軋輥及其在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備方法。
背景技術(shù)：
：軋輥是軋鋼生產(chǎn)中大量消耗的關(guān)鍵耐磨件，其質(zhì)量直接影響到軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等。由于軋輥使用條件極其苛刻，要求軋輥必須承受相當(dāng)強(qiáng)烈的力與熱的作用，除了要有較高的強(qiáng)韌性，防止軋輥使用中發(fā)生斷裂事故，軋輥表面還應(yīng)具有良好的耐磨、耐熱性能，單一軋輥材質(zhì)難以滿足熱軋輥的要求。用強(qiáng)韌性好的輥芯材料與耐磨、耐熱性好的輥身材料組成的復(fù)合軋輥，是軋輥發(fā)展的主要方向。高速鋼中含有大量硬度高的碳化物(如WC:HV2400-2600、VC:HV2600-3000、Mo2C:HV1500)耐磨性好于高鉻鑄鐵，而且，高速鋼基體組織為韌性較好的回火馬氏體和少量奧氏體，比硬質(zhì)合金有更好的韌性，不易產(chǎn)生裂紋，因此，高速鋼已成為一種用于制備軋輥工作層的重要材質(zhì)。目前，軋輥復(fù)合方法主要有離心鑄造復(fù)合法、連續(xù)鑄造(CPC)復(fù)合法、電渣重熔復(fù)合法(ESR)等。CPC法和ESR法的共同缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、生產(chǎn)率低、成材率低且成本高。離心鑄造復(fù)合法具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)勢(shì)，是目前制備復(fù)合輥的最主要的方法。但是，由于復(fù)合輥的外層需要提高耐磨性，含有較高含量的合金元素，如V、W、Mo、Cr等，這些合金元素及其形成的碳化物與鐵基體存在密度差異，離心鑄造時(shí)，由于離心力的作用，密度高的合金如W、Mo及其形成的碳化物會(huì)向軋輥表層偏析，使軋輥內(nèi)層合金元素含量降低，而密度低的合金元素如V和形成的VC，密度低于鐵基體，離心鑄造時(shí)，在離心力的作用下V及VC會(huì)向軋輥內(nèi)層偏聚。解決離心鑄造復(fù)合法制備高速鋼復(fù)合軋輥凝固過(guò)程合金元素及其形成的碳化物的偏析是離心復(fù)合法制備高性能軋輥的重要瓶頸問(wèn)題。針對(duì)減少離心復(fù)合制備軋輥鑄造過(guò)程合金元素及其形成的碳化物偏析問(wèn)題，目前主要有兩種方法一種方法是加入某種元素，該元素能與高速鋼中易偏析的元素形成復(fù)合碳化物，當(dāng)復(fù)合碳化物的密度與鐵基體相近時(shí)，可減少元素及其碳化物的偏析，如中國(guó)專利(授權(quán)公告號(hào)CN100369681C，一種高速鋼復(fù)合軋輥及其制造方法)公開(kāi)了一種不含W元素的高速鋼復(fù)合軋輥，通過(guò)添加Nb元素，使VC轉(zhuǎn)化為(Nb，V)C復(fù)合碳化物，起到控制V及VC偏析/偏聚的問(wèn)題，該方法的不足主要是Nb元素提高鋼的淬火溫度，降低二次硬化峰值出現(xiàn)的溫度，且復(fù)合碳化物粗大，導(dǎo)致軋輥使用中易發(fā)生剝落，另外，Nb元素較稀貴，明顯增加了軋輥成本；另一種方法是通過(guò)外場(chǎng)控制，中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00410004744.7，電磁離心鑄造高速鋼復(fù)合軋輥方法)和中國(guó)專利(授權(quán)公告號(hào)CN100500919C)都提出在鑄型外施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁攪拌的作用減少合金元素及碳化物的宏觀偏析，穩(wěn)恒磁場(chǎng)引起的電磁攪拌可以減弱合金元素及其碳化物在軋輥徑向上的偏析，但該發(fā)明采用的穩(wěn)恒磁場(chǎng)較弱(小于0.2T)，相對(duì)于離心鑄造的離心力作用而言，該穩(wěn)恒磁場(chǎng)引起的電磁攪拌作用也僅僅是使熔體產(chǎn)生微弱攪動(dòng)，另外，穩(wěn)恒磁場(chǎng)引起的這種電磁攪動(dòng)是單一固定方向的，即使增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，還會(huì)引起碳化物的定向偏聚和粗大，反而惡化磁場(chǎng)的作用效果。