本發(fā)明公開了高鉻鑄鐵軋輥制造方法，特別涉及高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥制造方法，屬于鑄造。

背景技術(shù)：

1、軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的重要消耗備件，軋輥的性能對(duì)軋機(jī)的生產(chǎn)效率和軋材的表面質(zhì)量有重要影響。隨著軋機(jī)自動(dòng)化水平的提升和用戶對(duì)軋材尺寸精度和表面質(zhì)量要求的不斷提高，傳統(tǒng)軋輥材質(zhì)很難滿足軋鋼企業(yè)的需求，開發(fā)新型軋輥材料，提高軋輥使用壽命的研究引起了國內(nèi)外軋輥科技工作者的重視。常用的熱軋輥材料主要有半鋼、高鎳鉻無限冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵、高鉻鋼和高速鋼等。

2、中國發(fā)明專利cn115044836a公開了一種改進(jìn)型石墨半鋼軋輥及其制備方法，該軋輥的化學(xué)成分及重量百分比是：c為1.3％-2.1％、si為0.4％-0.8％、mn為0.6％-1.6％、cr為0.7％-2.0％、ni為0％-2.0％、mo為0.2％-0.8％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)，該軋輥的基體中含有彌散分布的點(diǎn)球狀石墨。該發(fā)明通過添加適量硅元素，并且在基體中具有自冷卻及自潤滑能力的彌散點(diǎn)球狀石墨，降低了軋輥的硬度落差，提高了耐磨性，使得軋輥對(duì)深孔型軋制產(chǎn)品進(jìn)行加工時(shí)不容易產(chǎn)生疲勞裂紋，進(jìn)而提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量。中國發(fā)明專利cn110343956a還公開了一種gvti耐磨型半鋼軋輥，包括以下質(zhì)量百分比的組分：c1.60～2.00，si0.80～1.60，mn0.60～1.20，ni1.20～3.00，cr0.80～2.00，mo0.50～1.00，v0.10～0.60，ti0.10～0.30，s≤0.03，p≤0.03，al0.05～0.10，casi0.10～0.30，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)，該發(fā)明還公開了上述gvti耐磨型半鋼軋輥的制備方法。該發(fā)明通過硅/碳比，提升了軋輥的抗熱裂紋性能，軋輥強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升，抗拉強(qiáng)度達(dá)≥650mpa；通過鎳、鉻、鉬、釩、鈦合金加入的合理配比，尤其是加入釩、鈦合金，使整體鑄造性能得到更進(jìn)一步的優(yōu)化，可以保證從內(nèi)到外的良好的硬度，軋輥硬度達(dá)到55/70hsd，軋輥?zhàn)罱K產(chǎn)品耐磨性能提升20～30％。中國發(fā)明專利cn103614657a還公開了一種高鎳鉻合金半鋼軋輥的制造方法。根據(jù)需要熔煉的高鎳鉻合金半鋼軋輥的成分要求將原料置于中頻感應(yīng)電熔熔煉、爐前處理、出鋼澆鑄、粗加工、淬火、回火、精加工，所述淬火工藝的升溫速度為15±5℃/h，在850-890℃時(shí)保溫15-30h，然后空冷或噴霧冷卻至430-450℃保溫4-8小時(shí)，然后空冷至150-170℃出爐，所述回火工藝為480-520℃保溫10-15h，再隨爐冷卻至100℃以下后出爐空冷。該發(fā)明的軋輥具有較高的耐磨性和較強(qiáng)的韌性，不易剝落，并具有很好的抗熱裂性能，最大的特點(diǎn)是在工作層中幾乎沒有硬度落差，可大大提高工作效率。但是，半鋼軋輥硬度低，耐磨性較差。

3、中國發(fā)明專利cn101177759a公開了一種離心復(fù)合改進(jìn)型無限冷硬鑄鐵軋輥及其制備方法。其輥身化學(xué)成分是(重量％)：3.2－3.8c，3.8－4.5ni，1.2－1.8cr，0.2－0.4mo，0.2－0.5cu，1.0－1.8si，＜0.8mn，0.10－0.30nb，0.05－0.20v，0.05－0.20ti，0.04－0.07mg，0.02－0.05y，0.01－0.03sb，其余為fe和不可避免的微量雜質(zhì)。該發(fā)明軋輥利用電爐便可生產(chǎn)，采用離心鑄造方法成形，軋輥強(qiáng)度和硬度高，韌性、硬度均勻性和淬透性好，耐磨性和抗氧化性優(yōu)良，抗激冷激熱性能也很好，使用過程中不斷裂、不起皮、不發(fā)生龜裂、不粘鋼，使用性能明顯優(yōu)于高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥。中國發(fā)明專利cn1598030a還公開了對(duì)鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵的改進(jìn)，尤其涉及一種耐磨性和抗熱裂紋性能好，使用壽命長的軋輥用鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵，其特征是在鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵(ⅳ)成分中添加有0.03－0.1％(wt)的硼和0.2－1.5％的鈮，以及由此材料制成的復(fù)合軋輥。由于添加了硼和鈮，使材料的耐磨性和抗熱裂紋性能得到顯著提高，克服了原材料的不足。中國發(fā)明專利cn101509095a還公開了超細(xì)晶粒高鎳鉻鉬無限冷硬鑄鐵，屬軋制大型船艦用軋輥材料，組成重量包括：c：2.9－3.7％，si：0.6－1.2％，mn：0.4－1.2％，ni：3.0?1－5.00％，cr：1.00－2.00％，mo：0.20－0.60％，余量fe，組成中還有1－3％的銻，使碳化物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得到了基本的消除，組織更加彌散，達(dá)到了改變材料的金相組織和性能，使材料的耐磨性和抗熱裂紋性能得到有效的結(jié)合，綜合提高材料的使用壽命。中國發(fā)明專利cn101851725a還公開了一種改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金是以現(xiàn)有鎳硬化性無限冷硬鑄鐵成分為基礎(chǔ)添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3－6％的釩，并適當(dāng)控制熔煉和澆鑄過程，即可獲得以均勻球形碳化物為主的鑄鐵。該發(fā)明利用高釩鑄鐵在凝固過程形成的vc+γ共晶區(qū)，形成細(xì)小的粒狀碳化物，以及vc對(duì)共晶碳化物形核的核心作用減弱或消除共晶網(wǎng)狀碳化物，獲得均勻分布的以粒狀碳化物為主的組織，所生產(chǎn)的鑄鐵可以顯著提高無限冷硬鑄鐵的耐磨性。但是鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥中碳化物是m3c型，硬度低且呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性偏低。加入較多的釩、銻元素盡管有利于改進(jìn)碳化物形態(tài)，但是釩、銻元素價(jià)格貴，會(huì)顯著增加軋輥成本。

