一种高速钢轧辊及其在电磁场下离心复合制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。高速钢轧辊的工作层材质成分为（重量％）：Ｃ：１．５％～２．５％，Ｖ：４．０～６．０％，Ｗ：４．０％～６．０％，Ｍｏ：１．５％～４．５％，Ｃｒ：２．０％～４．０％，Ｚｒ：０．０４％～０．１８％，Ｂ：０．００１～０．００３％，Ｓｉ≤０．５％，Ｍｎ≤０．５％，余量为Ｆｅ及杂质元素，杂质中要求Ｓ＜０．０１％，Ｐ＜０．０１％，Ｏ＜０．００１０％。采用脉冲电磁场下离心复合方法浇铸轧辊，脉冲磁场的频率为０．１～１０Ｈｚ，铸型中心磁场的峰值强度为１～１０Ｔ。该轧辊具有多种析出强化相，施加的脉冲磁场使强化相及基体晶粒有效细化，并使强化相弥散分布，克服了合金元素的偏析，能大幅度提高轧辊的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速钢轧辊的制备
，特别涉及一种高性能高速钢轧辊及其在电磁场下离心复合制备方法。
技术介绍
轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键耐磨件，其质量直接影响到轧钢产品质量、劳动生产率和生产成本等。由于轧辊使用条件极其苛刻，要求轧辊必须承受相当强烈的力与热的作用，除了要有较高的强韧性，防止轧辊使用中发生断裂事故，轧辊表面还应具有良好的耐磨、耐热性能，单一轧辊材质难以满足热轧辊的要求。用强韧性好的辊芯材料与耐磨、耐热性好的辊身材料组成的复合轧辊，是轧辊发展的主要方向。高速钢中含有大量硬度高的碳化物(如WC :HV2400-2600、 VC :HV2600-3000、 Mo2C :HV1500)耐磨性好于高铬铸铁，而且，高速钢基体组织为韧性较好的回火马氏体和少量奥氏体，比硬质合金有更好的韧性，不易产生裂纹，因此，高速钢已成为一种用于制备轧辊工作层的重要材质。 目前，轧辊复合方法主要有离心铸造复合法、连续铸造(CPC)复合法、电渣重熔复合法(ESR)等。CPC法和ESR法的共同缺点是工艺复杂、生产率低、成材率低且成本高。离心铸造复合法具有工艺简单、生产率高、成本低等优势，是目前制备复合辊的最主要的方法。但是，由于复合辊的外层需要提高耐磨性，含有较高含量的合金元素，如V、W、Mo、Cr等，这些合金元素及其形成的碳化物与铁基体存在密度差异，离心铸造时，由于离心力的作用，密度高的合金如W、 Mo及其形成的碳化物会向轧辊表层偏析，使轧辊内层合金元素含量降低，而密度低的合金元素如V和形成的VC，密度低于铁基体，离心铸造时，在离心力的作用下V及VC会向轧辊内层偏聚。解决离心铸造复合法制备高速钢复合轧辊凝固过程合金元素及其形成的碳化物的偏析是离心复合法制备高性能轧辊的重要瓶颈问题。 针对减少离心复合制备轧辊铸造过程合金元素及其形成的碳化物偏析问题，目前主要有两种方法一种方法是加入某种元素，该元素能与高速钢中易偏析的元素形成复合碳化物，当复合碳化物的密度与铁基体相近时，可减少元素及其碳化物的偏析，如中国专利(授权公告号CN100369681C，一种高速钢复合轧辊及其制造方法)公开了一种不含W元素的高速钢复合轧辊，通过添加Nb元素，使VC转化为(Nb， V) C复合碳化物，起到控制V及VC偏析/偏聚的问题，该方法的不足主要是Nb元素提高钢的淬火温度，降低二次硬化峰值出现的温度，且复合碳化物粗大，导致轧辊使用中易发生剥落，另外，Nb元素较稀贵，明显增加了轧辊成本；另一种方法是通过外场控制，中国专利(申请号200410004744. 7，电磁离心铸造高速钢复合轧辊方法)和中国专利(授权公告号CN100500919C)都提出在铸型外施加稳恒磁场，产生电磁搅拌的作用减少合金元素及碳化物的宏观偏析，稳恒磁场引起的电磁搅拌可以减弱合金元素及其碳化物在轧辊径向上的偏析，但该专利技术采用的稳恒磁场较弱(小于0. 2T)，相对于离心铸造的离心力作用而言，该稳恒磁场引起的电磁搅拌作用也仅仅是使熔体产生微弱搅动，另外，稳恒磁场引起的这种电磁搅动是单一固定方向的，即使增大磁场强度，还会引起碳化物的定向偏聚和粗大，反而恶化磁场的作用效果。因此，现有技术不能完全解决离心复合过程合金元素的偏析问题。 另外，为提高离心复合轧辊的性能，需要提高高速钢合金析出相的分散性，使析出强化相的粒度更细小，更弥散分布，以保证强化效果，这需要适当控制这些易偏析合金元素的添加量，以避免大片状或网状碳化物形成，并借助外场手段，使析出强化相粒度更细小，分布更弥散、均匀。此外，要进一步提高高速钢复合轧辊的性能，需要进一步提高基体凝固组织的质量，这也需要采取外场手段，控制凝固组织的晶粒度，因为，晶粒粗大也会引起轧辊在后处理和使用过程中的开裂。 综上所述，开发一种能控制高速钢离心复合轧辊复合过程合金元素及碳化物偏析，同时能够细化析出的强化相和使之弥散均匀分布，且同时又能细化基体凝固组织的控制技术，对提高高速钢离心复合轧辊的综合性能具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合金元素含量相对较低的高性能高速钢轧辊及其在脉冲电磁场下离心复合制备方法。通过优化和适当降低易偏析元素的量，并借助外场手段，使析出强化相粒度更细小，分布更弥散、均匀；同时，所施加的外场具有改善轧辊基体凝固组织的作用，达到提高轧辊综合性能的目的。 