CN101537427B - 一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。包括轧辊外层和轧辊辊芯，所述的轧辊外层的材料的化学成分重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。优点：轧辊生产成本低廉；轧辊中夹杂物少，组织纯净度高；可提高轧辊淬透性和淬硬性；有利于轧辊力学性能和热疲劳性能的提高；使用寿命高，生产成本低。

Description

一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法

技术领域

本发明为离心铸造轧辊及其制备方法，特别涉及一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。 

背景技术

轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件，轧辊质量直接影响轧材表面质量、轧机作业率和轧材生产成本，提高轧辊质量，降低轧辊生产成本一直是轧辊生产企业不断关注的课题。离心铸造因具有生产效率高、铸件表面组织致密和加工余量少等特点，已广泛应用于轧辊生产中，尤其应用于高合金复合轧辊生产中。目前常用的热轧辊材质有高镍铬无限冷硬铸铁、半钢、高铬白口铸铁和高碳高速钢等，前者高镍铬无限冷硬铸铁轧辊因碳化物呈连续网状分布，轧辊脆性大；而半钢轧辊因硬度低，耐磨性较差；高碳高速钢轧辊具有良好的耐磨性和较高的强度和韧性，但含有较多价格昂贵的钒、钼、铌、钴等合金元素，轧辊生产成本高。高铬白口铸铁的含铬量在12-28％之间，含碳量在2.4-3.6％之间，其耐磨性取决于碳和合金元素的含量、基体组织及碳化物的种类以及形态分布等。高铬铸铁的显微组织是由初生奥氏体或其转变产物和共晶组织所组成。其共晶碳化物为六角形杆状及板条状的M₇C₃型碳化物，呈断网状分布，显微硬度高达Hv1300-1800。高铬铸铁用作轧辊，通过热处理后可获得具有一定韧性的较硬的基体上，均匀分布有孤立的硬块状一次碳化物和一定量的弥散分布的二次碳化物组织，具有较好的抗磨料磨损性能。合金元素的加入及相应的铸造和热处理工艺都是为了得到这种形态分布的合金碳化物及马氏体加一定量的残余奥氏体。目前高铬铸铁已广泛用于轧辊生产中。 

日本专利JP2006070350-A公开了一种高铬铸铁轧辊，具体化学成分如下(质量分数，％)：2.5-3.5C，0.2-1.0Si，0.6-2.0Mn，11-22Cr，1-3Mo，0.01-0.15N，余量铁和不可避免的杂质，且4.5≤Cr/C≤6.5。日本发明专利JP1005609-A和JP96023060-B2还公开了一种外层为高铬镍铸铁、中间层为半钢和芯部为球铁的复合轧辊，外层高铬镍铸铁的化学成分(质量分数)为：2.4-3.4％C，2.0-4.5％Ni，2.0-3.4％Si，5-10％Cr，0.5-1.5％Mn，0.4-2.0％Mo，≤0.1％P，≤0.08％S，另外，还含有0.5-4.0％Cu和(或)Sn，余量Fe；中间层半钢的化学成分(质量分数)为：1.0-2.5％C，≤1.5％Ni，0.5-1.5％Si，2-5％Cr，0.5-1.5％Mn，≤0.5％Mo，≤0.1％P，≤0.1％S，，余量Fe；芯部球铁的化学成分(质量分数)为：3.0-3.8％C，≤2.0％Ni，1.8-3.0％Si，≤1.0％Cr，≤1.0％Mo，0.3-1.0％Mn，≤0.1％P，0.02-0.10％Mg，≤0.02％S，余量Fe。 

