一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法转让专利
申请号 : CN201210099488.9
文献号 : CN102634733B
文献日 : 2013-07-31
发明人 : 符寒光 , 邢建东 , 雷永平 , 蒋业华 , 周荣 , 郭红星 , 岑启宏
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法，属于轧辊制造技术领域。辊身采用含硼高速钢，辊心采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造，实现冶金结合。辊身在高钨高速钢基础上，降低铬含量，并加入硼元素，适量的钾、钠、钙、钡、锌、镁、镧和铈等微合金元素。辊身在加热炉内加热并保温后置控冷装置中，辊颈涂有绝热材料并置控冷装置外，按喷雾淬火工艺1喷雾冷却，然后再按喷雾淬火工艺2喷雾冷却至温度低于160℃，自然空冷，当辊面温度回升至300℃以上时，重新按喷雾淬火工艺2喷雾冷却，如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，空冷至室温。本发明辊面硬度高，辊面硬度均匀性好，轧辊耐磨性好，使用寿命长。
权利要求 :
1.一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊，其特征在于，含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心和辊颈采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合，辊身含硼高速钢的具体成分及质量分数％如下：0.80～0.95C,1.20～
1.35B,2.50 ～ 2.70Cr,0.60 ～ 0.80V,12.50 ～ 12.80W,1.60 ～ 1.80Mo,0.03 ～
0.05K,0.03 ～ 0.05Na,0.04 ～ 0.06Ce,0.04 ～ 0.06La,0.025 ～ 0.035Ca,0.025 ～
0.035Ba,0.12～0.15Mg,0.04～0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中
0.06
2.权利要求1所述的一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心和辊颈采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合；
（2）、首先将含硼高速钢复合轧辊在加热炉内加热至1060～1080℃，经保温4～6h后置于控冷装置中，并使轧辊冷却过程中以15～20rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈表面涂覆隔热材料，且辊颈置于控冷装置以外；
（3）、含硼高速钢复合轧辊在控冷装置中，先按喷雾淬火工艺1喷雾冷却5～6分钟，喷3
雾淬火工艺1的参数：P空气=0.12～0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h；
然后按喷雾淬火工艺2，继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，喷雾淬火工艺2的参数：P3
空气=0.45～0.55MPa，P水=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～0.45m/h，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷；
（4）、含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷；如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却，辊面空冷至室温后进行精加工。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，隔热材料的厚度在2-4mm，导热系数小于
0.08W/m.k。
说明书 :
一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明为一种高速钢复合轧辊制造方法，特别涉及一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法，属于轧辊制造技术领域。
背景技术
