本發(fā)明涉及一種軋輥及制造方法，尤其是一種髙鉻鋼軋輥及其制造方法，屬于機械加工和熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科技的進步，尤其是軋鋼技術(shù)的不斷突破，包括對更高的軋制效率、更高的軋材質(zhì)量以及最低的軋制成本的不懈追求，使軋輥制造技術(shù)也在發(fā)生飛躍性的發(fā)展。
大型軋輥的輥身是由外層的工作層和內(nèi)部的芯部組成，國內(nèi)生產(chǎn)軋輥時一般先通過離心澆注方式鑄造出軋輥的外層，然后在合箱澆注內(nèi)部的芯。芯部一般由鑄鐵材料構(gòu)成而外層(工作層)是由耐磨的高合金材料制成。高鉻鋼材質(zhì)以其優(yōu)良的綜合性能，成為大規(guī)格細(xì)長型軋輥的理想材料，軋輥的離心復(fù)合澆注法是一種基于離心澆注的軋輥生產(chǎn)方法，是相對于噴射沉積、熱等靜壓等制備方式而言最為經(jīng)濟可行的復(fù)合軋輥的制造方法。
高鉻鋼軋輥由于承受較大的軋制載荷，要求具有高的結(jié)合層強度以及外層厚度均勻性，為確保結(jié)合層質(zhì)量，需要對成型工藝及后續(xù)的熱處理工藝做進一步的改進。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種高鉻鋼軋輥及其制造方法，通過合理優(yōu)化成型工藝以及后續(xù)的熱處理工藝，實現(xiàn)了外層和芯部的良好結(jié)合，保證了軋輥外層均勻性，并通過合理設(shè)計輥身外層成分使其具備高耐磨性、高接觸疲勞性能和高的組織穩(wěn)定性，延長了軋輥的使用壽命。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種髙鉻鋼軋輥，包括輥頸和由外層、芯部構(gòu)成的輥身，其特征在于：外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.0～1.8％，Si：0.4～1.0％，Mn：0.5～1.0％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：8.0～15％，Ni：0.5～1.5％，Mo：0.5～2.0％，V：0.4～1.5％；
輥頸、芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，芯部合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：2.5～3.6％，Si：1.8～2.8％，Mn：0.4～1.0％，P：≤0.15，S：≤0.01％，Cr：≤0.2％，Ni：≤1.0％，Mo：≤0.2％，V：≤0.2％，RE：0.01～0.05％，Mg：0.02～0.08％。
本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.2～1.6％，Si：0.6～0.8％，Mn：0.6～0.9％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：9.0～14.0％，Ni：0.6～1.3％，Mo：0.8～1.7％，V：0.6～1.3％；
輥頸、芯部合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：2.8～3.4％，Si：2.0～2.7％，Mn：0.5～1.8％，P：≤0.15％，S：≤0.01％，Cr：≤0.1％，Ni：≤0.8％，Mo：≤0.2％，V：≤0.2％，RE：0.01～0.05％，Mg：0.02～0.08％。
一種髙鉻鋼軋輥的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：
(1)熔煉：輥身外層以廢鋼配以合金為原料，在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1400～1650℃；
輥頸、芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，以生鐵為原料，冶煉溫度為1300～1500℃，并對輥頸、芯部鐵水進行孕育處理和球化處理；
(2)離心鑄造：采用離心澆注方式澆注輥身的外層鋼水，當(dāng)輥身外層鋼液熔煉完畢后轉(zhuǎn)移到底漏式鋼包中，啟動離心機工作，將離心機重力倍數(shù)設(shè)置為80～120G，向金屬冷型工裝中澆注軋輥外層鋼液，其中澆注溫度為1400～1500℃，澆注速度為4.0～7.0噸/分鐘，澆注完畢后待金屬型外部溫度冷卻至1080-1180℃時，降低離心機轉(zhuǎn)速，使離心機的重力參數(shù)位于80～90G之間，直至離心鑄造工序完成，整個離心鑄造過程所用離心時間為0.5～1.5h；
(3)合箱澆注芯部及輥頸：離心機停止轉(zhuǎn)動后，將放置澆注好的輥身外層的冷型與用于澆注芯部及輥頸的砂箱進行合并，并將經(jīng)過球化和孕育處理的芯部鐵水通過頂注方式澆注到合并后的砂箱內(nèi)，其中，澆注溫度為1350℃～1450℃，澆注速度為6.0～10噸/分鐘，離心機停止轉(zhuǎn)動至芯部澆注完成的時間間隔4-9min；
(4)打箱清砂：待軋輥澆注結(jié)束后進行空冷，空冷5～10天后打開砂箱取出鑄件，并采用荒磨機清理鑄件表面附著的型砂；