中国发明专利CN101015836A公开了一种应用于轧制焊接钢管的轧机上的铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊，可以用在直缝焊接钢管轧机、螺旋焊接钢管轧机、矩形焊接钢管轧机等各种形状的焊接钢管轧机上；其铸造高铬铁轧辊的成分以重量百分比计为：C：1.8～2.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：12～22％，Ni：0.5～3.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，Cu：0～1.0％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe；该发明采用高铬铁或高铬钢并采用铸造工艺生产，其轧辊产品材料组织里外均匀，耐磨性以及韧性有很大提高，使用寿命为锻造轧辊产品的2-5倍，由于采用铸造成型，缩短了加工工序，减少加工量，材料利用率可以达到70％甚至可达80％。中国发明专利CN1951606A公开了高铬铸铁复合冷轧辊生产工艺，其轧辊包括辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用低合金钢或中碳钢制作，轧辊耐磨层采用高铬白口铸铁制作，辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热，其热成型工艺：将铸型放入感应加热设备中，再将预制的低合金钢或中碳钢辊芯放入铸型，开启感应加热设备加热辊芯，加热至1200～1400℃时，浇入高铬铸铁熔液，再继续小功率加热5～15分钟后停止加热，通过循环水直至凝固完毕。该发明存在生产效率低，辊身和辊芯结合差等不足。中国发明专利CN1854328A还公开了改良的复合高铬铸铁轧辊，其特征是轧辊工作层成份为C2.5-3.0％，Si0.5-1.2％，Mn0.6-1.2％，Ni1.0-1.5％，Cr12-20％，Mo0.5-3.5％，V0.05-0.5％，W0.2-1.5％，Al0.03-0.3％，N0.03-0.1％，P≤0.04％，S≤0.04％，其余为铁及杂质。该发明轧辊工作层较原有轧辊高铬铸铁工作层，耐磨性提高50％以上。但上述高铬铸铁轧辊生产中，都需要加入价格昂贵的镍、钼合金元素，导致轧辊生产成本增加。 

发明内容

本发明目的在于提供一种有助于显著改善轧辊力学性能和热疲劳性能并且价格廉价的离心铸造高铬铸铁复合轧辊及其制备方法，以加工高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的所剩合金铁屑和碳素铬铁为主要合金原料，另外，为了改善轧辊淬透性，还加入适量中碳锰铁和硼铁，为了净化和细化凝固组织，还加入了硅钙钡合金、铝、钛铁、稀土硅铁、锌、镁等材料。 

本发明的目的是这样来达到的，一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊，包括轧辊外层和轧辊辊芯，所述的轧辊外层的材料的化学成分重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成。 

本发明所述的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑的化学成分重量％为：3.01～4.80％的Ni，1.00～2.00％的Cr，2.90～3.60％的C，0.60～1.50％的Si，0.40～1.20％的Mn，0.20～1.00％的Mo，余量为Fe；所述的碳素铬铁的化学成分重量％为：62.0～68.0％的Cr，7.0～8.5％的C，2.0～3.5％的Si，余量为Fe；所述的中碳锰铁的化学成分重量％为：75.0～82.0％的Mn，1.0～1.8％的C，≤1.5％的Si，≤0.20％的P，≤0.03％的S，余量为Fe；所述的硼铁的化学成分重量％为：17.0～19.0％的B，＜0.5％的C，＜3.5％的Si，余量为Fe；所述的硅钙钡合金的化学成分重量％为：40～45％的Si、10～12％的Ca、10～12％的Ba、≤0.8％的C、≤0.04％的P、≤0.06％的S，余量为Fe。 

本发明的还一目的是这样来达到的，一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，它包括以下步骤： 

第一步：外层高铬铸铁的熔炼： 

①先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金和低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成块状，然后放入感应电炉中加热熔化，再依次加入碳素铬铁和中碳锰铁， 

②铁水熔清后，当铁水温度达到1500～1520℃时，加入铝，然后依次加入钛铁、硼铁，当铁水温度达到1520～1560℃时出炉， 

③出铁过程中，当出铁40～60％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包， 

④将稀土硅铁破碎至小块，经烘干后，置于浇包底部，同时将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行复合变质处理，同时加入造渣剂，铁水经扒渣后待浇注； 

第二步：辊芯铸铁的熔炼： 

用电炉或冲天炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，辊芯铁水出炉温度1480～1520℃； 

第三步：轧辊复合铸造成形： 

①先将高铬铸铁铁水浇入在离心机上旋转的铸型内，铁水浇注温度为1420～1460℃，铸型材质是灰铸铁，壁厚120mm～240mm，预热温度大于150℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于100℃；涂料厚度小于3.5mm， 

②铸型转速n按下式确定： 

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\γ}\·r}}\·\mathrm{\β}$ 式(1) 

式中：n-铸型转数，r/min，γ-高铬铸铁熔液密度，g/cm³，r-轧辊外层内半径，cm，β-调整系数，高铬铸铁为1.3～1.5， 

③外层浇注完毕6～15min后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(即辊身)内表面温度，当温度为1240℃～1300℃时，浇入辊芯铁水，铁水浇注温度为1300～1350℃， 