因此，現(xiàn)有技術(shù)不能完全解決離心復(fù)合過(guò)程合金元素的偏析問(wèn)題。另外，為提高離心復(fù)合軋輥的性能，需要提高高速鋼合金析出相的分散性，使析出強(qiáng)化相的粒度更細(xì)小，更彌散分布，以保證強(qiáng)化效果，這需要適當(dāng)控制這些易偏析合金元素的添加量，以避免大片狀或網(wǎng)狀碳化物形成，并借助外場(chǎng)手段，使析出強(qiáng)化相粒度更細(xì)小，分布更彌散、均勻。此外，要進(jìn)一步提高高速鋼復(fù)合軋輥的性能，需要進(jìn)一步提高基體凝固組織的質(zhì)量，這也需要采取外場(chǎng)手段，控制凝固組織的晶粒度，因?yàn)?，晶粒粗大也?huì)引起軋輥在后處理和使用過(guò)程中的開(kāi)裂。綜上所述，開(kāi)發(fā)一種能控制高速鋼離心復(fù)合軋輥復(fù)合過(guò)程合金元素及碳化物偏析，同時(shí)能夠細(xì)化析出的強(qiáng)化相和使之彌散均勻分布，且同時(shí)又能細(xì)化基體凝固組織的控制技術(shù)，對(duì)提高高速鋼離心復(fù)合軋輥的綜合性能具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種合金元素含量相對(duì)較低的高性能高速鋼軋輥及其在脈沖電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備方法。通過(guò)優(yōu)化和適當(dāng)降低易偏析元素的量，并借助外場(chǎng)手段，使析出強(qiáng)化相粒度更細(xì)小，分布更彌散、均勻；同時(shí)，所施加的外場(chǎng)具有改善軋輥基體凝固組織的作用，達(dá)到提高軋輥綜合性能的目的。本發(fā)明的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種高性能高速鋼軋輥，該軋輥包括輥芯和軋輥耐磨工作層，輥芯采用球墨鑄鐵制作，耐磨工作層為高速鋼材質(zhì)，所采用的高速鋼成分(質(zhì)量％)為C:1.5%2.5%，V:4.06.0%，W:4.0%6.0%，Mo:1.5%4.5%，Cr:2.0%4.0%，Zr:0.04%0.18%，B:0.0010.003%，Si《0.5%，Mn《0.5%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)中要求S<0.01%，P<0.01%，0<0.0010%。制造所述的高性能高速鋼軋輥的方法是在脈沖電磁場(chǎng)作用下利用離心復(fù)合方法澆鑄軋輥，其關(guān)鍵特征是在離心復(fù)合過(guò)程中，在旋轉(zhuǎn)鑄型外施加脈沖磁場(chǎng)，所施加脈沖磁場(chǎng)的頻率為0.110Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為1IOT。具體的制備制造過(guò)程如下第一階段金屬材料熔煉將所述的軋輥輥芯材料和軋輥耐磨工作層材料分別在熔煉爐內(nèi)熔化，特別對(duì)于軋輥耐磨工作層所用高速鋼熔體，其制備工藝步驟如下①將廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵按化學(xué)成分要求混合，裝入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，鋼水熔清后，加入鋁鐵合金預(yù)脫氧，調(diào)整合金元素C、W、Mo、Cr成分后，到出鋼溫度時(shí)，加入釩鐵，在1550°C160(TC溫度范圍內(nèi)出鋼；②出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)加入Al-Ca-Mg復(fù)合合金，用于深脫硫、終脫氧及鋼液變質(zhì)處理，Al-Ca-Mg復(fù)合合金的成分為A130%，Ca5%，Mg5%，余量為鐵，復(fù)合合金的加入量為1.01.5kg/t鋼；③出鋼后，向鋼包內(nèi)加入鋯鐵和硼鐵合金，調(diào)整微量元素Zr、B到規(guī)定范圍，準(zhǔn)備澆鑄。