(5)預(yù)備熱處理：將鑄件進行球化退火，退火溫度650℃～950℃，保溫時間5～15h，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；
(6)最終熱處理：采用淬火加回火方法對軋輥表面進行熱處理，淬火溫度1000℃～1200℃，淬火保溫時間1～5h；回火溫度450℃～600℃，回火時間5～20h。
本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟(1)中，球化處理過程中采用球化劑為稀土鎂合金，添加量為鐵水總量的1.0～3.5％，孕育處理分為兩次進行，第一次是包底孕育，即出爐前在包底放入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1～0.4％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1～0.4％；第二次為隨流孕育，即澆注芯部與輥頸過程中隨流沖入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1～0.3％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1～0.3％。
本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟(6)中回火處理重復(fù)三次，三次回火保溫時間共計15～60h。
本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：輥身外層厚度均勻性≤12mm。
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)明合理設(shè)計軋輥的化學(xué)成分，通過優(yōu)化設(shè)計合金元素Cr、Ni、Mo、V的加入量，確保得到高硬度的碳化物，細(xì)小彌散分布的高硬度碳化物Mo2C、VC能夠賦予材料良好的熱處理工藝性能，基體在經(jīng)過預(yù)處理和最終熱處理兩道工序后，能夠提高輥身的耐磨性和硬度，并具有極高的組織穩(wěn)定性，另外，Cr、Ni的合理加入，既能提高鋼的淬透性還能形成穩(wěn)定的馬氏體組織，提高軋輥的耐磨性，并與普通鉻鋼材料相比使用壽命提高了2倍以上。
本發(fā)明中在澆注軋輥外層過程，離心速度采用階段性變化，首先在開始澆注將離心機的重力倍數(shù)設(shè)置為80～120G，通過高速離心使軋輥外層在澆注過程中具有較高的致密度；澆注完畢后待金屬型外部溫度冷卻過程，降低離心機轉(zhuǎn)速，使離心機的重力參數(shù)位于80～90G之間，為金屬的充分凝固提供了時間。
進一步的，本發(fā)明是在冷型冷卻至1080-1180℃之間時，開始降低離心轉(zhuǎn)速，避免出現(xiàn)，冷型溫度過低將不能實現(xiàn)外層與芯部良好的冶金結(jié)合；冷型溫度過高，造成外層厚度偏薄及芯部合金量大，機械性能下降，不能滿足用戶要求。
本發(fā)明通過外層及芯部澆注溫度的合理匹配，將外層厚度均勻性控制在≤12mm。
芯部的孕育處理分為兩次，包括包底孕育和隨流孕育，包底孕育能夠促進石墨的析出，降低有球化劑造成的過冷度傾向，隨流孕育可以增加鑄件的延伸率，防止球化劑過早衰退造成球化不良。
本發(fā)明通過合理的調(diào)配熱處理方法以及工藝參數(shù)，使髙鉻鋼軋輥具有最佳機械性能和使用性能。
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(xì)說明：
實施例1
一種髙鉻鋼軋輥，包括輥頸和由外層、芯部構(gòu)成的輥身，其特征在于：外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.1～1.6％，Si：0.5～0.9％，Mn：0.5～0.8％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：8.0～12％，Ni：0.7～1.4％，Mo：0.9～1.6％，V：0.5～1.3％；
輥頸、芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，其合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：2.5～3.6％，Si：1.8～2.8％，Mn：0.4～1.0％，P：≤0.15，S：≤0.01％，Cr：≤0.2％，Ni：≤1.0％，Mo：≤0.2％，V：≤0.2％，RE：0.01～0.05％，Mg：0.02～0.08％。
上述適用于一種髙鉻鋼軋輥的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：
(1)熔煉：輥身外層以廢鋼配以合金為原料，在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1400～1650℃；
輥頸、芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，以生鐵為原料，冶煉溫度為1300～1500℃，并對輥頸、芯部鐵水進行孕育處理和球化處理；
對輥身的外層進行合金元素進行分析，得到輥身外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.3％，Si：0.7％，Mn：0.7％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：10％，Ni：0.8％，Mo：1.2％，V：0.8％；