[0002] 现代冶金工业生产是集采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢和轧钢为一体的系统工程，轧钢是这一系统工程的最后一个环节，绝大多数冶金产品要经过轧制过程才能进入市场。而轧辊又是轧制过程中最重要的生产工具，轧辊的质量好坏直接影响着冶金产品的产量和质量，一个国家的轧辊制造技术的高低直接反映了该国冶金工业水平的高低。现代冶金轧辊从材质和制造工艺的发展上经历了几个重要过程：轧辊材质从单一的白口铸铁、球墨铸铁、铸钢逐渐发展到复合轧辊用高镍铬铸铁、高铬铸铁直至最新发展的铸造高速钢；制造工艺也从普通整体铸造工艺发展到复合铸造工艺（即轧辊辊面用一种材料，辊芯用另一种材料，二者之间冶金结合），复合铸造工艺从静态浇注法（即溢流法或冲洗法）发展到离心铸造法直至目前最先进的连续浇铸复合铸造法（即CPC法）轧辊制造技术。但是，国内轧辊因热处理技术落后，其辊面硬度不均匀性达到8HSD左右，较国际先进水平超高4～6HSD，辊面硬度不均匀导致轧辊加工困难，且耐磨性、抗热疲劳、抗裂纹和抗断裂性差，轧辊使用寿命短。
[0003] 为了提高轧辊性能，中国发明专利CN101215628公开了高速钢复合轧辊热处理方法属于轧钢技术领域。本发明首先将轧辊进行退火处理，退火温度：870-890℃，保温时间：6-10小时。再在50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280-350℃，预热保温时间6-10小时。淬火加热时，轧辊需要旋转和沿轴向垂直下移。轧辊加热后快速水冷，然后在520-560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4-6小时，随后空冷。再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6-8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷。上述热处理方法存在操作麻烦和淬硬层较浅等不足。
中国发明专利CN1129617还公开了一种复合轧辊的制造方法，其特征是在一种电渣熔铸装置上，采用电渣熔铸方法制造复合轧辊。以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器，以需复合的轧辊外套层材料为电渣熔铸的自耗电极。该装置外结晶器的内径和连体双Ｕ形坩埚金属液出口的直径等于需复合的复合轧辊的外径；自耗电极的熔化速率控制在100～
1000kg/h。自耗电极可为1根或两根以上。该方法可使复合轧辊获得较窄的过度层和良好的复合性能。上述方法存在效率低和能耗高等不足。中国发明专利CN1082950还公开了复合轧辊和其生产方法，其特征是用优良耐磨性和抗表面变粗糙性坚硬高合金铸钢或铸铁制造的外壳部分和用坚韧铸铁或铸钢制造的芯部的复合轧辊，外壳部分铸铁的构成以重量计
1．0—3．0％Ｃ，2．0％或更低的Ｓｉ，2．0％或更低的Ｍｎ，2．0—15．0％的Ｃｒ，10．
0％或更低的Ｍｏ，2．0—8．0％的Ｖ，其余是Ｆｅ和不可避免的杂质，从外壳表面至50毫米深度范围内，由分析确定，金属结构基体的晶粒平均直径100μｍ或更小，而且满足公式ｍ2≤1．2ｍ1，式中ｍ1是外壳表面晶粒平均直径，ｍ2是50毫米深度处晶粒平均直径，该复合轧辊是用离心铸造方法造出来的，轧辊采用普通离心铸造方法生产，偏析严重，硬度均匀性较差。中国发明专利CN1631565高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用韧性较好的低合金钢或中碳钢材料制作，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为：C：1.8-3.5％、V：7-12％、Cr：4-5％、Mo：2-4％、Ni：0.5-1.5％，余量为铁。其生产工艺为：辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热顺序凝固结晶方法复合熔铸为一体，上述方法存在钒含量过高，轧辊磨削性能差的不足。
中国发明专利CN1129617还公开了一种复合轧辊的制造方法，其特征是在一种电渣熔铸装置上，采用电渣熔铸方法制造复合轧辊。以预先制造好的辊芯为电渣熔铸的内结晶器，以需复合的轧辊外套层材料为电渣熔铸的自耗电极。该装置外结晶器的内径和连体双Ｕ形坩埚金属液出口的直径等于需复合的复合轧辊的外径；自耗电极的熔化速率控制在100～
1000kg/h。自耗电极可为1根或两根以上。该方法可使复合轧辊获得较窄的过度层和良好的复合性能。上述方法存在效率低和能耗高等不足。中国发明专利CN1082950还公开了复合轧辊和其生产方法，其特征是用优良耐磨性和抗表面变粗糙性坚硬高合金铸钢或铸铁制造的外壳部分和用坚韧铸铁或铸钢制造的芯部的复合轧辊，外壳部分铸铁的构成以重量计