4、中國發(fā)明專利cn108060365a公開了一種用于熱軋板帶軋制的高鉻鑄鋼軋輥，包括輥芯和輥身工作層，輥身工作層的化學(xué)組分及其質(zhì)量百分含量為c1.60～2.00％，si0.60～1.00％，mn0.80～1.50％，cr12.00～15.00％，ni1.00～2.00％，mo1.00～2.50％，v≥0.10％，s≤0.03％，p≤0.05％，其余為fe和不可避免雜質(zhì)。該發(fā)明通過改善輥身工作層的化學(xué)組分和調(diào)整熱處理工藝，提高了碳含量并抑制鑄態(tài)組織中珠光體的生成，使軋輥的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性得到提高，軋制過程無需進(jìn)行高溫淬火，能夠節(jié)省設(shè)備，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，并使軋輥性能的穩(wěn)定性得到提高。中國發(fā)明專利cn117127093a還公開了組合式軸環(huán)裝配高鉻鋼軋輥制造方法，涉及軋輥制造技術(shù)領(lǐng)域，組合式軸環(huán)裝配高鉻鋼軋輥制造方法，包括高鉻鋼制成的軸環(huán)和軋輥，高鉻鋼的化學(xué)成分為：c1.2-1.5％、si0.4-0.8％、mn0.4-1.1％、cr8-13％、ni0.3-1.0％、mo1.0-2.5％、v0.2-0.7％、w0.2-0.5，其制造方法包括以下步驟：高鉻鋼輥套鑄造；高鉻鋼輥套熱開箱清整擴(kuò)散球化退火；高鉻鋼套粗加工淬火、回火后精加工與輥軸、鎖緊環(huán)準(zhǔn)備；軸環(huán)熱裝配；安裝鎖緊環(huán)與外形精加至成品；該制造方法采用砂型帶孔型鑄造成型，先通過熱處理調(diào)整軋輥組織，再通過粗開孔型后淬火加回火的特殊熱處理技術(shù)，降低熱處理制造風(fēng)險(xiǎn)，通過軸環(huán)熱裝配加機(jī)械鎖緊使軋輥滿足使用要求。中國發(fā)明專利cn114850220a還公開了一種高耐磨性能的高鉻鋼軋輥，包括主體輥(4)，其特征在于，所述主體輥(4)的一側(cè)外壁設(shè)置有防護(hù)組件(5)，且主體輥(4)的頂部內(nèi)壁通過螺釘固定有等距離分布的導(dǎo)熱針(12)，所述導(dǎo)熱針(12)的材質(zhì)為鎳銅合金材質(zhì)，且導(dǎo)熱針(12)為長短結(jié)構(gòu)不一的結(jié)構(gòu)，所述主體輥(4)的內(nèi)部設(shè)置有芯部(6)，且芯部(6)位于主體輥(4)的中心部位，所述主體輥(4)的一側(cè)外壁通過法蘭連接有注水管(13)，且注水管(13)的一側(cè)外壁設(shè)置有密封閥(14)，所述主體輥(4)采用如下質(zhì)量百分比的組分制成：c：1～1.4％，si：0.3～0.4％，mn：0.9～1.0％，p≤0.03％，s≤0.01％，cr：14～16％，ni：0.5～1.7％，mo：1.2～1.4％，v：0.3～0.4％，nb：0.05～0.1％，re：0.8～1.2％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)；所述芯部(6)的材質(zhì)為球墨鑄鐵。中國發(fā)明專利cn108411193a公開了一種高鉻鋼軋輥制造方法，本發(fā)明的高鉻鋼軋輥包括由工作層和芯部構(gòu)成的輥體，所述工作層采用如下質(zhì)量百分比的組分制成：c：1.25～1.35％，si：0.5～0.6％，mn：0.9～1.0％，p≤0.05％，s≤0.02％，cr：12～13％，ni：0.8～1.0％，mo：1.4～1.5％，v：0.3～0.4％，nb：0.05～0.15％，re：0.5～1.0％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)；所述芯部的材質(zhì)為球墨鑄鐵。但是高鉻鑄鋼軋輥中碳化物數(shù)量少，耐磨性較差。