其中，球化處理過程中采用球化劑為稀土鎂合金，添加量為鐵水總量的1.5％，孕育處理分為兩次進行，第一次是包底孕育，即出爐前在包底放入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.3％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.2％；第二次為隨流孕育，即在澆注芯部與輥頸的過程中隨流沖入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.2％。其中長效孕育劑可以為硅鋇孕育劑、鍶硅孕育劑或者其他復(fù)合孕育劑。
(2)離心鑄造：采用離心澆注方式澆注輥身的外層鋼水，當(dāng)輥身外層鋼液熔煉完畢后轉(zhuǎn)移到底漏式鋼包中，啟動離心機工作，將離心機的重力倍數(shù)設(shè)置為85G，向金屬冷型工裝中澆注軋輥外層鋼液，其中澆注溫度為1420℃，澆注速度為4.5噸/分鐘，澆注完畢后待金屬型外部溫度冷卻至1100℃時，降低離心機轉(zhuǎn)速，使離心機的重力倍數(shù)調(diào)整為80G，直至離心鑄造工序完成，整個離心鑄造過程所用離心時間為0.8h；
(3)合箱澆注芯部及輥頸：離心機停止轉(zhuǎn)動后，將放置澆注好的輥身外層的冷型與用于澆注芯部及輥頸的砂箱進行合并，并將經(jīng)過球化和孕育處理的輥頸、芯部鐵水通過頂注方式澆注到合并后的砂箱內(nèi)，其中，澆注溫度為1350℃，澆注速度為6.0噸/分鐘，離心機停止轉(zhuǎn)動至芯部澆注完成的時間間隔4-9min；
(4)打箱清砂：待軋輥澆注結(jié)束后進行空冷，空冷5～10天后打開砂箱取出鑄件，并采用荒磨機清理鑄件表面附著的型砂；
(5)預(yù)備熱處理：將鑄件進行球化退火，退火溫度700℃，保溫時間8小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；
(6)最終熱處理：采用淬火加回火方法對軋輥表面進行熱處理，淬火溫度1050℃，淬火保溫時間5h；回火處理重復(fù)三次，第一次回火溫度500℃，回火時間10h；第二次回火溫度550℃，回火時間為15h；第一次回火溫度500℃，回火時間15h；三次回火保溫時間共計40h。
實施例2
一種髙鉻鋼軋輥，包括輥頸和由外層、芯部構(gòu)成的輥身，其特征在于：外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.3～1.5％，Si：0.6～0.7％，Mn：0.7～1.0％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：10～12％，Ni：0.8～1.2％，Mo：1.0～1.8％，V：0.8～1.2％；
上述適用于一種髙鉻鋼軋輥的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：
(1)熔煉：輥身外層以廢鋼配以合金為原料，在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1400～1650℃；
輥頸、芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，以生鐵為原料，冶煉溫度為1300～1500℃，并對輥頸、芯部鐵水進行孕育處理和球化處理；
對輥身的外層進行合金元素進行分析，得到輥身外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.5％，Si：0.7％，Mn：0.9％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：11％，Ni：1.0％，Mo：1.4％，V：1.0％；
其中，球化處理過程中采用球化劑為稀土鎂合金，添加量為鐵水總量的2.0％，孕育處理分為兩次進行，第一次是包底孕育，即出爐前在包底放入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.2％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1％；第二次為隨流孕育，即澆注芯部與輥頸過程中隨流沖入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.3％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1％。
(2)離心鑄造：采用采用離心澆注方式澆注輥身的外層鋼水，當(dāng)輥身外層鋼液熔煉完畢后轉(zhuǎn)移到底漏式鋼包中，啟動離心機工作，將離心機參數(shù)設(shè)置為重力倍數(shù)100G，向金屬冷型工裝中澆注軋輥外層鋼液，其中澆注溫度為1450℃，澆注速度為6噸/分鐘，澆注完畢后待金屬型外部溫度冷卻至1120℃時，降低離心機轉(zhuǎn)速，使離心機的重力倍數(shù)調(diào)整為85G，直至離心鑄造工序完成，整個離心鑄造過程所用離心時間為1h；