1．0—3．0％Ｃ，2．0％或更低的Ｓｉ，2．0％或更低的Ｍｎ，2．0—15．0％的Ｃｒ，10．
0％或更低的Ｍｏ，2．0—8．0％的Ｖ，其余是Ｆｅ和不可避免的杂质，从外壳表面至50毫米深度范围内，由分析确定，金属结构基体的晶粒平均直径100μｍ或更小，而且满足公式ｍ2≤1．2ｍ1，式中ｍ1是外壳表面晶粒平均直径，ｍ2是50毫米深度处晶粒平均直径，该复合轧辊是用离心铸造方法造出来的，轧辊采用普通离心铸造方法生产，偏析严重，硬度均匀性较差。中国发明专利CN1631565高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，辊芯采用韧性较好的低合金钢或中碳钢材料制作，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为：C：1.8-3.5％、V：7-12％、Cr：4-5％、Mo：2-4％、Ni：0.5-1.5％，余量为铁。其生产工艺为：辊芯与轧辊耐磨层通过感应加热顺序凝固结晶方法复合熔铸为一体，上述方法存在钒含量过高，轧辊磨削性能差的不足。
[0004] 为了提高轧辊辊面硬度均匀性，中国专利CN2545213公开了轧辊幕帘式喷水环冷却装置，其技术措施：主要由喷水环体(1)、进水口(2)、喷水环体(1)内的贮水仓(3)、工件孔(4)及喷水口(5)组成，其特征在于喷水环体(1)分为喷水环盖(6)及喷水环下体(7)两部分，喷水环盖(6)及喷水环下体(7)两者之间的喷水口(5)为环状缝隙式。本实用新型的优点在于能使其表面冷却均匀且硬度质量高、无软点、淬火透彻、不易产生变形。但该设备结构复杂，直接用于复合轧辊的淬火冷却操作麻烦。郭峰等人（郭峰，刘时雨，赵溪泉.开槽轧辊整体差温加热喷雾淬火工艺的改进.大型铸锻件，2002年第3期：22～25页）还研究了开槽轧辊整体差温加热喷雾淬火工艺，研究发现，开槽轧辊在加热后喷雾时，两侧外端角崩边，导致报废，研制了附具对端角进行保护，喷雾时将附具放置在辊身端角处，有效地避免了雾水直接喷射到工件端角处，防止了水雾对工件端角冷却过激和端角崩边现象的出现，但存在操作麻烦的不足。中国发明专利CN 1221036还公开了一种轧辊、矫直辊表面淬火方法及淬火设备。所说的淬火设备包括机床、氩弧焊机、喷水嘴组成，所述的轧辊、矫直辊表面淬火方法是，轧辊、矫直辊以一定圆周速度旋转，而氩弧焊炬以配合好的速度沿轧辊、矫直辊轴向运动，喷水嘴固定在焊炬下面。氩气保护电弧燃烧，对轧辊、矫直辊表面进行加热，同时喷水嘴对已加热的轧辊、矫直辊喷水冷却淬火。但是，此方法需要氩气保护电弧燃烧，轧辊表面温度均匀性较差，轧辊辊面硬度均匀性也不高。中国专利CN1321780A还公开了一种冷轧辊卧式喷水淬火装置。该装置由主喷水器、副喷水器、工件支承及驱动系统以及水泵等组成，是一种半环敞开型卧式喷水冷却装置。将冷轧辊整体加热到淬火温度后直接置于本装置中，在不断旋转的同时受到高压均匀喷水冷却。无需对工件采取局部绝热或屏蔽措施，操作方便。本装置可在一定范围内调节喷水冷却区域尺寸及冷速。淬火硬度高而且均匀；硬化层深度大。但是，在轧辊淬火冷却过程中，先将冷轧辊整体加热到淬火温度，然后置于卧式喷水淬火装置中，轧辊在不断旋转的同时受到高压均匀喷水冷却，且不对工件（即轧辊）采取局部绝热或屏蔽措施，导致轧辊辊颈基体组织中易出现高硬度的马氏体，辊颈硬度明显提高，韧性下降。因此，轧辊在使用过程中，将加剧支承轧辊的轴承磨损，降低轧钢机作业率，增加轧钢成本。另外，辊颈韧性的下降，导致轧辊使用中易出现断辊事故，影响轧钢的正常生产。此外，在轧辊淬火冷却过程中，直接喷水冷却，因冷却速度过快，而轧辊中碳和合金元素含量较高，轧辊极易出现淬火裂纹。在机械工业出版社出版的《热处理手册》第三版第2卷第288页和289页上，也介绍了冷轧工作辊的淬火和回火。手册中提到了冷轧辊加热前辊颈要进行绝热，辊身表面要涂防氧化脱碳剂，加热结束后，先将软管与导管连接好，消除辊身表面的氧化皮，然后立即投入水槽中的激冷圈内进行淬冷。但是《热处理手册》中介绍的轧辊淬火热处理方法，部分辊颈仍暴露在淬火激冷圈内，为了防止辊颈冷却过快，出现硬度偏高和韧性下降现象，辊颈除了涂绝热材料外，需要添加绝热罩，结构复杂，操作麻烦，工人劳动强度大。
[0005] 中国发明专利CN100485075C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％。其热处理工艺包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度