5、中國發(fā)明專利cn111101062a公開了一種熱軋改良的離心復(fù)合鑄造的高nb高速鋼軋輥，包括以下質(zhì)量百分比的組分：1.50～1.70％的c，1.40～1.60％的si，0.60～1.00％的mn，1.00～1.50％的ni，5.00～8.00％的cr，3.00～5.00％的mo，1.00～3.00％的w，4.00～6.00％的nb，1.00～2.00％的v，≤0.03％的s，≤0.03％的p，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)，該發(fā)明還公開了上述高nb高速鋼軋輥的制備方法。該發(fā)明替代熱軋粗軋工作輥較長使用的高鉻鋼軋輥，打破傳統(tǒng)的離心復(fù)合高速鋼的成份限制，此產(chǎn)品可以覆蓋目前熱軋機(jī)架上的全部工作輥，也可以用于棒線軋輥上，并保證了整個(gè)軋輥耐磨性的一致性。中國發(fā)明專利cn113621877a還公開了一種棒線材軋機(jī)的離心復(fù)合高速鋼軋輥，其特征在于：所述棒線材軋機(jī)的離心復(fù)合高速鋼軋輥由外層、一次芯部、二次芯部離心復(fù)合澆鑄而成；所述外層化學(xué)成分及重量百分比為：c：1.8-2.0％，si：0.65-0.75％，mn：0.35-0.45％，p≤0.05％，s≤0.03％，cr：4.4-4.6％，ni：0.5-0.7％，mo：5.9-6.1％，v：5.9-6.1％，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)元素；所述一次芯部化學(xué)成分及重量百分比為：c：1.0-1.1％，si：1.5-1.6％，mn：0.4-0.5％，p≤0.05％，s≤0.03％，cr≤0.2％，ni≤0.2％，mo≤0.2％，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)元素；所述二次芯部化學(xué)成分及重量百分比為：c：3.3-3.4％，si：2.1-2.4％，mn：0.4-0.5％，p≤0.08％，s≤0.015％，cr：0.1-0.2％，ni：0.4-0.5％，mo≤0.1％，v≤0.05％，w≤0.05％，mg：0.03-0.06％，re0.01-0.03％，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)元素。中國發(fā)明專利cn111945053a還公開了復(fù)合變質(zhì)處理高速鋼軋輥制備方法。在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)熔煉高速鋼軋輥材料，并將爐內(nèi)鋼水的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.32-2.49％c,4.17-4.33％w,4.80-4.98％mo,9.63-9.85％cr,0.48-0.66％mn,0.57-0.81％si,≤0.035％s,≤0.040％p,余量fe；然后將鋼水升溫至1615-1626℃，保溫4-5分鐘后加入鋁，隨后用喂絲法進(jìn)行變質(zhì)處理，并將鋼水澆入離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，待高速鋼凝固后，靜態(tài)下用球鐵填芯，經(jīng)淬火和回火處理，即可獲得性能優(yōu)異和使用效果良好的高速鋼軋輥。中國發(fā)明專利cn110387506a還公開了一種高耐磨離心復(fù)合高速鋼軋輥，化學(xué)成分及質(zhì)量百分比是：外層：c1.6～1.9，si0.30～0.80，mn0.60～1.2，p≤0.035，s≤0.030，cr3.50～6.50，ni0.20～1.0，mo3.0～6.0，v2.0～6.0,w2.0～6.0，nb0.5～2.0，其余為鐵及雜質(zhì)；中間層和芯部：c2.95～3.4，si2.0～3.0，mn0.4～1.0，p≤0.05，s≤0.035，re0.01～0.04，mg0.03～0.08，cr≤0.15，ni≤0.5，mo≤0.1，cu≤0.1，其余為鐵及雜質(zhì)。該發(fā)明具有高硬度、高耐磨熱強(qiáng)高、紅硬性高的特點(diǎn)。高速鋼軋輥盡管強(qiáng)韌性好、硬度高、耐磨性好，但是含有較多價(jià)格昂貴的鉬、釩、鈮、鎢等合金元素，生產(chǎn)成本高，市場競爭力差。