④辊芯铁水浇注完毕12～24h后，取出高铬铸铁复合轧辊进保温炉或缓冷坑； 

第四步：高铬铸铁复合轧辊热处理： 

将高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至520～580℃，加热升温速度为15～25℃/h，保温6～10h后风冷，再以25～35℃/h的升温速度加热至450～500℃，保温12～15h后，炉冷至150℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到离心铸造高铬铸铁复合轧辊。 

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的压力机上压实成块状是压实成几何尺寸的长、宽和高各为150～250mm的块状。 

在本发明的还一个具体的实施例中，所述的将稀土硅铁破碎至小块是指破碎至粒度＜18mm的小块。 

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的烘干的烘干温度为＜220℃。 

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的钝化颗粒镁的颗粒尺寸为1.0～2.5mm、钝化层的厚度为0.10～0.15mm。 

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的钝化层是由下列按重量百分比计的原料构成的，氯化钠：30～40％，氯化钾：25～35％，氯化镁：20～30％，氯化钡：5～10％。 

本发明所提供的技术方案与现有技术相比具有以下优点： 

1)本发明轧辊以加工高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、碳素铬铁和低碳废钢片为主要合金原料，不加价格昂贵的镍板、钼铁、铜板和钒铁等合金元素，因此轧辊生产成本低廉； 

2)本发明轧辊加入锰铁和硅钙钡合金预脱氧、加入铝终脱氧，因此轧辊中夹杂物少，组织纯净度高； 

3)本发明轧辊中，加入硼铁合金化，可提高轧辊淬透性和淬硬性，轧辊淬硬层深度大于50mm，辊面硬度达到78～81HSD； 

4)本发明轧辊经锌、镁、钛铁和稀土硅铁处理后，凝固组织细小，碳化物呈断网和孤立分布，有利于轧辊力学性能和热疲劳性能的大幅度提高，本发轧辊辊身断裂韧度大于30MPa.m^1/2，抗拉强度大于700Mpa。 

5)本发明轧辊应用于热轧带钢轧机、棒材轧机上，使用寿命比高镍铬无限冷硬铸铁 轧辊提高50～70％，而生产成本降低15～20％。 

具体实施方式

轧辊材质的性能是由金相组织决定的，而轧辊的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明复合轧辊由外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成，其外层化学成分是这样确定的： 

本发明外层的主要原材料是高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、碳素铬铁和低碳废钢片，高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑中含有镍、铬等元素，加入轧辊中能增加轧辊中镍、铬等元素含量，同时也增加轧辊中的碳含量，但加入量太多，轧辊中夹杂物增多，反而损害轧辊的力学性能，因此，其加入量控制在25～28％。加入碳素铬铁主要是为了补充轧辊中的铬含量，使轧辊中铬含量控制在16％以上，有利于获得高硬度的M₇C₃型碳化物，从而改善轧辊的耐磨性，加入量过多，会导致轧辊中碳含量过高，轧辊使用中易出现开裂和剥落，因此碳素铬铁加入量控制在28～30％。另外加入1.5～2.5％中碳锰铁，除了起脱氧作用外，还可提高轧辊淬透性。在轧辊中加入硼铁，部分硼可进入碳化物，有利于提高碳化物硬度和热稳定性，部分硼进入基体，可提高基体淬透性和淬硬性，从而可提高轧辊耐磨性，但硼铁加入量过多，反而降低轧辊韧性，因此硼铁加入量控制在2.5～3.5％。轧辊中加入硅钙钡合金，主要起脱氧和改善夹杂物形态与分布的作用，从而提高轧辊强度和韧性，虽然钡在铁液中的溶解度较低，但钡的加入使钙在铁液中的溶解度提高，因而提高了钙的利用率，使钙的脱氧作用和使夹杂物变性的作用得到发挥，促使铁液中的氧含量较快达到平衡；另一方面，钡参与脱氧反应，其生成物BaO与其它产物碰撞并结合的几率极大，能够迅速从铁液中上浮、排除，从而使铁中夹杂物数量减少，相应地降低了铁液的氧含量，合适的硅钙钡合金加入量为0.5～0.8％。加入0.2～0.4％铝，除了起脱氧作用外，还可改善碳化物形态和分布，提高轧辊的综合力学性能。加入0.3～0.5％钛铁，可细化轧辊凝固组织，提高轧辊综合力学性能。加入0.2～0.4％稀土硅铁、0.10～0.15％锌、0.15～0.18％镁，可起脱氧、脱硫，净化金属液体，细化凝固组织，促进碳化物形态呈断网和孤立分布的作用，从而可提高轧辊的力学性能，并改善轧辊的热疲劳性能，有利于轧辊使用寿命的延长。 

