本發(fā)明涉及一種輥環(huán)及其制造方法，尤其是一種適用于熱帶軋機的大、小立輥的高鉻鋼輥環(huán)及其制造方法，屬于機械加工和鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱帶連軋機立輥，主要作用是對板坯除鱗和側(cè)邊軋制，以獲得寬度均勻、邊緣整齊的帶材。

現(xiàn)階段，熱帶軋機立輥普遍使用合金鑄鋼和半鋼，隨著鋼廠對高品質(zhì)板材的追求，普通材質(zhì)合金鑄鋼、半鋼立輥已不能滿足軋線生產(chǎn)的需求，為了實現(xiàn)降低軋輥在機磨損量和增強輥面質(zhì)量保持性，提高帶鋼邊部質(zhì)量和軋機效率，熱帶軋機立輥的生產(chǎn)方式已經(jīng)從整體式鑄造演變?yōu)閺?fù)合鑄造軋輥，可根據(jù)熱帶連軋機立輥性能要求分別設(shè)計材質(zhì)、控制材料和技術(shù)指標(biāo)，制備出性能優(yōu)異的熱帶軋機立輥。另外，為了適應(yīng)不同部位性能要求，一般采用復(fù)合鑲套技術(shù)來設(shè)計這種軋輥，將軋輥拆分為輥環(huán)和輥軸，輥環(huán)也根據(jù)不同部位性能要求，也采用離心復(fù)合鑄造方式進行生產(chǎn)，但是此種生產(chǎn)方式容易造成結(jié)合層的強度不夠，出現(xiàn)界面失效的現(xiàn)象，因此，需要對輥環(huán)外層、內(nèi)層的材質(zhì)進行合理的設(shè)計，研究制定了復(fù)合輥環(huán)的鑄造工藝和熱處理參數(shù)，以提升輥環(huán)的耐磨性以及外層與內(nèi)層的結(jié)合強度。

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離心輥環(huán)及其制造方法，以解決復(fù)合鑄造輥環(huán)在使用過程中耐磨性不夠、軋材表面質(zhì)量差、外層與芯部界面結(jié)合差、結(jié)合強度低等技術(shù)問題，為熱帶軋機的大、小立輥的輥環(huán)生產(chǎn)提供一種經(jīng)濟可行的制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種高鉻鋼輥環(huán)，其特征在于：包括外層和芯部，外層與芯部的比例為1:2，外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：0.80～1.40％，Si：0.40～1.00％，Mn：0.60～1.20％，P≤0.03％；S≤0.03％，Cr：8.00％～14.0％，Mo：1.00～3.00％，Ni+V：0.50～1.50％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；

芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：0.5～1.5％，Si：1.0～2.0％，Mn：0.3～1.0％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr≤0.5％，Ni≤0.5％，Mo≤0.15％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

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：1.00～1.20％，Si：0.60～0.80％，Mn：0.80～1.00％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：9.00％～13.0％，Mo：2.00～3.00％，Ni+V：0.80～1.20％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種高鉻鋼輥環(huán)的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：

1)冶煉：分別冶煉外層和芯部，其中外層以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以合金為原料，在中頻爐中進行熔煉，熔煉溫度為1500～1600℃，出爐前在爐內(nèi)加入除渣劑進行造渣處理；

芯部以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以合金為原料，熔煉溫度為1460～1560℃，并對芯部的鋼水進行變質(zhì)處理；

2)離心鑄造：首先澆注輥環(huán)外層，外層鋼水的澆注溫度為1380～1480℃，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為320～450轉(zhuǎn)/分鐘，待外層鋼水澆注完成后，持續(xù)恒速離心5～15min，開始澆注芯部鋼水，芯部鐵水的澆注溫度為1400～1500℃，澆注完畢后繼續(xù)離心到1.5～2.5h，停止離心機，待鑄件在砂箱中緩冷至室溫下，取出輥環(huán)毛坯；

3)預(yù)備熱處理：將輥環(huán)進行球化退火，退火溫度為780～850℃，保溫時間20～30小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

4)最終熱處理：采用淬火、多次回火方式對輥環(huán)進行熱處理，淬火溫度1050～1250℃，淬火保溫時間15～25小時；回火溫度520～650℃，回火時間30～40小時。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟1)中，除渣劑為珍珠巖。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟1)中，變質(zhì)劑為稀土，添加量占芯部鋼水總量的0.2％。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟2)中，芯部鋼水澆注溫度與外層鋼水澆注溫度之差≥30℃。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟3)回火次數(shù)至少為2次。

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)明一方面通過合金成分的合理設(shè)計，成功研發(fā)了適用于熱帶軋機立輥的高鉻鋼材質(zhì)的離心輥環(huán)，該輥環(huán)材質(zhì)具備高合金特性，合金分布均勻，有效提升了輥環(huán)外層性能指標(biāo)；另一方面通過合理的設(shè)定制造方法，即合理的優(yōu)化外層與芯部的澆注溫度、澆注速度、澆注時間差等參數(shù)，顯著的提高了外層與芯部界面結(jié)合強度，并搭配合理的輥環(huán)熱處理工藝，滿足了輥環(huán)新材質(zhì)設(shè)計的組織性能要求，使輥環(huán)的耐磨性大大提高。

本發(fā)明中工作層的鉻合金含量提高到10％左右，降低了V、Ni的含量，并且通過C、Mn、Cr、Mo、V、Ni等合金元素合理匹配，保證了基體碳化物含量以及基體組織馬氏體，在耐磨性提高的同時輥環(huán)的抗熱裂性得以提升。