6、中國發(fā)明專利cn115647060a公開了一種高鉻鑄鐵軋輥及其生產(chǎn)方法。所述高鉻鑄鐵軋輥包括由內(nèi)到外依次設(shè)置的芯層、中間層和工作層，所述芯層的材料為球墨鑄鐵，所述中間層的材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成：c?1.1％-1.3％，si?1％-2％，cr?2.5％-4％，mn?0.1％-0.3％，mo?1.6％-2.5％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)，所述工作層的材料為高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵由以下質(zhì)量百分比的成分組成：c?2.5％-2.9％，si?0.3％-0.8％，cr?12％-22％，mn?0.7％-1.4％，mo?0.8％-1.5％，ni1.0％-1.5％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。所述高鉻鑄鐵軋輥的生產(chǎn)方法包括以下步驟s1、熔煉；s2、三層復(fù)合澆注；s3、熱處理。通過上述技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用復(fù)合澆注工藝生產(chǎn)的高鉻鑄鐵軋輥整體強(qiáng)度低的問題。中國發(fā)明專利cn112605388a還公開了一種高鉻鑄鐵合金復(fù)合軋輥制備方法，包括以下步驟：s1、制備高鉻鑄鐵合金粉末，所述高鉻鑄鐵合金粉末包括：c為3.0％～3.8％、si為0.5％～1.2％、mn為0.3％～0.8％、cr為18.0％～28.0％、mo為1.0％～3.0％、v為2.0％～9.0％、w為0.2％～2.0％、余量為fe，cr與c的比大于等于3.5；s2、采用低碳鋼制備包套；s3、將高鉻鑄鐵合金粉末填滿包套內(nèi)的空腔；s4、對(duì)帶有高鉻鑄鐵合金粉末的包套進(jìn)行抽真空；s5、采用電子束焊接以密封抽除氣體后的包套；s6、將密封后的包套進(jìn)行熱等靜壓處理，形成復(fù)合輥套半成品；s7、將復(fù)合輥套半成品進(jìn)行熱處理；s8、采用車削加工去除復(fù)合輥套半成品外表面的包套，以露出高鉻鑄鐵合金層，獲得復(fù)合輥套；s9、將復(fù)合輥套與輥軸進(jìn)行裝配。該發(fā)明的高鉻鑄鐵合金復(fù)合軋輥的制備方法，復(fù)合輥套外層為高耐磨性和高紅硬性的高鉻鑄鐵合金，內(nèi)層為韌性好的低碳鋼，外硬內(nèi)韌，有利于提高復(fù)合輥套的耐磨性和安全性。中國發(fā)明專利cn111394645a還公開了一種高鉻鑄鐵軋輥及其制備方法，所述高鉻鑄鐵軋輥包括由內(nèi)至外依次排布的芯部、中間層和工作層，所述工作層各合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：c：2.5～3.3％，si：0.6～1.0％，mn：0.8～1.5％，cr：12～18％，ni：1.0～2.0％，mo：1.0～2.0％，v：1.0～2.0％，p：＜0.05％，s：＜0.05％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明所述的高鉻鑄鐵軋輥的工作層可具有較高硬度，能提高軋材質(zhì)量，降低軋輥消耗。中國發(fā)明專利cn109261925a還公開了一種高鉻鑄鐵軋輥，包括高鉻鑄鐵工作層和球墨鑄鐵輥芯，工作層的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為：c：2.1～2.9％、si：0.4～0.8％、mn：0.5～0.8％、cr：15～20％、ni：0.5～2％、mo：0.5～2％、v：0～0.4％、cu：0.2～0.8％、re:0.01～0.03％、p：≤0.15％、s：≤0.15％，余量為鐵。制備時(shí)采用復(fù)合離心方法鑄造，將鑄造得到的成型軋輥在其工作層表面溫度為800～850℃時(shí)脫模，空冷到200℃～300℃，然后保溫5～10h，再以9～12℃/h的速度升溫至950～980℃，保溫30～60min，淬火，再升溫至280～300℃回火，保溫8～10h，得到高鉻鑄鐵軋輥。但是，普通高鉻鑄鐵軋輥中碳化物數(shù)量過多，且碳化物尺寸粗大，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性低，在棒線材軋機(jī)的切分機(jī)架上使用，普通高鉻鑄鐵軋輥易發(fā)生剝落和開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋鋼生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)半鋼軋輥存在硬度低和耐磨性較差，鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥中碳化物是m3c型，硬度低，且呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性偏低，高鉻鑄鋼軋輥中碳化物數(shù)量少和耐磨性較差，高速鋼軋輥含有較多價(jià)格昂貴的釩、鈮、鈷等合金元素，生產(chǎn)成本高，市場競爭力差，以及普通高鉻鑄鐵軋輥中碳化物數(shù)量過多，且碳化物尺寸粗大，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性低，在棒線材軋機(jī)的切分機(jī)架上使用，普通高鉻鑄鐵軋輥易發(fā)生剝落和開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋鋼生產(chǎn)線的正常運(yùn)行的難題，本發(fā)明提出在高鉻鑄鐵軋輥中，加入少量氮和適量鈦元素，通過調(diào)控tin和tic的凝固和析出過程，實(shí)現(xiàn)m7c3型碳化物的細(xì)化和分布均勻化，從而提高高鉻鑄鐵軋輥的強(qiáng)度和韌性，在此基礎(chǔ)上加入微量硼元素，進(jìn)一步提高高鉻鑄鐵軋輥的淬硬性、淬透性和耐磨性。

2、一種高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥制造方法，其特征在于，所述高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥由高鉻鑄鐵外層和球墨鑄鐵輥芯離心復(fù)合而成，具體制備工藝步驟是：