本发明轧辊在熔炼之前，先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金、低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成尺寸为：长150～250mm×宽150～250mm×高150～250mm的方块，然后将压实的方块放入感应电炉中加热熔化，这样可提高铁和废钢片的熔化速率，减少金属元素的烧损，还可减少金属液体中夹杂物数量。 

本发明轧辊在出铁过程中，当出铁40％～60％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的 薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包，可减少锌的氧化烧损，提高锌元素的收得率； 

本发明轧辊镁元素的加入方法是，将镁颗粒尺寸1.0～2.5mm、钝化层厚度0.10～0.15mm和含30～40％氯化钠、25～35％氯化钾、20～30％氯化镁、5～10％氯化钡的钝化层所组成的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行处理，这样可减轻镁元素的氧化烧损，还可控制镁元素与铁水的反应速率，提高镁元素的收得率，更好的发挥镁元素的作用。 

本发明轧辊铸态辊颈强度高，韧性好，硬度小于50HSD，具有较好的机械加工性能。辊身采用离心复合铸造方法成形，辊身光洁、加工量少，辊身组织为碳化物、马氏体、奥氏体和贝氏体，硬度在72～75HSD之间，可用硬质合金刀具直接加工，不需要进行软化退火处理。本发明高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接粗加工后，然后在加热炉中加热至520～580℃，加热升温速度为15～25℃/h，保温6～10h后风冷，可使铸态组织中残留奥氏体中析出碳化物，降低残留奥氏体稳定性，在随后的空冷过程中，残留奥氏体转变成马氏体，碳化物的析出和残留奥氏体转变成马氏体，促进轧辊硬度提高至78～81HSD，有利于轧辊耐磨性的进一步提高。但是，碳化物的析出和残留奥氏体转变成马氏体，将增大轧辊残余应力，因此，再以25～35℃/h的升温速度加热至450～500℃，保温12～15h后，炉冷至150℃以下，空冷，可减少轧辊内的残余应力，提高组织稳定性，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度后，可满足轧钢生产的需要。 

下面结合发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。 

实施例1： 

本实施例的高铬铸铁复合轧辊外径为φ370mm，轧辊外层厚度60mm，轧辊外层单边加工量8mm，高铬铸铁复合轧辊的外层(即辊身)和辊芯分别用1000kg和1500kg中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是： 

第一步：外层高铬铸铁的熔炼： 

①先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金、低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成尺寸为(150～250)mm×(150～250)mm×(150～250)mm即长、宽和高各为150-250mm的方块，然后将压实的方块放入感应电炉中加热熔化，然后依次加入碳素铬铁和中碳锰铁， 

②铁水熔清后，当铁水温度达到1520℃时，加入铝，然后依次加入钛铁、硼铁，当铁水温度达到1558℃时出炉， 

③出铁过程中，当出铁40％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包， 

④将稀土硅铁破碎至粒度小于18mm的小块，经220℃以下烘干后，置于浇包底部，同时将涂覆了由质量百分数为30～40％氯化钠、25～35％氯化钾、20～30％氯化镁和5～10％氯化钡构成的钝化层、且钝化层厚度0.10～0.15mm和镁颗粒尺寸1.0～2.5mm的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行复合变质处理。同时加入造渣剂，铁水经扒渣后待浇注，轧辊外层中各种原料的加入量(质量分数)是：25％高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、30％碳素铬铁、1.5％中碳锰铁、3.5％硼铁、0.5％硅钙钡合金、0.4％铝、0.3％钛铁、0.4％稀土硅铁、0.10％锌、0.18％镁，余量是低碳废钢片； 

第二步：辊芯铸铁的熔炼： 

用电炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用高强度合金铸铁，辊芯铁水出炉温度1518℃； 

第三步：轧辊复合铸造成形： 

①先将高铬铸铁铁水浇入在离心机上旋转的铸型内，铁水浇注温度为1459℃，铸型材质是灰铸铁，壁厚120mm，预热温度大于150℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于100℃；涂料厚度小于3.5mm， 