1000℃～1050℃，保温时间2～4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10～20分钟，随后强制风冷20～40分钟，空冷至辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度<80℃/h，回火加热温度520℃～560℃，保温5～8小时后空冷，当辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度<120℃/h，回火加热温度500℃～540℃，保温8～12小时后炉冷，当炉温低于200℃后出炉，并精加工至规定尺寸。其最大的不足是，轧辊冷却过程中，不仅辊面快速冷却，轧辊辊颈也同样快速冷却，辊颈基体组织中易出现高硬度的马氏体，使辊颈硬度明显提高，韧性下降，导致轧辊使用过程中，加剧支承轧辊的轴承磨损，降低轧钢机作业率，增加轧钢成本。另外，辊颈韧性的下降，导致轧辊使用中易出现断辊事故，影响轧钢的正常生产。中国发明专利CN101760603A公开了一种辊面硬度均匀性好的复合轧辊的制造方法，其特征在于复合轧辊首先在加热炉内加热至临界点AC1以上80～150℃，经保温后置于控冷装置中，先喷雾冷却5～15分钟，然后气冷20～60分钟，最后空冷至辊面温度低于300℃时入炉进行回火处理，回火加热温度450～580℃，经保温后炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。本发明轧辊辊面硬度均匀，使用寿命明显延长。
但是，该发明轧辊在淬火冷却后，还要进行回火处理，周期长，效率低。
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％。其热处理工艺包括高温淬火和回火处理，淬火加热温度
1000℃～1050℃，保温时间2～4小时。淬火冷却时，先喷雾冷却10～20分钟，随后强制风冷20～40分钟，空冷至辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度<80℃/h，回火加热温度520℃～560℃，保温5～8小时后空冷，当辊面温度低于200℃时，入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度<120℃/h，回火加热温度500℃～540℃，保温8～12小时后炉冷，当炉温低于200℃后出炉，并精加工至规定尺寸。其最大的不足是，轧辊冷却过程中，不仅辊面快速冷却，轧辊辊颈也同样快速冷却，辊颈基体组织中易出现高硬度的马氏体，使辊颈硬度明显提高，韧性下降，导致轧辊使用过程中，加剧支承轧辊的轴承磨损，降低轧钢机作业率，增加轧钢成本。另外，辊颈韧性的下降，导致轧辊使用中易出现断辊事故，影响轧钢的正常生产。中国发明专利CN101760603A公开了一种辊面硬度均匀性好的复合轧辊的制造方法，其特征在于复合轧辊首先在加热炉内加热至临界点AC1以上80～150℃，经保温后置于控冷装置中，先喷雾冷却5～15分钟，然后气冷20～60分钟，最后空冷至辊面温度低于300℃时入炉进行回火处理，回火加热温度450～580℃，经保温后炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。本发明轧辊辊面硬度均匀，使用寿命明显延长。
但是，该发明轧辊在淬火冷却后，还要进行回火处理，周期长，效率低。
发明内容
[0006] 本发明是针对现有轧辊热处理技术存在的不足，提出了一种确保含硼高速钢复合轧辊辊面硬度均匀的轧辊热处理冷却方法，其特点是含硼高速钢复合轧辊经加热和保温后，将轧辊置于控冷装置中，并使轧辊冷却过程中以一定速度旋转，同时在轧辊辊颈表面涂覆隔热材料，且辊颈置于控冷装置以外。这样可以获得辊面硬度高且硬度均匀性好，辊颈强韧性好的复合轧辊。此外，含硼高速钢复合轧辊冷却过程中，通过测量辊面温度，调控喷雾冷却工艺参数，并利用辊心的热量，实现含硼高速钢复合轧辊的自回火，达到淬火后直接使用的目的。
[0007] 本发明可以通过以下措施来实现。
[0008] 一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊，其特征在于，含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心和辊颈采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合，辊身含硼高速钢的具体成分及质量分数％如下：0.80~0.95C,1.20~1.35B,2.50~2.70Cr,0.60~0.80V， 12.50~12.80W， 1.60~1.80Mo,0.03~0.05K,0.03~0.05Na,0.04~0.06Ce,0.04~0.06La,0.025~0.035Ca,0.025~0.035Ba,0.12~0.15Mg,0.04~0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.