3、①分別使用兩臺(tái)酸性中頻感應(yīng)電爐熔煉外層高鉻鑄鐵鐵水和輥芯球墨鑄鐵鐵水；高鉻鑄鐵鐵水的冶煉過程是：先往酸性中頻感應(yīng)電爐中加入廢鋼和增碳劑，鐵水熔清后再加入鉻鐵、氮化鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵調(diào)整鐵液成分；然后將鐵水升溫至1566-1579℃，依次加入金屬鋁和鈦鐵，并將爐內(nèi)鐵水的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.47-2.63％c,18.65-18.98％cr,0.77-0.94％mo,0.58-0.73％w,0.67-0.86％si,1.24-1.37％mn,0.13-0.17％n,0.32-0.37％al,0.35-0.44％ti,<0.040％s,<0.045％p,其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；當(dāng)爐內(nèi)鐵水溫度降至1517-1532℃時(shí)，將鐵水出爐至澆包，并在鐵水出爐過程中，隨鐵水流加入經(jīng)850-900℃預(yù)熱120-150分鐘的鈦鐵顆粒和硼鐵顆粒，鈦鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4％，硼鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.35-0.37％，鈦鐵顆粒和硼鐵顆粒的尺寸為2-4mm；在澆包底部預(yù)先加入了銅鎂合金和稀土硅鐵合金，銅鎂合金和稀土硅鐵合金加入量分別占加入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.35-0.38％和0.10-12％，銅鎂合金和稀土硅鐵合金的尺寸為5-8mm；鐵水全部進(jìn)入澆包后，往澆包內(nèi)撒入適量保溫聚渣劑覆蓋，并鎮(zhèn)靜4-5分鐘后扒渣，獲得高鉻鑄鐵鐵水，當(dāng)溫度降至1426-1433℃時(shí)澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)；

4、②輥芯球墨鑄鐵鐵水的冶煉過程是先將廢鑄鐵、廢球鐵、廢鋼和增碳劑在另一臺(tái)酸性中頻感應(yīng)電爐中混合加熱熔化，鐵水熔清后加入金屬銅，將鐵水升溫至1450℃以上，加入硅鐵、錳鐵和鈦鐵，并將爐內(nèi)鐵水的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3.13-3.38％c,0.91-1.07％si,0.41-0.48％cu,0.05-0.09％ti,0.32-0.49％mn,<0.25％cr,≤0.20％ni,≤0.20％mo,≤0.070％p,≤0.035％s,其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；鐵水出爐溫度控制在1482-1497℃，并在鐵水出爐過程中，隨鐵水流加入經(jīng)650-720℃預(yù)熱90-110分鐘的硅鐵顆粒，硅鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.7-0.8％，硅鐵顆粒尺寸6-15mm；在澆包底部預(yù)先加入了稀土鎂硅鐵合金，稀土鎂硅鐵合金加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.40-1.50％；稀土鎂硅鐵合金尺寸6-12mm；澆包內(nèi)的鐵水經(jīng)扒渣、靜置后，獲得球墨鑄鐵鐵水，當(dāng)溫度降至1318～1327℃時(shí)澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)；

5、③將步驟①中獲得的溫度1426-1433℃的高鉻鑄鐵鐵水澆入立式離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速950-1050rpm；高鉻鑄鐵外層厚度40-60mm；外層鐵水澆注完畢后，再加入在150-180℃烘干了2.0-2.5小時(shí)的“o”型玻璃渣，“o”型玻璃渣按每平方米的高鉻鑄鐵外層內(nèi)表面積加入1.1-1.2kg的量(即1.1-1.2kg/m2)計(jì)；當(dāng)外層鐵水澆注6-8分鐘后，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速降至750-800rpm；用遠(yuǎn)紅外測溫儀測外層內(nèi)表面溫度，內(nèi)表面溫度為1280～1300℃時(shí)，將鑄型轉(zhuǎn)速降至600-650rpm，并澆注步驟②獲得的溫度1318～1327℃的球墨鑄鐵鐵水；球墨鑄鐵鐵水澆注完畢28-32分鐘，離心機(jī)停機(jī)；繼續(xù)在鑄型內(nèi)冷卻3-4小時(shí)后，從鑄型內(nèi)取出軋輥；

6、④軋輥經(jīng)打磨、清砂后進(jìn)行粗加工，粗加工后的軋輥隨爐加熱至980-1010℃，保溫3-3.5小時(shí)，出爐噴霧冷卻至輥面溫度為380-450℃，繼續(xù)入爐加熱至530-560℃，保溫12-14小時(shí)，爐冷至溫度低于160℃，出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥。

7、如上所述鈦鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：68.64-71.28％ti,<0.5％al,<0.10％si,<0.20％mn,<0.20％c,<0.03％p,<0.03％s,<0.50％v,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

8、如上所述硼鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.54-20.76％b,≤0.5％c,≤2％si,≤0.5％al,≤0.01％s,≤0.1％p,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

9、如上所述銅鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：94-95％cu,5-6％mg，兩者之和100％。

10、如上所述稀土硅鐵合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：36.45-37.81％re,44.06-46.50％si,<2.0％ba,<2.0％ca,<1.5％al,<0.3％ti,<0.5％mn,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

11、如上所述硅鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：74.82-76.17％si,≤1.0％al,≤1.0％ca,≤0.5％mn,≤0.5％cr,≤0.04％p,≤0.02％s,≤0.20％c,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

12、如上所述稀土鎂硅鐵合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：6.36～7.81％re,7.24～8.68％mg,38.17～42.05％si,≤1％ti,≤1％al,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

