[发明专利]一种硼化物强化高速钢复合轧辊制备方法

说明书

一种硼化物强化高速钢复合轧辊制备方法，属于轧钢技术领域。用M2高速钢屑块、废旧M2高速钢、碳素铬铁和金属铝作为炉料，质量分数分别为55‑58％、36‑39％、4.7‑5.0％、1.3‑1.5％，总质量分数为100％，炉料采用中频感应电炉熔化后在离心机上铸造成型，钢水浇注过程中，随钢水流加入占进入铸型内钢水质量分数6.2‑6.6％的TiB₂颗粒，TiB₂颗粒尺寸4.0‑9.0μm。高速钢复合轧辊经热处理和机械加工后，具有硬度高，强韧性和耐磨性好，轧辊工作层硬度落差小和轧辊使用寿命长等特点，推广应用具有良好的经济和社会效益。

技术领域

本发明公开了一种高速钢复合轧辊制备方法，特别涉及一种硼化物强化高速钢复合轧辊制备方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

在轧钢生产中，轧辊使用非常广泛，且更换频繁、用量大。由于轧辊工作条件非常严酷，需要长时间承受轧制型材高温、热冲击和高速摩擦磨损等因素的影响，所以用传统材料(如高铬铸铁、球墨铸铁、镍硬铸铁、高合金钢等)所制成的轧辊经常因磨损、粘钢等原因失效。高铬铸铁和镍硬铸铁虽硬度高、耐磨性能好，但由于材料脆性大导致发生断裂。球墨铸铁的耐磨性和抗热冲击性能均较差，不能满足使用要求而被淘汰。高合金钢尽管室温下具有高硬度，但是在高温下会发生退火现象，且由于材料本身不存在高硬度的硬质相，所以耐磨性能大幅下降。

为了提高轧辊耐磨性，近年来，国内外开发了性能优异的高碳高钒高速钢轧辊。中国发明专利CN105033227A公开了一种高钒高速钢复合轧辊的制造方法，包括采用离心浇注方法浇注辊身外层，然后采用合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水，其特征在于：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，然后进行合箱浇注辊身芯部铁水。合箱浇注方法浇注辊身芯部铁水是将浇注好外层高钒高速钢的辊身模型与辊颈模型、底箱进行合箱形成铸型箱，铸型箱底部连接溢流管；先从铸型箱的上部浇口向铸型箱内浇注过渡层铁水，直至填满铸型箱、从溢流管流出后停止浇注，然后从铸型箱的上部浇口向铸型箱内继续浇注芯部铁水，直至芯部铁水将过渡层铁水全部顶出后停止浇注。所述外层高钒高速钢的化学成分及重量百分比为1.2～2.2C、3.0～4.5Cr、0.2～1.2Ni、 1.5～5.0Mo、6.0～9.0V、1.0～2.5W、1.0～3.0Nb、0.05～0.1Re、P≤0.04、S≤0.04、 Mn≤0.5、0.6～2.0Si，其余为Fe。中国发明专利CN107891138A还公开了一种用于制作金属瓦楞板的超高钒高速钢轧辊的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：步骤一：确定化学成分：该用于制作金属瓦楞板的超高钒高速钢压辊的外层、中间层、辊颈的化学成分为：外层化学成分C：3.0-3.6％；Si：0.5-1.5％；Mn：0.3-0.5％； Cr：2.0-4.0％；Mo：3.0-5.0％；V：11.0-13.0％；Co：0.3-0.5％；B：0.5-0.6％； P≤0.035％；S≤0.03％；中间层化学成分C：1.0-1.5％；Si：1.0-1.5％；Mn：0.5-1.6％； Cr≤0.3％；Mo：0.2-0.5％；Ni：0.5-1.6％；辊颈化学成分C：2.5-2.8％；Si：2.0-3.0％； Mn：0.5-1.0％；Cr≤0.2％；Mo：0.1-0.4％；Ni：1.5-2.0％；Mg≥0.03％；余量为 Fe及少量残余元素；步骤二：浇注；采用离心浇注，浇注过程采用钢水防氧化剂全覆盖铁水表面；采用陶瓷过滤网过滤钢水内细小非金属夹杂和未溶合金氧化物颗粒；步骤三：冷开箱中温热处理：冷开箱粗车辊身，800℃-850℃中温处理，保温5h，风冷至常温。中国发明专利CN101240403A还公开了一种高速钢复合轧辊，其特征在于：复合轧辊的外层材料为高速钢，中间层材料为球墨铸铁原铁水或石墨半钢，轧辊芯部材料为球墨铸铁。高速钢选用高钼高钒铸造高速钢，按重量百分比计，其成分为：C1.2～2.8％，Si0.2～1.0％，Mn0.2～1.0％，Ni0.3～ 1.2％，Cr3.0～6.0％，Mo5.0～10.0％，V5.0～12.0％，Al0.1～0.7％，P≤0.025％， S≤0.025％，其余为铁。中间层材料采用球墨铸铁原铁水或石墨半钢；按重量百分比计，石墨半钢成分为：C1.0～2.0％，Si 1.2～3.0％，Mn0.1～1.0％，Ni0.2～0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，其余为铁和不可避免的杂质元素。中国发明专利CN101037760A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：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。中国发明专利CN112808975A 还公开了一种两层复合高速钢轧辊，其特征在于：包括工作层和芯部，工作层为高钒高钼高铬高速钢，采用如下质量百分比的组成制成：C：1.2-2.4％，Si0.1-1.5％，Mn0.3-1.5％，V4.0-10.0％，Mo4.0-10.0％，Cr3.0-8.0％，P＜0.05％、S＜0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质；芯部为球墨铸铁，采用如下质量百分比的组成制成：C3.2-3.8％、Si1.8-2.2％、Mn＜0.8％、P＜0.05％、S＜0.02％、Mg0.03-0.06％、Re0.01-0.03％，V＜0.1％，Cr＜0.1％，Mo＜0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。钒元素加入高速钢轧辊中，易生成高硬度的MC型碳化物，促进轧辊耐磨性的大幅度提高。但是，高速钢轧辊中钒元素的大量加入，会明显增加轧辊制造成本。另外，钒元素密度小，在离心铸造条件下，由于离心力的作用，会富集在轧辊内表层，轧辊中钒元素出现严重偏析，导致轧辊硬度不均匀，反而降低轧辊耐磨性。