本發(fā)明在熔煉過程中通過加入珍珠巖除渣劑，充分去除有害雜質(zhì)P、S，保證鋼水的純凈度。

進一步的，嚴(yán)格控制澆注外層與澆注芯部之間的時間差，一方面避免外層的溫度過高，出現(xiàn)兩種金屬的沖混的現(xiàn)象，造成外層與芯部的互溶層過厚，外層的合金元素過多的滲入芯部，降低輥環(huán)外層的耐磨性的同時造成輥環(huán)芯部強度下降，另一方面，避免了間隔時間過長造成輥環(huán)外層溫度過低，外層與芯部的互溶層過薄導(dǎo)致結(jié)合強度差，容易造成輥環(huán)在后續(xù)熱處理、使用過程中發(fā)生內(nèi)外分離。

進一步的，嚴(yán)格控制外層與芯部的離心機轉(zhuǎn)速，保證兩者離心速度一致，避免出現(xiàn)芯部的離心轉(zhuǎn)速過大，致使芯部析出來的碳化物遷移至結(jié)合層上，造成輥環(huán)的結(jié)合層出現(xiàn)縱向裂紋、成分偏析等缺陷；離心速度過小，造成結(jié)合層致密度差，結(jié)合層的強度差等缺陷。

同時本發(fā)明還根據(jù)輥環(huán)的成分及離心鑄造的工藝參數(shù)，制備出合理的熱處理工藝，采用預(yù)備熱處理與最終熱處理相結(jié)合，降低輥環(huán)外層與芯部的熱膨脹系數(shù)差值，消除殘余應(yīng)力，確保結(jié)合層的不出現(xiàn)開裂、脫落的現(xiàn)象。

具體實施方式

本發(fā)明中，輥環(huán)表面硬度的測試方法為：采用肖氏硬度計，按照GB/T13313-2008方法檢測HSD數(shù)值。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

一種高鉻鋼輥環(huán)，包括外層和芯部，外層與芯部的比例為1:2，外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：0.80～1.40％，Si：0.40～1.00％，Mn：0.60～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr：8.00％～14.0％，Mo：1.00～3.00％，Ni+V：0.50～1.50％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，Ni、V作為主要的合金元素，兩種元素的總含量控制在0.50～1.50％之間。

芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C：0.5～1.5％，Si：1.0～2.0％，Mn：0.3～1.0％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr≤0.5％，Ni≤0.5％，Mo≤0.15％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種高鉻鋼輥環(huán)的制造方法，其特征在于：包括以下工藝過程：

1)冶煉：分別冶煉外層和芯部，其中外層以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以合金為原料，在中頻爐中進行熔煉，熔煉溫度為1500～1600℃，出爐前對爐內(nèi)的外層鋼水進行造渣處理，造渣處理過程中，采用造渣劑為珍珠巖，以保證外層鋼水的純凈度；

芯部以優(yōu)質(zhì)廢鋼配以合金為原料，冶煉溫度為1460～1560℃，并對芯部的鋼水進行變質(zhì)處理，其中，變質(zhì)劑為稀土，添加量占芯部鋼水總量的0.2％；

分別對輥環(huán)的外層和芯部的合金元素進行分析，得到輥環(huán)外層的合金成分及各合金成分的重量百分含量為C：0.85％，Si：0.5％，Mn：0.6％，P:0.02％；S：0.01％，Cr：8.5％，Mo：1.50％，Ni+V：0.80％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

輥環(huán)芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量為C：0.6％，Si：1.2％，Mn：0.6％，P:0.03％；S：0.02％，Cr：0.4％，Mo：0.3％，Ni：0.40％，Mo：0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

2)離心鑄造：首先澆注輥環(huán)外層，外層鋼水的澆注溫度為1380～1480℃，澆注時離心機轉(zhuǎn)速為320～450轉(zhuǎn)/分鐘，待外層鋼水澆注完成后，持續(xù)恒速離心5～15min，開始澆注芯部鋼水，芯部鐵水的澆注溫度為1400～1500℃，澆注完畢后繼續(xù)離心1.5～2.5h后，停止離心機，待鑄件在砂箱中緩冷至室溫下，取出輥環(huán)毛坯；

3)預(yù)備熱處理：將輥環(huán)進行球化退火，退火溫度為780～850℃，保溫時間20～30小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

球化退火，改善高鉻鋼顯微組織中原始碳化物的形態(tài)、大小和分布。球化處理一方面使溶入鋼中的合金元素增多，在淬火回火后能夠產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)，同時基體得到充分強化使部分合金碳化物分解和合金元素均勻化，減小成分偏析。

4)最終熱處理：采用淬火、多次回火方式對輥環(huán)進行熱處理，淬火溫度1050～1250℃，淬火保溫時間為15～25小時；回火溫度520～650℃，回火時間30～40小時，回火次數(shù)至少為2次。

淬火+多次回火，消除殘余奧氏體，消除應(yīng)力，得到理想的組織和硬度，使輥環(huán)的強度為達到82～90HSD，組織為馬氏體、殘余奧氏體+碳化物。

芯部鋼水澆注溫度與外層鋼水澆注溫度之差≥30℃。

下面以實施例1～6對本發(fā)明做進一步詳細說明，各實施例中的合金成分含量、離心參數(shù)、熱處理方法、性能等如下表所示。

表1 實施例1～6輥環(huán)外層主要合金成分及重量百分含量對照表

表2 實施例1～6輥環(huán)的制造方法參數(shù)對照表

表3實施例1～6中輥環(huán)性能參數(shù)對照表