13、本發(fā)明主要是在確保軋輥具有高耐磨性前提下，還要有優(yōu)異的強(qiáng)韌性，確保軋輥在棒線軋機(jī)的切分機(jī)架上使用，不開裂、不剝落。本發(fā)明在分析半鋼軋輥存在硬度低和耐磨性較差，鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥中碳化物是m3c型，硬度低，且呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性偏低，高鉻鑄鋼軋輥中碳化物數(shù)量少和耐磨性較差，高速鋼軋輥含有較多價(jià)格昂貴的釩、鈮、鈷等合金元素，生產(chǎn)成本高，市場競爭力差的基礎(chǔ)上，提出使用高鉻鑄鐵制造軋輥。cr含量大于12％的高鉻白口鑄鐵共晶碳化物為六方晶系的(cr,fe)7c3(簡稱m7c3)，其顯微硬度為1400-1800hv，比一般白口鑄鐵的共晶碳化物fe3c(840-1100hv)高，同時(shí)凝固特性發(fā)生變化，凝固時(shí)(cr,fe)7c3是孤立相，而奧氏體是連續(xù)相，因而韌性較普通白口鑄鐵大有改善，因此是抗磨粒磨損和抗切削磨損的首選材料。主要用于中低沖擊負(fù)荷工況條件的襯板、錘頭、磨球、渣漿泵過流部件等大中型磨損件。也用做板帶軋機(jī)的軋輥，表現(xiàn)出優(yōu)異的使用效果。普通高鉻鑄鐵軋輥中碳化物數(shù)量過多，且碳化物尺寸粗大，導(dǎo)致軋輥強(qiáng)韌性低，在棒線材軋機(jī)的切分機(jī)架上使用，普通高鉻鑄鐵軋輥易發(fā)生剝落和開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋鋼生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。本發(fā)明提出在高鉻鑄鐵軋輥中，加入少量氮和適量鈦元素，通過調(diào)控tin和tic的凝固和析出過程，實(shí)現(xiàn)m7c3型碳化物的細(xì)化和分布均勻化，從而提高高鉻鑄鐵軋輥的強(qiáng)度和韌性，在此基礎(chǔ)上加入微量硼元素，進(jìn)一步提高高鉻鑄鐵軋輥的淬硬性、淬透性和耐磨性。高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥由高鉻鑄鐵外層和球墨鑄鐵輥芯離心復(fù)合而成，具體制備工藝步驟是：

14、本發(fā)明分別使用兩臺(tái)酸性中頻感應(yīng)電爐熔煉外層高鉻鑄鐵鐵水和輥芯球墨鑄鐵鐵水，用中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵水，操作工藝簡便，鑄鐵成分容易調(diào)整。此外酸性爐襯價(jià)格低廉，適合熔煉高鉻鑄鐵鐵水和球墨鑄鐵鐵水。高鉻鑄鐵鐵水的冶煉過程是：先往酸性中頻感應(yīng)電爐中加入廢鋼和增碳劑，鐵水熔清后再加入鉻鐵、氮化鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵調(diào)整鐵液成分；然后將鐵水升溫至1566-1579℃，依次加入金屬鋁和鈦鐵，并將爐內(nèi)鐵水的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.47-2.63％c,18.65-18.98％cr,0.77-0.94％mo,0.58-0.73％w,0.67-0.86％si,1.24-1.37％mn,0.13-0.17％n,0.32-0.37％al,0.35-0.44％ti,<0.040％s,<0.045％p,其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明高鉻鑄鐵屬亞共晶成分，初生相是奧氏體相。碳和鉻的主要作用是保證鑄鐵中碳化物的數(shù)量和形態(tài)。隨著c含量提高，碳化物增多；隨著cr/c比的增加，共晶碳化物的形貌經(jīng)歷了由連續(xù)網(wǎng)狀、片狀、桿狀連續(xù)程度減小的過程，共晶碳化物晶格類型經(jīng)歷由m3c→m3c+m7c3→m7c3的變化過程。當(dāng)共晶碳化物不變，且鉻碳比(cr/c)大于7時(shí)，高鉻鑄鐵的斷裂韌性和抗拉強(qiáng)度明顯提升，亦即此時(shí)抗裂紋擴(kuò)展能力最強(qiáng)。根據(jù)這些原理，本發(fā)明將c的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為2.47-2.63％c，cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為18.65-18.98％?；w中的cr還可以提高材料的淬透性。本發(fā)明的鉻碳比(cr/c)高，大于7，確保高鉻鑄鐵中的碳化物是硬度高的m7c3型碳化物，且具有高的斷裂韌性。本發(fā)明高鉻鑄鐵中含有0.13-0.17％n和0.35-0.44％ti，在高溫下可以析出細(xì)小的高熔點(diǎn)tin顆粒，高熔點(diǎn)tin顆粒可以作為初生奧氏體結(jié)晶核心和tic結(jié)晶核心，促進(jìn)初生奧氏體的細(xì)化和tic的細(xì)化。