②铸型转速n按下式确定： 

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\γ}\·r}}\·\mathrm{\β}$ 式(2) 

式中：n-铸型转数，r/min，γ-高铬铸铁熔液密度，g/cm³，r-轧辊外层内半径，cm，β-调整系数，高铬铸铁为1.5， 

③外层浇注完毕6min后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(即辊身)内表面温度，当温度为1240℃～1300℃时，浇入辊芯铁水，铁水浇注温度为1312℃， 

④辊芯铁水浇注完毕12h后，取出高铬铸铁复合轧辊进保温炉； 

第四步：高铬铸铁复合轧辊热处理： 

将高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至520℃，加热升温速度为25℃/h，保温10h后风冷，再以35℃/h的升温速度加热至500℃，保温12h后，炉冷至150℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表1。 

表1轧辊力学性能 

辊身硬度  (HSD)	辊身抗拉强度  (Mpa)	断裂韧性  (MPa.m1/2)	辊颈硬度  (HSD)	辊颈抗拉强度  (Mpa)
					80.5	785.7	31.4	42.2	384.6

实施例2： 

本实施例高铬铸铁复合轧辊辊身尺寸为 

复合轧辊的外层(即辊身)和辊芯分别用3t中频感应电炉和5t/h冲天炉熔炼，其制造工艺步骤是： 

第一步：外层高铬铸铁的熔炼： 

①先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金、低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成尺寸为(150～250)mm×(150～250)mm×(150～250)mm的方块，然后将压实的方块放入感应电炉中加热熔化，然后依次加入碳素铬铁和中碳锰铁， 

②铁水熔清后，当铁水温度达到1501℃时，加入铝，然后依次加入钛铁、硼铁，当铁水温度达到1526℃时出炉， 

③出铁过程中，当出铁60％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包， 

④将稀土硅铁破碎至粒度小于18mm的小块，经220℃以下烘干后，置于浇包底部，同时将涂覆了由质量百分数为30～40％氯化钠、25～35％氯化钾、20～30％氯化镁和5～10％氯化钡构成的钝化层、且钝化层厚度0.10～0.15mm和镁颗粒尺寸1.0～2.5mm的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行复合变质处理。同时加入造渣剂，铁水经扒渣后待浇注，轧辊外层中各种原料的加入量(质量分数)是：28％高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、28％碳素铬铁、2.5％中碳锰铁、2.5％硼铁、0.8％硅钙钡合金、0.2％铝、0.5％钛铁、0.2％稀土硅铁、0.15％锌、0.15％镁，余量是低碳废钢片； 

第二步：辊芯铸铁的熔炼： 

用冲天炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用低合金球墨铸铁，辊芯铁水出炉温度1483℃； 

第三步：轧辊复合铸造成形： 

①先将高铬铸铁铁水浇入在离心机上旋转的铸型内，铁水浇注温度为1425℃，铸型材质是灰铸铁，壁厚240mm，预热温度大于150℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于100℃；涂料厚度小于3.5mm， 

②铸型转数n按下式确定： 

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\γ}\·r}}\·\mathrm{\β}$ 式(3) 

式中：n-铸型转数，r/min，γ-高铬铸铁熔液密度，g/cm³，r-轧辊外层内半径，cm，β-调整系数，高铬铸铁为1.3， 

③外层浇注完毕15min后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(即辊身)内表面温度， 当温度为1240℃～1300℃时，浇入辊芯铁水，铁水浇注温度为1346℃， 

④辊芯铁水浇注完毕24h后，取出高铬铸铁复合轧辊进缓冷坑； 

第四步：高铬铸铁复合轧辊热处理： 

将高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至580℃，加热升温速度为15℃/h，保温8h后风冷，再以25℃/h的升温速度加热至480℃，保温15h后，炉冷至150℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表2。 

表2轧辊力学性能 

辊身硬度  (HSD)	辊身抗拉强度  (Mpa)	断裂韧性  (MPa.m1/2)	辊颈硬度  (HSD)	辊颈抗拉强度  (Mpa)
					80.2	813.2	31.7	41.7	423.0