(3)合箱澆注芯部及輥頸：離心機停止轉(zhuǎn)動后，將放置澆注好的輥身外層的冷型與用于澆注芯部及輥頸的砂箱進行合并，并將經(jīng)過球化和孕育處理的芯部鐵水通過頂注方式澆注到合并后的砂箱內(nèi)，其中，澆注溫度為1450℃，澆注速度為5.5噸/分鐘，離心機停止轉(zhuǎn)動至芯部澆注完成的時間間隔4-9min；
(4)打箱清砂：待軋輥澆注結(jié)束后進行空冷，空冷5～10天后打開砂箱取出鑄件，并采用荒磨機清理鑄件表面附著的型砂；
(5)預(yù)備熱處理：將鑄件進行球化退火，退火溫度750℃，保溫時間8小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；
(6)最終熱處理：采用淬火加回火方法對軋輥表面進行熱處理，淬火溫度1100℃，淬火保溫時間4h；回火處理重復(fù)三次，第一次回火溫度450℃，回火時間5h；第二次回火溫度550℃，回火時間為10h；第一次回火溫度600℃，回火時間10h；三次回火保溫時間共計25h。
實施例3
一種髙鉻鋼軋輥，包括輥頸和由外層、芯部構(gòu)成的輥身，其特征在于：外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.4～1.8％，Si：0.8～1.0％，Mn：0.8～1.0％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：11～15％，Ni：0.5～1.2％，Mo：1.2～2.0％，V：0.8～1.5％；
上述適用于一種髙鉻鋼軋輥的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：
(1)熔煉：輥身外層以廢鋼配以合金為原料，在感應(yīng)爐中進行冶煉，冶煉溫度為1400～1650℃；芯部材質(zhì)為球墨鑄鐵，以生鐵為原料，冶煉溫度為1300～1500℃，并對芯部鐵水進行孕育處理和球化處理；
對輥身的外層進行合金元素進行分析，得到輥身外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：1.7％，Si：0.9％，Mn：1.0％，P：≤0.03％，S：≤0.025％，Cr：14％，Ni：1.1％，Mo：1.9％，V：1.4％；
其中，球化處理過程中采用球化劑為稀土鎂合金，添加量為鐵水總量的3.0％，孕育處理分為兩次進行，第一次是包底孕育，即出爐前在包底放入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.2％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.1％；第二次為隨流孕育，即澆注芯部與輥頸過程中隨流沖入硅鐵孕育劑和長效孕育劑，其中硅鐵孕育劑的添加量占鐵水總量的0.3％，長效孕育劑的添加量占鐵水總量的0.3％。
(2)離心鑄造：采用采用離心澆注方式澆注輥身的外層鋼水，當(dāng)輥身外層鋼液熔煉完畢后轉(zhuǎn)移到底漏式鋼包中，啟動離心機工作，將離心機參數(shù)設(shè)置為重力倍數(shù)110G，向金屬冷型工裝中澆注軋輥外層鋼液，其中澆注溫度為1500℃，澆注速度為6.5噸/分鐘，澆注完畢后待金屬型外部溫度冷卻至1160℃時，降低離心機轉(zhuǎn)速，使離心機的重力倍數(shù)調(diào)整為90G，直至離心鑄造工序完成，整個離心鑄造過程所用離心時間為1.5h。
(3)合箱澆注芯部及輥頸：離心機停止轉(zhuǎn)動后，將放置澆注好的輥身外層的冷型與用于澆注芯部及輥頸的砂箱進行合并，并將經(jīng)過球化和孕育處理的芯部鐵水通過頂注方式澆注到合并后的砂箱內(nèi)，其中，澆注溫度為1400℃，澆注速度為8噸/分鐘，離心機停止轉(zhuǎn)動至芯部澆注完成的時間間隔4-9min；
(4)打箱清砂：待軋輥澆注結(jié)束后進行空冷，空冷5～10天后打開砂箱取出鑄件，并采用球墨機清理鑄件表面附著的型砂；
(5)預(yù)備熱處理：將鑄件進行球化退火，退火溫度850℃，保溫時間12小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；
(6)最終熱處理：采用淬火加回火方法對軋輥表面進行熱處理，淬火溫度1100℃，淬火保溫時間3h；回火處理重復(fù)三次，第一次回火溫度450℃，回火時間6h；第二次回火溫度600℃，回火時間為12h；第一次回火溫度500℃，回火時間12h；三次回火保溫時間共計30h。
將實施例1～實施例3制備的用于中厚板軋機的高鉻鋼軋輥進行了性能測試，包括輥身強度、輥頸抗拉強度、輥身外層厚度均勻性、超聲波探傷，其中超聲波探傷執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1503-2008，其檢測結(jié)果見下表。
表1高鉻鋼軋輥性能檢測結(jié)果
通過上表中數(shù)據(jù)可以得知，外層厚度均勻性小，而其他材質(zhì)的相近規(guī)格產(chǎn)品外層厚度差一般大于20mm，另外本發(fā)明生產(chǎn)的髙鉻軋輥組織過渡均勻，探傷結(jié)果符合GB/T1503-2008標(biāo)準(zhǔn)中的要求。
上述實施例是對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實施例所提供的方法和參數(shù)進行拓展，達到本發(fā)明中所涉及的其它參數(shù)范圍，均能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。