15、本發(fā)明當(dāng)爐內(nèi)鐵水溫度降至1517-1532℃時(shí)，已有大量細(xì)小的高熔點(diǎn)tin顆粒析出，此時(shí)將鐵水出爐至澆包，并在鐵水出爐過程中，隨鐵水流加入經(jīng)850-900℃預(yù)熱120-150分鐘的鈦鐵顆粒(所述鈦鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：68.64-71.28％ti,<0.5％al,<0.10％si,<0.20％mn,<0.20％c,<0.03％p,<0.03％s,<0.50％v,余量為fe和不可避免的雜質(zhì))和硼鐵顆粒(所述硼鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.54-20.76％b,≤0.5％c,≤2％si,≤0.5％al,≤0.01％s,≤0.1％p,余量為fe和不可避免的雜質(zhì))，鈦鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4％，硼鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.35-0.37％，鈦鐵顆粒和硼鐵顆粒的尺寸為2-4mm。加入鈦鐵顆粒主要是為了在高鉻鑄鐵中，以高熔點(diǎn)tin顆粒為凝固核心，促進(jìn)生成大量高硬度的細(xì)小tic顆粒，分布于高鉻鑄鐵中，提升高鉻鑄鐵硬度和耐磨性。加入硼鐵顆粒是利用硼元素固溶于高鉻鑄鐵基體中，提升基體的淬硬性和淬透性，促進(jìn)高鉻鑄鐵耐磨性的顯著提升。加入0.32-0.37％al、0.77-0.94％mo和0.58-0.73％w，可以提高高鉻鑄鐵的回火穩(wěn)定性和高溫耐磨性。鋁脫氧作用強(qiáng)，易與鐵水中的氧和氮生成高熔點(diǎn)氧化鋁和氮化鋁，彌散分布于鐵水中形成大量結(jié)晶核心。由于奧氏體先行析出，不但細(xì)化了奧氏體晶粒，同時(shí)也阻止了后來的共晶碳化物長大和連續(xù)，所有這一切為提高鑄鐵韌性創(chuàng)造了條件。

16、本發(fā)明還在澆包底部預(yù)先加入了銅鎂合金(所述銅鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：94-95％cu,5-6％mg)和稀土硅鐵合金(所述稀土硅鐵合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：36.45-37.81％re,44.06-46.50％si,<2.0％ba,<2.0％ca,<1.5％al,<0.3％ti,<0.5％mn,余量為fe和不可避免的雜質(zhì))，銅鎂合金和稀土硅鐵合金加入量分別占加入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.35-0.38％和0.10-12％，銅鎂合金和稀土硅鐵合金的尺寸為5-8mm。鐵水全部進(jìn)入澆包后，往澆包內(nèi)撒入適量保溫聚渣劑覆蓋，并鎮(zhèn)靜4-5分鐘后扒渣，獲得高鉻鑄鐵鐵水，當(dāng)溫度降至1426-1433℃時(shí)澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)。稀土元素的特點(diǎn)是熔點(diǎn)低，原子半徑大，在高鉻鑄鐵中是強(qiáng)過冷元素，同時(shí)又是非碳化物形成元素。因此，在凝固過程中就會(huì)通過溶質(zhì)再分配而富集在初生奧氏體結(jié)晶前沿熔體中，造成成分過冷，使初生奧氏體枝晶細(xì)化。稀土元素在生長的共晶碳化物上吸附，促使共晶過冷度加大和共晶凝固范圍增大，導(dǎo)致共晶碳化物形成大量形核。偏聚在共晶碳化物擇優(yōu)長大方向成長前沿熔體上的稀土元素，阻止熔體中鐵、鉻、碳原子正常進(jìn)入共晶碳化物晶體中，降低了共晶領(lǐng)先相碳化物擇優(yōu)長大方向上的長大速度，導(dǎo)致碳化物的分散化，從而促使碳化物均勻分布。正是由于碳化物形貌的改善，使脆性斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展路徑受到阻礙，因而可以提高高鉻鑄鐵沖擊韌性和抗拉強(qiáng)度。

17、本發(fā)明軋輥輥芯材質(zhì)為高強(qiáng)韌性球墨鑄鐵，輥芯球墨鑄鐵鐵水的冶煉過程是先將廢鑄鐵、廢球鐵、廢鋼和增碳劑在另一臺(tái)酸性中頻感應(yīng)電爐中混合加熱熔化，鐵水熔清后加入金屬銅，將鐵水升溫至1450℃以上，加入硅鐵、錳鐵和鈦鐵，并將爐內(nèi)鐵水的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3.13-3.38％c,0.91-1.07％si,0.41-0.48％cu,0.05-0.09％ti,0.32-0.49％mn,<0.25％cr,≤0.20％ni,≤0.20％mo,≤0.070％p,≤0.035％s,其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明球墨鑄鐵中含有0.41-0.48％cu，可以提高球墨鑄鐵強(qiáng)度。加入0.05-0.09％ti，可以顯著細(xì)化球墨鑄鐵凝固組織，提升球墨鑄鐵強(qiáng)度和韌性。鉻、鎳、鉬等元素是從廢鑄鐵、廢球鐵和廢鋼中帶入的，嚴(yán)格控制帶入量，特別是鉻元素的大量帶入會(huì)惡化石墨形狀，損害球墨鑄鐵力學(xué)性能。本發(fā)明鐵水出爐溫度控制在1482-1497℃，并在鐵水出爐過程中，隨鐵水流加入經(jīng)650-720℃預(yù)熱90-110分鐘的硅鐵顆粒(所述硅鐵顆粒的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：74.82-76.17％si,≤1.0％al,≤1.0％ca,≤0.5％mn,≤0.5％cr,≤0.04％p,≤0.02％s,≤0.20％c,余量為fe和不可避免的雜質(zhì))，硅鐵顆粒加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.7-0.8％，硅鐵顆粒尺寸6-15mm。硅鐵顆粒主要起孕育作用，有利于石墨球尺寸的細(xì)化。本發(fā)明還在澆包底部預(yù)先加入了稀土鎂硅鐵合金(所述稀土鎂硅鐵合金的化學(xué)組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：6.36～7.81％re,7.24～8.68％mg,38.17～42.05％si,≤1％ti,≤1％al,余量為fe和不可避免的雜質(zhì))，采用稀土鎂硅鐵合金球化劑可以提高抗石墨球化衰退能力。稀土鎂硅鐵合金加入量占進(jìn)入澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.40-1.50％；稀土鎂硅鐵合金尺寸6-12mm；澆包內(nèi)的鐵水經(jīng)扒渣、靜置后，獲得球墨鑄鐵鐵水，當(dāng)溫度降至1318～1327℃時(shí)澆入離心機(jī)上的鑄型內(nèi)；