实施例3： 

本实施例的高铬铸铁复合轧辊外径为φ370mm，轧辊外层厚度60mm，轧辊外层单边加工量8mm，高铬铸铁复合轧辊的外层(即辊身)和辊芯分别用1000kg和1500kg中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是： 

第一步：外层高铬铸铁的熔炼： 

①先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金、低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成尺寸为(150～250)mm×(150～250)mm×(150～250)mm的方块，然后将压实的方块放入感应电炉中加热熔化，然后依次加入碳素铬铁和中碳锰铁， 

②铁水熔清后，当铁水温度达到1511℃时，加入铝，然后依次加入钛铁、硼铁，当铁水温度达到1538℃时出炉， 

③出铁过程中，当出铁50％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包， 

④将稀土硅铁破碎至粒度小于18mm的小块，经220℃以下烘干后，置于浇包底部，同时将涂覆了由质量百分比为30～40％氯化钠、25～35％氯化钾、20～30％氯化镁和5～10％氯化钡而构成的钝化层、且钝化层厚度0.10～0.15mm和镁颗粒尺寸1.0～2.5mm的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行复合变质处理。同时加入造渣剂，铁水经扒渣后待浇注，轧辊外层中各种原料的加入量(质量分数)是：26％高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、29％碳素铬铁、2.0％中碳锰铁、3.0％硼铁、0.6％硅钙钡合金、0.3％铝、0.4％钛铁、0.3％稀土硅铁、0.12％锌、0.16％镁，余量是低碳废钢片； 

第二步：辊芯铸铁的熔炼： 

用电炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用低合金球墨铸铁，辊芯铁水出炉温度1503℃； 

第三步：轧辊复合铸造成形： 

①先将高铬铸铁铁水浇入在离心机上旋转的铸型内，铁水浇注温度为1440℃，铸型材质是灰铸铁，壁厚150mm，预热温度大于150℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于100℃；涂料厚度小于3.5mm， 

②铸型转速n按下式确定： 

$n=\frac{5520}{\sqrt{\mathrm{\γ}\·r}}\·\mathrm{\β}$ 式(4) 

式中：n-铸型转数，r/min，γ-高铬铸铁熔液密度，g/cm³，r-轧辊外层内半径，cm，β-调整系数，高铬铸铁为1.4， 

③外层浇注完毕8min后，用非接触式测温仪测量轧辊外层(即辊身)内表面温度，当温度为1240℃～1300℃时，浇入辊芯铁水，铁水浇注温度为1332℃， 

④辊芯铁水浇注完毕18h后，取出高铬铸铁复合轧辊进缓冷坑； 

第四步：高铬铸铁复合轧辊热处理： 

将高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至560℃，加热升温速度为20℃/h，保温8h后风冷，再以30℃/h的升温速度加热至450℃，保温13h后，炉冷至150℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度。轧辊力学性能见表3。 

表3轧辊力学性能 

辊身硬度  (HSD)	辊身抗拉强度  (Mpa)	断裂韧性  (MPa.m1/2)	辊颈硬度  (HSD)	辊颈抗拉强度  (Mpa)
					79.8	820.5	32.0	42.4	417.3

本发明的离心铸造高铬铸铁复合轧辊辊身硬度和强度高、韧性好，辊颈也具有较高的强度，本发明轧辊以加工高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、碳素铬铁和低碳废钢片为主要合金原料，不加价格昂贵的镍板、钼铁、铜板和钒铁等合金元素，因此轧辊生产成本低廉，比常用高铬铸铁轧辊降低10％以上，比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊降低15～20％，在热轧带钢轧机、棒材轧机上使用，其辊耗比常用高铬铸铁轧辊降低20％以上，比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高50～70％。本发明轧辊使用安全，使用中无断辊、剥落现象出现，使用本发明轧辊，可提高轧钢产量，降低轧钢成本，具有显著的经济和社会效益。 

Claims (7)