第二階段脈沖磁場(chǎng)下離心復(fù)合澆鑄④準(zhǔn)備好鑄型后，啟動(dòng)鑄型離心旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使鑄型在6001400r/min的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，并啟動(dòng)脈沖磁場(chǎng)裝置，脈沖磁場(chǎng)的電磁參數(shù)頻率O.110Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為110T;⑤當(dāng)鋼液溫度高于液相線溫度80IO(TC時(shí)，澆鑄工作層，工作層澆鑄完畢，測(cè)量工作層內(nèi)層表面(即復(fù)合界面)溫度，當(dāng)界面溫度低于軋輥輥芯材料液相線溫度6080°C時(shí)，澆鑄輥芯。第三階段機(jī)加工和熱處理該階段的步驟與普通高速鋼離心復(fù)合軋輥的加工處理步驟相同，熱處理包括淬火和回火處理。⑥淬火的加熱溫度為1000105(TC，保溫時(shí)間為24小時(shí)；淬火冷卻時(shí)，先噴霧冷卻1020分鐘，然后強(qiáng)制風(fēng)冷2040分鐘后空冷；⑦空冷至輥面溫度低于20(TC時(shí)，裝入加熱爐進(jìn)行回火處理，回火溫度為53056(TC，保溫612小時(shí)后空冷至溫度低于20(TC，相同工藝下回火兩次；⑧出爐后冷卻至室溫，精加工至規(guī)定尺寸。本發(fā)明的高性能高速鋼復(fù)合軋輥的耐磨工作層的化學(xué)成分確定根據(jù)如下碳碳是高速鋼軋輥中形成耐磨相碳化物的基本元素，要保證碳化物形成量，碳要有一定余量，但碳含量過(guò)高，軋輥在外界應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下，容易龜裂，因此碳控制在1.5%2.5%。釩釩在鋼中以VC析出，改善鋼的耐磨性，V量高，則以V3C形式析出，降低鋼的耐磨性，所以V量控制在4.06.0%。鎢碳化鎢有效提高鋼的硬度，鎢還可提高鋼的紅硬性，改善鋼的高溫耐磨損性能，所以W量控制在4.06.0%。鉬鉬可以提高鋼的抗氧化性和耐磨性，所以Mo量控制在1.54.5%。鉻鉻的主要作用是提高鋼的抗高溫氧化性能，由于鉻和碳可形成多種穩(wěn)定性較低的氧化物，因此鉻含量適當(dāng)降低，可提高材料的熱穩(wěn)定性，所以Cr量控制在2.04.0%。鋯鋯是最強(qiáng)的碳化物形成元素，消除析出相中不穩(wěn)定的碳化物，提高材料的熱穩(wěn)定性，但鋯含量高會(huì)顯著降低鋼的淬透性，所以鋯含量控制在0.040.18%。硼硼可以提高鋼的淬透性，含量在0.0010.003%就有明顯效果。硅和錳高速鋼中由于合金元素含量較高，硅和錳容易引起晶界強(qiáng)度降低和晶粒粗大，使得軋輥在機(jī)加工和熱處理過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，因此要求Si《0.5%和Mn《0.5%。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下①本發(fā)明的軋輥在脈沖電磁場(chǎng)下離心復(fù)合，保留了離心鑄造材料凝固組織致密等優(yōu)點(diǎn)，且利用脈沖電磁場(chǎng)的對(duì)凝固前沿的電磁振蕩作用，克服了單一離心鑄造造成的偏析，在脈沖電磁力的作用下，使得密度存在差異的合金熔體具有均勻的凝固組織；②脈沖磁場(chǎng)的脈沖特性，既克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用穩(wěn)恒磁場(chǎng)的不足，又使磁場(chǎng)具有足夠的強(qiáng)度，作用到材料或熔體的原子尺度，直接作用于析出相及晶粒的形核長(zhǎng)大過(guò)程；③脈沖磁場(chǎng)在熔體內(nèi)引起的電磁振蕩具有顯著細(xì)化凝固前沿析出相的作用，因此，可以使析出的強(qiáng)化相包括碳化物和合金相粒度細(xì)小，其形狀也由棒條狀向圓粒狀轉(zhuǎn)變，這種析出相粒度及相貌的變化，提高了析出相的強(qiáng)化效果；④脈沖磁場(chǎng)下金屬的凝固，電磁振動(dòng)引起凝固前沿"結(jié)晶雨"的形成，對(duì)基體組織具有顯著的晶粒