一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法，将硼铁、废钢、增碳剂、铌铁、钼铁、锰铁、钒铁和铬铁熔炼为高硼高速钢钢水，并添加多元铝合金添加剂；然后将钢水制备为复合轧辊，对轧辊进行淬火和回火处理，即获得铝合金化高硼高速钢复合轧辊成品。本发明专利技术轧辊不含价格昂贵的镍、钴元素，生产成本较低；同时铝、硼元素的加入，使轧辊高温硬度高，高温耐磨性好，具有优异的力学性能，硬度达到84～87HS，冲击韧性达到15～18J/cm2，575℃的红硬性达到58HRC以上，用于热轧钢生产中，轧辊耐磨性比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊和高铬铸铁轧辊分别提高400％和300％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐磨材料
，涉及一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊，本专利技术还涉及上述铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法。
技术介绍
轧辊是轧钢生产中的重要消耗部件，轧辊的大量消耗，造成了资源和能源的巨大浪费，并降低轧机作业率，增加工人劳动强度。因此，开发高性能轧辊是国内外普遍关注的重大课题。在热轧生产中，应用最成功的当属高碳高钒高速钢轧辊。中国专利技术专利《一种用于各类轧钢机的高钒高速钢轧辊材料的熔体处理方法》(申请日2007.09.30，公开号CN101177753A，公开日2008.05.14)公开了一种用于各类轧钢机的高钒高速钢轧辊材料的熔体处理方法，钢水出炉时，随流加入钒铁颗粒，其加入量占钢水总重量的0.80-1.20％。钢水冲入浇包前，在浇包内预先加入钇基稀土镁合金、氮化铬铁、钾盐和金属铝，其中钇基稀土镁合金加入量占钢水重量的0.30-0.80％，氮化铬铁加入量占钢水重量的0.20-0.50％，钾盐加入量占钢水重量的0.30-0.80％，金属铝加入量占钢水重量的0.30-0.60％。当钢水温度达到1450-1480℃时，在离心机上直接浇注成轧辊，在钢水浇注过程中，随流加入颗粒尺寸5mm-8mm的钒铁和钛铁颗粒，其中钒铁颗粒加入量占钢水总量的0.30-0.80％，钛铁颗粒加入量占钢水总量的0.40-1.00％。该专利技术离心铸造的高钒高速钢轧辊偏析轻，无铸造裂纹，硬度高，耐磨性好。中国专利技术专利《高钒高速钢复合轧辊的制造方法》(申请日2015.07.22，公开号CN105033227A，公开日2015.11.11)还公开了一种适用于窄带钢轧机用的高钒高速钢复合轧辊的制造方法。所述制造方法包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，浇注完辊身外层高钒高速钢水后，往辊身外层型腔内持续通入惰性气体，当高钒高速钢外层温度达到1220～1280℃时停止离心机转动，同时停止惰性气体吹入，然后合箱浇注辊身芯部铁水。该专利技术明显提高了外层高钒高速钢与芯部铁水的结合率，结合率由40％提高至100％，结合强度由以前的350Mpa左右提升至450Mpa左右，使得高钒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。中国专利技术专利《一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法》(申请日2011.09.21，公开号CN102319897A，公开日2012.01.18)还公开了一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法。高钒高速钢化学组成成分(质量分数，％)是：1.7-1.8C，1.2-1.6Si，5.0-6.0Cr；1.2-1.4Mo；0.5-0.6Mn；8.0-10.0V，余量为Fe；所述轧辊辊芯是球磨铸铁。该专利技术还公开了上述辐射轧辊的制备方法：将辊芯用感应线圈预热到一定温度，同时将外层高速钢在真空感应炉中熔炼，采用喷射成形的方法，将高速钢金属液流用氮气雾化并沉积在旋转的辊芯上复合成形。该复合轧辊外层组织均匀，消除粗大共晶碳化物及组织偏析，在辊芯与喷射层之间形成良好的冶金结合，辊面硬度高，耐磨性好，疲劳性能提高，使用寿命更长，随着设备的成熟，喷射成形复合轧辊具有更高更好的经济效益。中国专利技术专利《一种高碳高钒高速钢复合轧辊及其热处理方法》(申请日2007.04.03，公开号CN101037760A，公开日2007.19.19)还公开了一种高碳高钒高速钢复合轧辊，制得的该高碳高钒高速钢轧辊外层的化学成分及其重量百分比为：C：1.8％～3.0％，V：3.0％～6.0％，Cr：4.0％～6.0％，Mo：3.0％～6.0％，W：1.0％～3.0％，Nb：1.0％～5.0％，Co：1.0％～5.0％，Si＜1.0％，Mn＜1.5％，P＜0.04％，S＜0.04％，Y：0.05％～0.20％，Ti：0.08％～0.25％，Mg：0.03％～0.12％，Zr：0.04％～0.18％，Te：0.02％～0.12％，余量为Fe，化学成分的总和为100％。其制备利用电炉熔炼，采用离心铸造方法铸造成形，热处理包括淬火和回火处理。高速钢轧辊的硬度和强度高、韧性和耐磨性好，且具有良好的抗热疲劳能力，使用中无断辊和剥落现象出现。应用该专利技术制备的轧辊，可降低轧辊消耗，提高轧钢机作业率，延长换辊周期，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。