1.一种离心铸造高铬铸铁复合轧辊，包括轧辊外层和轧辊辊芯，其特征在于所述的轧辊外层的材料的化学元素重量％为：25～28％的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑，28～30％的碳素铬铁，1.5～2.5％的中碳锰铁，2.5～3.5％的硼铁，0.5～0.8％的硅钙钡合金，0.2～0.4％的铝，0.3～0.5％的钛铁，0.2～0.4％的稀土硅铁，0.10～0.15％的锌，0.15～0.18％的镁，余量为低碳废钢片；所述轧辊辊芯为高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，所述的轧辊外层和辊芯两部分通过离心复合铸造而成，所述的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑的化学成分重量％为：3.01～4.80％的Ni，1.00～2.00％的Cr，2.90～3.60％的C，0.60～1.50％的Si，0.40～1.20％的Mn，0.20～1.00％的Mo，余量为Fe；所述的碳素铬铁的化学成分重量％为：62.0～68.0％的Cr，7.0～8.5％的C，2.0～3.5％的Si，余量为Fe；所述的中碳锰铁的化学成分重量％为：75.0～82.0％的Mn，1.0～1.8％的C，≤1.5％的Si，≤0.20％的P，≤0.03％的S，余量为Fe；所述的硼铁的化学成分重量％为：17.0～19.0％的B，＜0.5％的C，＜3.5％的Si，余量为Fe；所述的硅钙钡合金的化学成分重量％为：40～45％的Si、10～12％的Ca、10～12％的Ba、≤0.8％的C、≤0.04％的P、≤0.06％的S，余量为Fe。

2.一种如权利要求1所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

第一步：外层高铬铸铁的熔炼：

①先将高镍铬无限冷硬铸铁轧辊的合金铁屑、硅钙钡合金和低碳废钢片混合于一体，并在压力机上压实成块状，然后放入感应电炉中加热熔化，再依次加入碳素铬铁和中碳锰铁，

②铁水熔清后，当铁水温度达到1500～1520℃时，加入铝，然后依次加入钛铁、硼铁，当铁水温度达到1520～1560℃时出炉，

③出铁过程中，当出铁40-60％时，将金属锌用厚度0.10～0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入浇包， 

④将稀土硅铁破碎至小块，经烘干后，置于浇包底部，同时将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁也置于浇包底部，并用铸铁屑覆盖，用包内冲入法对铁水进行复合变质处理，同时加入造渣剂，铁水经扒渣后待浇注；

第二步：辊芯铸铁的熔炼：

用电炉或冲天炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用高强度合金铸铁或低合金球墨铸铁，辊芯铁水出炉温度1480～1520℃；

第三步：轧辊复合铸造成形：

①先将高铬铸铁铁水浇入在离心机上旋转的铸型内，铁水浇注温度为1420～1460℃，铸型材质是灰铸铁，壁厚120mm～240mm，预热温度大于150℃，并在此温度下喷刷涂料，浇注时铸型温度不低于100℃；涂料厚度小于3.5mm，

②铸型转数n按下式确定：

式(1)

式中：n-铸型转数，r/min，γ-高铬铸铁熔液密度，g/cm³，r-轧辊外层内半径，cm，β-调整系数，高铬铸铁为1.3～1.5，

③外层浇注完毕6～15min后，用非接触式测温仪测量轧辊外层内表面温度，当温度为1240℃～1300℃时，浇入辊芯铁水，铁水浇注温度为1300～1350℃，

④辊芯铁水浇注完毕12～24h后，取出高铬铸铁复合轧辊进保温炉或缓冷坑；

第四步：高铬铸铁复合轧辊热处理：

将高铬铸铁复合轧辊在铸态下直接进行粗加工，然后在加热炉中加热至520～580℃，加热升温速度为15～25℃/h，保温6～10h后风冷，再以25～35℃/h的升温速度加热至450～500℃，保温12～15h后，炉冷至150℃以下，空冷，最后将轧辊精加工至规定尺寸和精度，得到离心铸造高铬铸铁复合轧辊。

3.根据权利要求2所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于所述的压力机上压实成块状是压实成几何尺寸的长、宽和高各为150～250mm的块状。 

4.根据权利要求2所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于所述的将稀土硅铁破碎至小块是指破碎至粒度＜18mm的小块。

5.根据权利要求2所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于所述的烘干的烘干温度为＜220℃。

6.根据权利要求2所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于所述的钝化颗粒镁的颗粒尺寸为1.0～2.5mm、钝化层的厚度为0.10～0.15mm。

7.根据权利要求2或6所述的离心铸造高铬铸铁复合轧辊的制备方法，其特征在于所述的钝化层是由下列按重量百分比计的原料构成的，氯化钠：30～40％，氯化钾：25～35％，氯化镁：20～30％，氯化钡：5～10％。