細(xì)化作用；⑤本發(fā)明的軋輥工作層材質(zhì)中合金元素添加量降低，避免了粗大及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碳化物的出現(xiàn)，有利于提高析出相的強(qiáng)化效果，同時(shí)節(jié)約了成本；⑥由于基體凝固組織細(xì)化、析出的強(qiáng)化相細(xì)化且彌散，這些共同的作用，顯著提高了軋輥的性能，使軋輥的工作壽命提高；⑦提高了離心鑄造軋輥的成材率和合格率，克服了軋輥因晶粒粗大、氧硫化物夾雜造成的軋輥熱處理、機(jī)加工及使用過(guò)程中的開(kāi)裂問(wèn)題。綜上所述，采用本發(fā)明提出的高速鋼離心復(fù)合輥耐磨工作層材質(zhì)，并在脈沖電磁場(chǎng)下離心鑄造復(fù)合，既保留了離心鑄造組織致密、疏松缺陷少等優(yōu)點(diǎn)，又克服了離心鑄造過(guò)程因密度差異形成的偏析，脈沖磁場(chǎng)細(xì)化了凝固過(guò)程析出相的粒度并提高了析出相的分散性，有利于提高析出相的強(qiáng)化效果，另外，脈沖磁場(chǎng)具有細(xì)晶作用，可以節(jié)約用于細(xì)晶的Ti、V等合金，既提高了材料的性能，延長(zhǎng)軋輥壽命，又節(jié)約了成本。圖1脈沖電磁場(chǎng)下離心復(fù)合過(guò)程裝置示意圖圖注1鑄型；2軋輥輥芯；3軋輥外層；4脈沖電磁場(chǎng)；5鑄型離心旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖2實(shí)施例1制備的高速鋼軋輥耐磨工作層的凝固組織圖片圖3實(shí)施例2制備的高速鋼軋輥耐磨工作層的凝固組織圖片具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是以任何方式來(lái)限制本發(fā)明。實(shí)施實(shí)例1該實(shí)施例高性能高速鋼復(fù)合軋輥輥身尺寸為小500X1700mm，復(fù)合軋輥耐磨工作層材料和輥芯球墨鑄鐵分別采用4t的中頻感應(yīng)電爐和5t/h的沖天爐熔煉，其制造工藝步驟如下第一階段高速鋼的熔煉和輥芯球墨鑄鐵的熔煉注明高速鋼的熔煉和輥芯球墨鑄鐵的熔煉同時(shí)進(jìn)行高速鋼的熔煉過(guò)程為①按本發(fā)明的成分要求，將廢鋼1390kg、生鐵(4.2%C)1700kg、鉻鐵(50%Cr)200kg、鉬鐵(60%Mo)100kg)、鎢鐵(70%W)260kg混合，在壓力機(jī)上壓實(shí)制塊，裝入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，鋼水熔清后，升溫到160(TC時(shí)，加入20kg鋁鐵(40%Al)預(yù)脫氧，取樣作光譜分析后，用增碳劑及鐵合金調(diào)整合金元素C、W、Mo、Cr成分后，加入400kg釩鐵，在1580°C益度出鋼；②出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)斷續(xù)加入60kg(鋼水總重約4噸，復(fù)合合金加入量1.5kg/t鋼)的Al-Ca-Mg復(fù)合合金，用于深脫硫、終脫氧及鋼液變質(zhì)處理，Al-Ca-Mg復(fù)合合金的成分為A130%，Ca5%，Mg5%，余量為鐵；③出鋼后，向鋼包內(nèi)加入鋯鐵和硼鐵合金，調(diào)整微量元素Zr、B到規(guī)定范圍，準(zhǔn)備澆鑄。輥芯球墨鑄鐵的熔煉過(guò)程為④用沖天爐熔煉輥芯鐵水，輥芯選用低合金球墨鑄鐵，輥芯鐵水的出爐溫度為1480°C。第二階段脈沖磁場(chǎng)下離心復(fù)合澆鑄⑤準(zhǔn)備好鑄型后，啟動(dòng)鑄型離心旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使鑄型在900r/min轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，并啟動(dòng)脈沖磁場(chǎng)裝置，脈沖磁場(chǎng)的電磁參數(shù)頻率1Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為4T。