本专利技术的目的是通过下列技术方案来实现的 本专利技术提供一种高性能高速钢轧辊，该轧辊包括辊芯和轧辊耐磨工作层，辊芯采用球墨铸铁制作，耐磨工作层为高速钢材质，所采用的高速钢成分(质量％)为C:1. 5% 2. 5%，V :4. 0 6. 0%，W :4. 0% 6. 0%，Mo :1. 5% 4. 5%，Cr :2. 0% 4. 0%，Zr :0. 04% 0. 18%， B :0. 001 0. 003%， Si《0. 5%， Mn《0. 5%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质中要求S < 0. 01%， P < 0. 01%， 0 < 0. 0010%。 制造所述的高性能高速钢轧辊的方法是在脉冲电磁场作用下利用离心复合方法浇铸轧辊，其关键特征是在离心复合过程中，在旋转铸型外施加脉冲磁场，所施加脉冲磁场的频率为0. 1 10Hz，铸型中心磁场的峰值强度为1 IOT。 具体的制备制造过程如下 第一阶段金属材料熔炼 将所述的轧辊辊芯材料和轧辊耐磨工作层材料分别在熔炼炉内熔化，特别对于轧辊耐磨工作层所用高速钢熔体，其制备工艺步骤如下 ①将废钢、生铁或增碳剂、铬铁、钼铁、钨铁按化学成分要求混合，装入熔炼炉内加热熔化，钢水熔清后，加入铝铁合金预脱氧，调整合金元素C、 W、 Mo、 Cr成分后，到出钢温度时，加入钒铁，在1550°C 160(TC温度范围内出钢； ②出钢过程中，向钢包内加入Al-Ca-Mg复合合金，用于深脱硫、终脱氧及钢液变质处理，Al-Ca-Mg复合合金的成分为A1 30%， Ca 5%， Mg 5% ，余量为铁，复合合金的加入量为1. 0 1. 5kg/t钢； ③出钢后，向钢包内加入锆铁和硼铁合金，调整微量元素Zr、 B到规定范围，准备浇铸。第二阶段脉冲磁场下离心复合浇铸④准备好铸型后，启动铸型离心旋转系统，使铸型在600 1400r/min的转速下转动，并启动脉冲磁场装置，脉冲磁场的电磁参数频率O. 1 10Hz，铸型中心磁场的峰值强度为1 10T ; ⑤当钢液温度高于液相线温度80 IO(TC时，浇铸工作层，工作层浇铸完毕，测量工作层内层表面(即复合界面)温度，当界面温度低于轧辊辊芯材料液相线温度60 80°C时，浇铸辊芯。 第三阶段机加工和热处理 该阶段的步骤与普通高速钢离心复合轧辊的加工处理步骤相同，热处理包括淬火和回火处理。 ⑥淬火的加热温度为1000 105(TC，保温时间为2 4小时；淬火冷却时，先喷雾冷却10 20分钟，然后强制风冷20 40分钟后空冷； ⑦空冷至辊面温度低于20(TC时，装入加热炉进行回火处理，回火温度为530 56(TC，保温6 12小时后空冷至温度低于20(TC，相同工艺下回火两次； ⑧出炉后冷却至室温，精加工至规定尺寸。 本专利技术的高性能高速钢复合轧辊的耐磨工作层的化学成分确定根据如下 碳碳是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高速钢轧辊，分为辊芯和轧辊工作层，辊芯采用球墨铸铁材料制作，轧辊工作层为一种高速钢材料，其特征在于：轧辊工作层成分按重量百分比计为：Ｃ：１．５％～２．５％，Ｖ：４．０～６．０％，Ｗ：４．０％～６．０％，Ｍｏ：１．５％～４．５％，Ｃｒ：２．０％～４．０％，Ｚｒ：０．０４％～０．１８％，Ｂ：０．００１～０．００３％，Ｓｉ≤０．５％，Ｍｎ≤０．５％，余量为Ｆｅ及不可避免的杂质元素，杂质中要求Ｓ＜０．０１％，Ｐ＜０．０１％，Ｏ＜０．００１０％。
【技术特征摘要】
一种高速钢轧辊，分为辊芯和轧辊工作层，辊芯采用球墨铸铁材料制作，轧辊工作层为一种高速钢材料，其特征在于轧辊工作层成分按重量百分比计为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％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质中要求S＜0.01％，P＜0.01％，O＜0.0010％。2. 权利要求1所述的高性能高速钢轧辊在电磁场下离心复合制备的方法，包括金属材料熔炼、离心复合浇铸和机加工和热处理，其特征在于离心复合浇铸时在离心铸型外侧施加脉冲电磁场。3. 权利要求2所述的高性能高速钢轧辊在电磁场下离心复合制备的方法，其特征在于脉冲磁场的频率为0. 1 lOHz，铸型中心磁场的峰值强度为1 10T。4. 权利要求2所述的高性能高速钢轧辊在电磁场下离心复合制备的方法，其特征在于金属材料熔炼中，高速钢熔体的制备工艺步骤如下① 将废钢、生铁或增碳剂、铬铁、钼铁、钨铁按化学成分要求混合，装入熔炼炉内加热熔化，钢水熔清后，加入铝铁合金预脱氧，调整合金元素C、 W、Mo、 Cr成分后，到出钢温度时，加入钒铁，在1550°C 160(TC温度范围内出钢；② 出钢过程中，向钢包内加入A1-Ca-Mg复合合金，用于深脱硫、终脱...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏明，李桂荣，赵玉涛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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