18、本發(fā)明繼續(xù)將先前熔煉獲得的溫度1426-1433℃的高鉻鑄鐵鐵水澆入立式離心機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速950-1050rpm；高鉻鑄鐵外層厚度40-60mm；外層鐵水澆注完畢后，再加入在150-180℃烘干了2.0-2.5小時(shí)的“o”型玻璃渣，“o”型玻璃渣按每平方米的高鉻鑄鐵外層內(nèi)表面積加入1.1-1.2kg的量(1.1-1.2kg/m2)計(jì)。加入“o”型玻璃渣，可以防止鐵水的氧化，改善外層高鉻鑄鐵和輥芯球墨鑄鐵的冶金結(jié)合效果，提高結(jié)合層強(qiáng)度。當(dāng)外層鐵水澆注6-8分鐘后，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速降至750-800rpm。用遠(yuǎn)紅外測溫儀測外層內(nèi)表面溫度，內(nèi)表面溫度為1280～1300℃時(shí)，將鑄型轉(zhuǎn)速降至600-650rpm，并澆注先前獲得的溫度1318～1327℃的球墨鑄鐵鐵水。本發(fā)明在離心旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下澆注輥芯球墨鑄鐵鐵水，可以實(shí)現(xiàn)外層和輥芯良好的冶金結(jié)合，且過渡層厚度可控制在5-8mm內(nèi)，確保了軋輥結(jié)合牢靠，輥芯鉻含量低。確保了輥芯球鐵具有高強(qiáng)度和高韌性。球墨鑄鐵鐵水澆注完畢28-32分鐘，離心機(jī)停機(jī)；繼續(xù)在鑄型內(nèi)冷卻3-4小時(shí)后，從鑄型內(nèi)取出軋輥。

19、本發(fā)明軋輥經(jīng)打磨、清砂后進(jìn)行粗加工，粗加工后的軋輥隨爐加熱至980-1010℃，保溫3-3.5小時(shí)，出爐噴霧冷卻至輥面溫度為380-450℃。噴霧冷卻指的是用具有一定壓力的空氣將水霧化成霧流對(duì)軋輥表面進(jìn)行的在線控制冷卻。其冷速高于風(fēng)冷，低于水冷，確保軋輥淬火后獲得高硬度的馬氏體基體，具有良好的耐磨性。本發(fā)明繼續(xù)入爐加熱至530-560℃，保溫12-14小時(shí)，爐冷至溫度低于160℃，出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得高強(qiáng)韌高鉻鑄鐵軋輥。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

21、(1)本發(fā)明通過調(diào)整軋輥的成分配比并采用復(fù)合層的結(jié)構(gòu)，有效提高軋輥的力學(xué)性能，軋輥外層硬度大于82hsd，抗拉強(qiáng)度大于830mpa，沖擊韌性大于10j/cm2，輥芯抗拉強(qiáng)度大于650mpa，延伸率大于8％。

22、(2)本發(fā)明軋輥外層高鉻鑄鐵和輥芯球墨鑄鐵實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，外層高鉻鑄鐵和輥芯球墨鑄鐵之間形成的過渡層厚度可控制在5-8mm內(nèi)，確保了軋輥結(jié)合牢靠；輥芯鉻含量低，確保了輥芯球鐵具有高強(qiáng)度和高韌性。

23、(3)本發(fā)明軋輥硬度高，硬度均勻性好，具有優(yōu)異的耐磨性能和良好的抗熱疲勞性能，在棒線材軋機(jī)的切分機(jī)架使用，其使用壽命比傳統(tǒng)的貝氏體球鐵軋輥提高70-90％，生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)的貝氏體球鐵軋輥降低20％以上。

24、(4)本發(fā)明的高鉻鑄鐵軋輥能夠改善軋輥的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，可提高其使用壽命，還可降低軋輥的成本。使用本發(fā)明軋輥可以顯著提高軋鋼機(jī)作業(yè)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低軋材生產(chǎn)成本，改善軋材表面質(zhì)量，推廣應(yīng)用具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。