⑥當(dāng)鋼液溫度為147(TC時(shí)，澆鑄工作層，工作層澆鑄完畢，測(cè)量工作層內(nèi)層表面(即復(fù)合界面)溫度，當(dāng)界面溫度為125(TC時(shí)，球鐵液溫度為131(TC時(shí)，澆鑄輥芯。第三階段機(jī)加工和熱處理該階段的步驟與高速鋼離心復(fù)合軋輥的加工處理步驟相同，熱處理包括淬火和回火處理。⑦淬火的加熱溫度為103(TC，保溫時(shí)間為3小時(shí)；淬火冷卻時(shí)，先噴霧冷卻15分鐘，然后強(qiáng)制風(fēng)冷30分鐘；空冷至輥面溫度低于20(TC時(shí)，入加熱爐進(jìn)行回火處理，回火溫度為555t:，保溫10小時(shí)后空冷至溫度低于20(TC，相同工藝下回火兩次；⑧出爐后冷卻至室溫，精加工至規(guī)定尺寸。制得的高性能高速鋼離心復(fù)合軋輥成分見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2，軋輥工作層的凝固組織如圖2所示。表1高速鋼離心復(fù)合軋輥耐磨工作層成分(重量％)元素cVWMoCrZrB含量1.84.54.51.52.50.060.001元素SiMnSP0Fe含量0.50.50.0080.0080.0010余量表2軋輥的力學(xué)性能性能硬度/(HRC)抗拉強(qiáng)度/(MPa)抗彎強(qiáng)度/(MPa)沖擊韌性/(J/cm2)輥身(工作層)68.51320128028.3輥頸/輥芯455562080024.4從表2可知，本發(fā)明復(fù)合軋輥具有非常好的力學(xué)性能。這主要是軋輥成分組織均勻，無(wú)偏析，脈沖磁場(chǎng)下凝固，晶粒及析出相顆粒細(xì)小、彌散，組織致密度提高，如圖2所示，所以本發(fā)明的軋輥的性能明顯優(yōu)于普通高速鋼軋輥。應(yīng)用本發(fā)明制造的高性能高速鋼離心復(fù)合軋輥，在熱軋帶鋼軋機(jī)上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，毫米過(guò)鋼量均在1760t以上，軋輥壽命大幅度提高，另外，該軋輥具有良好的抗熱疲勞能力，本發(fā)明的高性能高速鋼軋輥在使用過(guò)程中無(wú)斷輥、龜裂和剝落現(xiàn)象。因此，應(yīng)用該發(fā)明的軋輥，可降低軋輥消耗，提高軋機(jī)作業(yè)率、延長(zhǎng)換輥周期，改善軋材的表面質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)施實(shí)例2該實(shí)施例高性能高速鋼復(fù)合軋輥輥身尺寸為小600X1400mm，復(fù)合軋輥耐磨工作層材料和輥芯球墨鑄鐵分別采用4t的中頻感應(yīng)電爐和5t/h的沖天爐熔煉，其制造工藝步驟如下第一階段高速鋼的熔煉和輥芯球墨鑄鐵的熔煉注明高速鋼的熔煉和輥芯球墨鑄鐵的熔煉同時(shí)進(jìn)行高速鋼的熔煉過(guò)程為①按本發(fā)明的成分要求，將廢鋼1000kg、生鐵(4.2%C)1600kg、鉻鐵(50%Cr)290kg、鉬鐵(60%Mo)290kg)、鎢鐵(70%W)340kg混合，在壓力機(jī)上壓實(shí)制塊，先將30kg增碳劑(95%C)裝入爐內(nèi)，然后將壓制料塊裝入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，鋼水熔清后，在1580。C時(shí)，加入20kg鋁鐵(40%A1)預(yù)脫氧，加入440kg釩鐵(50%V)，取樣作光譜分析后，調(diào)整合金元素C、W、Mo、Cr成分后，加入400kg釩鐵，在156(TC溫度出鋼；②出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)斷續(xù)加入80kg(鋼水總重約4噸，復(fù)合合金加入量2.Okg/t鋼)的Al-Ca-Mg復(fù)合合金，用于深脫硫、終脫氧及鋼液變質(zhì)處理，Al-Ca-Mg復(fù)合合金的成分為A130%，Ca5%，Mg5%，余量為鐵。③出鋼后，向鋼包內(nèi)加入鋯鐵和硼鐵合金，調(diào)整微量元素Zr、B到規(guī)定范圍，準(zhǔn)備澆鑄；輥芯球墨鑄鐵的熔煉過(guò)程為④用沖天爐熔煉輥芯鐵水，輥芯選用低合金球墨鑄鐵，輥芯鐵水的出爐溫度為1470°C。