中国专利技术专利《高钒高速钢复合轧辊及生产工艺》(申请日2003.12.22，公开号CN1631565A，公开日2005.06.29)还公开了高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用韧性较好的低合金钢或中碳钢材料制作，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为：C：1.8-3.5％、V：7-12％、Cr：4-5％、Mo：2-4％、Ni：0.5-1.5％，余量为铁。其生产工艺为：辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热顺序凝固结晶方法复合熔铸为一体。该专利技术轧辊耐磨性好，性价比高，使用安全可靠。轧辊组织致密、均匀，无偏析，两种材料为良好的冶金结合，结合强度高，使用过程中不会发生断裂、碎裂现象，可减少易损件失效而造成的停机次数。但是，上述高速钢轧辊中，含有较多的钒元素，导致轧辊生产成本增加，且钒元素及其形成的碳化物VC密度低，在钢水离心铸造过程中，极易产生偏析，导致轧辊外表层钒含量低，高速钢轧辊优异的耐磨性发挥不出来。为了降低高速钢轧辊制造成本，轧辊工作者开发了高硼高速钢轧辊。中国专利技术专利《磁场电场复合作用下离心铸造高硼高速钢轧辊的方法》(申请日2013.11.22，公开号CN103624240A，公开日2014.03.12)公开了高硼高速钢轧辊，特别涉及磁场电场复合作用下离心铸造高硼高速钢轧辊的方法。在高硼高速钢轧辊离心铸造过程中，在铸模外安置固定的稳恒磁场，使铸型中心部位的磁感应强度在0.01-0.7T，同时，在铸模两端分别安装导电环并与电极接触，离心浇铸过程中对处于凝固过程中的铸件通入脉冲电流，脉冲电流的电压为100V-1500V，频率10-20Hz，脉冲宽度在15-25μs，利用脉冲电场的震荡以及磁场内带电旋转铸件形成的电磁震荡作用改变高硼高速钢轧辊凝固过程中析出硬质相的形态，并利用离心铸造的作用控制硬质相的分布。该专利技术综合了脉冲电场、磁电耦合及离心旋转铸造的技术优势，能显著改善高硼高速钢轧辊的内部凝固组织，大幅度提高轧辊的寿命和使用性能。中国专利技术专利《高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法》(申请日2013.12.25，公开号CN104741585A，公开日2015.07.01)还公开了一种高硼高速钢轧辊的离心复合铸造方法，仅用两台电炉分别冶炼钢水和铁水，分三次浇注，即先在离心机上浇注外层高硼高速钢，然后加入第一保护剂，继续在离心机上浇注过渡层球墨铸铁铁水，再加入第二保护剂，在静态下浇注辊芯球墨铸铁铁水，实现高硼高速钢复合轧辊的冶金结合。该专利技术生产的高硼高速钢轧辊，工艺简便，既使外层高硼高速钢与过渡层球墨铸铁之间，实现了良好的冶金结合，同时也使过渡层球墨铸铁与辊芯球墨铸铁之间实现了良好的冶金结合，使过渡层的抗拉强度达到680Mpa以上，轧辊使用安全、可靠，推广应用效益良好。中国专利技术专利《离心复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，在中频感应电炉内，将硼铁、废钢、增碳剂、铌铁、钼铁、锰铁、钒铁和铬铁熔炼为高硼高速钢钢水；当高硼高速钢钢水的温度升至1593～1618℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝合金添加剂；步骤2，将步骤1钢包内的钢水经扒渣、静置后，制备为铝合金化高硼高速钢复合轧辊；步骤3，将步骤2得到的铝合金化高硼高速钢复合轧辊经过粗加工后进行淬火和回火处理，精加工后即获得铝合金化高硼高速钢复合轧辊成品。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，在中频感应电炉内，将硼铁、废钢、增碳剂、铌铁、钼铁、锰铁、钒铁和铬铁熔炼为高硼高速钢钢水；当高硼高速钢钢水的温度升至1593～1618℃时，将钢水出炉到钢包，钢包底部预先加入了多元铝合金添加剂；步骤2，将步骤1钢包内的钢水经扒渣、静置后，制备为铝合金化高硼高速钢复合轧辊；步骤3，将步骤2得到的铝合金化高硼高速钢复合轧辊经过粗加工后进行淬火和回火处理，精加工后即获得铝合金化高硼高速钢复合轧辊成品。2.根据权利要求1所述的一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，所述步骤1中高硼高速钢钢水的化学组成及其质量分数是：0.97～1.25％C，0.42～0.59％B，0.22～0.35％Nb，4.16～4.33％Mn，6.92～7.38％Cr，2.41～2.67％Mo，1.38～1.53％V，＜0.48％Si，＜0.04％P，＜0.04％S，余量Fe，以上各化学组成质量分数的总和为100％。3.根据权利要求1所述的一种铝合金化高硼高速钢复合轧辊的制备方法，其特征在于，所述步骤1中多元铝合金添加剂的化学组成及其质量分数是：66.95～67.84％Al，18.55～19.28％B，3.07～3.35％Ti，1.26～1.49％N，5.52～5.90％Ce，3.25～3.41％Mg，以上各化学组成质量分数的总和为100％。4.根据权利要求1所述的一种铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：符寒光，成小乐，徐继亮，屈银虎，戴建方，胥光申，蒋志强，张政龙，刘毅，刘少飞，徐洁，尹君，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61