第二階段脈沖磁場(chǎng)下離心復(fù)合澆鑄⑤準(zhǔn)備好鑄型后，啟動(dòng)鑄型離心旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使鑄型在1200r/min轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，并啟動(dòng)脈沖磁場(chǎng)裝置，脈沖磁場(chǎng)的電磁參數(shù)頻率8Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為9T;⑥當(dāng)鋼液溫度為147(TC時(shí)，澆鑄工作層，工作層澆鑄完畢，測(cè)量工作層內(nèi)層表面(即復(fù)合界面)溫度，當(dāng)界面溫度為125(TC時(shí)，球鐵液溫度為130(TC時(shí)，澆鑄輥芯；第三階段機(jī)加工和熱處理該階段的步驟與高速鋼離心復(fù)合軋輥的加工處理步驟相同，熱處理包括淬火和回火處理。⑦淬火的加熱溫度為103(TC，保溫時(shí)間為4小時(shí)；淬火冷卻時(shí)，先噴霧冷卻20分鐘，然后強(qiáng)制風(fēng)冷40分鐘；空冷至輥面溫度低于20(TC時(shí)，入加熱爐進(jìn)行回火處理，回火溫度為555t:，保溫10小時(shí)后空冷至溫度低于20(TC，相同工藝下回火兩次；⑧出爐后冷卻至室溫，精加工至規(guī)定尺寸。制得的高性能高速鋼離心復(fù)合軋輥成分見(jiàn)表3，其力學(xué)性能見(jiàn)表4，軋輥工作層的凝固組織如圖3所示。表3高速鋼離心復(fù)合軋輥耐磨工作層成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表2可知，本發(fā)明復(fù)合軋輥具有非常好的力學(xué)性能。這主要是軋輥成分組織均勻，無(wú)偏析，脈沖磁場(chǎng)下凝固，晶粒及析出相顆粒細(xì)小、彌散，組織致密度提高，如圖3所示，所以軋輥的性能明顯優(yōu)于普通高速鋼軋輥。應(yīng)用本發(fā)明制造的高性能高速鋼離心復(fù)合軋輥，在熱軋帶鋼軋機(jī)上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，毫米過(guò)鋼量均在1800t以上，軋輥壽命大幅度提高，另外，該軋輥具有良好的抗熱疲勞能力，本發(fā)明的高性能高速鋼軋輥在使用過(guò)程中無(wú)斷輥、龜裂和剝落現(xiàn)象。因此，應(yīng)用該發(fā)明的軋輥，可降低軋輥消耗，提高軋機(jī)作業(yè)率、延長(zhǎng)換輥周期，改善軋材的表面質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。權(quán)利要求一種高速鋼軋輥，分為輥芯和軋輥工作層，輥芯采用球墨鑄鐵材料制作，軋輥工作層為一種高速鋼材料，其特征在于軋輥工作層成分按重量百分比計(jì)為C1.5％～2.5％，V4.0～6.0％，W4.0％～6.0％，Mo1.5％～4.5％，Cr2.0％～4.0％，Zr0.04％～0.18％，B0.001～0.003％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。2.權(quán)利要求1所述的高性能高速鋼軋輥在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法，包括金屬材料熔煉、離心復(fù)合澆鑄和機(jī)加工和熱處理，其特征在于離心復(fù)合澆鑄時(shí)在離心鑄型外側(cè)施加脈沖電磁場(chǎng)。3.權(quán)利要求2所述的高性能高速鋼軋輥在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法，其特征在于脈沖磁場(chǎng)的頻率為0.1lOHz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為110T。4.權(quán)利要求2所述的高性能高速鋼軋輥在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法，其特征在于金屬材料熔煉中，高速鋼熔體的制備工藝步驟如下①將廢鋼、生鐵或增碳劑、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵按化學(xué)成分要求混合，裝入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，鋼水熔清后，加入鋁鐵合金預(yù)脫氧，調(diào)整合金元素C、W、Mo、Cr成分后，到出鋼溫度時(shí)，加入釩鐵，在1550°C160(TC溫度范圍內(nèi)出鋼；②出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)加入A1-Ca-Mg復(fù)合合金，用于深脫硫、終脫氧及鋼液變質(zhì)處理，Al-Ca-Mg復(fù)合合金的成分為A130%，Ca5%，Mg5%，余量為鐵，復(fù)合合金的加入量為1.01.5kg/t鋼；③出鋼后，向鋼包內(nèi)加入鋯鐵和硼鐵合金，調(diào)整微量元素Zr、B到規(guī)定范圍。5.權(quán)利要求2所述的高性能高速鋼軋輥在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法，其特征在于脈沖磁場(chǎng)下離心復(fù)合澆鑄的具體步驟為④準(zhǔn)備好鑄型后，啟動(dòng)鑄型離心旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使鑄型在6001400r/min的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，并啟動(dòng)脈沖磁場(chǎng)裝置，脈沖磁場(chǎng)的電磁參數(shù)頻率O.110Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為110T;⑤當(dāng)鋼液溫度高于液相線溫度8010(TC時(shí)，澆鑄工作層，工作層澆鑄完畢，測(cè)量工作層內(nèi)層表面(即復(fù)合界面)溫度，當(dāng)界面溫度低于軋輥輥芯材料液相線溫度608(TC時(shí)，澆鑄輥芯。6.權(quán)利要求2所述的高性能高速鋼軋輥在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備的方法，其特征在于機(jī)加工和熱處理中的熱處理包括淬火和回火處理，具體步驟為⑥淬火的加熱溫度為1000105(TC，保溫時(shí)間為24小時(shí)；淬火冷卻時(shí)，先噴霧冷卻1020分鐘，然后強(qiáng)制風(fēng)冷2040分鐘后空冷；⑦空冷至輥面溫度低于20(TC時(shí)，裝入加熱爐進(jìn)行回火處理，回火溫度為530560°C，保溫612小時(shí)后空冷至溫度低于20(TC，相同工藝下回火兩次；⑧出爐后冷卻至室溫，精加工至規(guī)定尺寸。全文摘要一種高速鋼軋輥及其在電磁場(chǎng)下離心復(fù)合制備方法，屬于高速鋼軋輥的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。高速鋼軋輥的工作層材質(zhì)成分為(重量％)C1.5％～2.5％，V4.0～6.0％，W4.0％～6.0％，Mo1.5％～4.5％，Cr2.0％～4.0％，Zr0.04％～0.18％，B0.001～0.003％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，余量為Fe及雜質(zhì)元素，雜質(zhì)中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。采用脈沖電磁場(chǎng)下離心復(fù)合方法澆鑄軋輥，脈沖磁場(chǎng)的頻率為0.1～10Hz，鑄型中心磁場(chǎng)的峰值強(qiáng)度為1～10T。該軋輥具有多種析出強(qiáng)化相，施加的脈沖磁場(chǎng)使強(qiáng)化相及基體晶粒有效細(xì)化，并使強(qiáng)化相彌散分布，克服了合金元素的偏析，能大幅度提高軋輥的性能。文檔編號(hào)C22C38/36GK101705430SQ20091023507公開(kāi)日2010年5月12日申請(qǐng)日期2009年11月13日優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日發(fā)明者李桂榮,王宏明,趙玉濤申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)