60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中0.06
60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中0.06
[0009] 上述一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010] （1）含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心和辊颈采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合。
[0011] （2）、首先将含硼高速钢复合轧辊在加热炉内加热至1060～1080℃，经保温4～6h后置于控冷装置中，并使轧辊冷却过程中以15～20rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈表面涂覆隔热材料，且辊颈置于控冷装置以外。
[0012] （2）、含硼高速钢复合轧辊在控冷装置中，先按喷雾淬火工艺1喷雾冷却5～6分3
钟，喷雾淬火工艺1的参数：P空气=0.12～0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h；然后按喷雾淬火工艺2，继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，喷雾淬火工艺2的参
3
数：P空气=0.45～0.55MPa，P水=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～0.45m/h，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。
钟，喷雾淬火工艺1的参数：P空气=0.12～0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h；然后按喷雾淬火工艺2，继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，喷雾淬火工艺2的参
3
数：P空气=0.45～0.55MPa，P水=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～0.45m/h，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。
[0013] （4）、含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却，辊面空冷至室温后进行精加工。然后可在轧机上直接使用。
[0014] 本发明的原理如下：
[0015] 本发明含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合。本发明辊身含硼高速钢的具体成分（质量分 数， ％）如 下：0.80~0.95C,1.20~1.35B,2.50~2.70Cr,0.60~0.80V，12.50~12.80W，1.60~1.80Mo,0.03~0.05K,0.03~0.05Na,0.04~0.06Ce,0.04~0.06La,0.025~0.035Ca,0.02
5~0.035Ba,0.12~0.15Mg,0.04~0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中
0.06
5~0.035Ba,0.12~0.15Mg,0.04~0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中
0.06
[0016] 本发明含硼高速钢复合轧辊的热处理是首先将轧辊在加热炉内加热至1060～1080℃，保温4～6h，其目的是促使基体奥氏体化，并将部分碳硼化合物固溶于基体中，促进基体淬透性和淬硬性的改善，有利于随后冷却过程中获得高硬度的马氏体组织。此外，高温加热和保温也有利于碳硼化合物的断网和孤立分布，促进含硼高速钢复合轧辊材料强韧性的提高。轧辊经保温后置于控冷装置中，并使轧辊冷却过程中以15～20rpm的速度旋转，有利于轧辊辊面冷却均匀，对提高辊面硬度的均匀性有利。同时在轧辊辊颈表面涂覆隔热材料，且辊颈置于控冷装置以外，可确保辊颈冷却缓慢，有利于提高辊颈强韧性，防止辊颈使用中出现断裂事故。本发明轧辊隔热材料的厚度在2-4mm，导热系数小于0.08(w/m.k)。
厚度在2-4mm之间，不起皮、不开裂，超过4mm则起皮、开裂、剥落，从而得不到本发明的效果。厚度小于2mm，则隔热作用不好，辊面冷却快，硬度高。而导热系数小于0.08(w/m.k)，才能保证厚度在2-4mm时的隔热效果的性能。
厚度在2-4mm之间，不起皮、不开裂，超过4mm则起皮、开裂、剥落，从而得不到本发明的效果。厚度小于2mm，则隔热作用不好，辊面冷却快，硬度高。而导热系数小于0.08(w/m.k)，才能保证厚度在2-4mm时的隔热效果的性能。
[0017] 含硼高速钢复合轧辊在控冷装置中，先按喷雾淬火工艺参数1（P空气=0.12～3
0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h）喷雾冷却5～6分钟，含硼高速钢复合轧辊采用喷雾淬火工艺参数1喷雾冷却速度快，有利于促进奥氏体向马氏体转变，提高轧辊淬硬层深度，但是，采用喷雾淬火工艺参数1喷雾冷却时间过长，辊身内应力大，易萌生裂纹，因此，将采用喷雾淬火工艺参数1冷却的时间控制在5～6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬火工艺参数2（P空气=0.45～0.55MPa，P水=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～
3
0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷，以免因轧辊内应力过大而开裂。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，否则辊面温度过高，辊面硬度下降明显，会降低硼高速钢复合轧辊的耐磨性。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。本发明轧辊因辊心热量通过辊面排出，使辊面实现自回火，本发明轧辊在淬火后可不经回火处理而直接使用。轧辊内应力小，使用安全、可靠。
0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h）喷雾冷却5～6分钟，含硼高速钢复合轧辊采用喷雾淬火工艺参数1喷雾冷却速度快，有利于促进奥氏体向马氏体转变，提高轧辊淬硬层深度，但是，采用喷雾淬火工艺参数1喷雾冷却时间过长，辊身内应力大，易萌生裂纹，因此，将采用喷雾淬火工艺参数1冷却的时间控制在5～6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬火工艺参数2（P空气=0.45～0.55MPa，P水=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～
3
0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷，以免因轧辊内应力过大而开裂。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，否则辊面温度过高，辊面硬度下降明显，会降低硼高速钢复合轧辊的耐磨性。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。本发明轧辊因辊心热量通过辊面排出，使辊面实现自回火，本发明轧辊在淬火后可不经回火处理而直接使用。轧辊内应力小，使用安全、可靠。
[0018] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0019] 1、本发明含硼高速钢复合轧辊辊面硬度高，达到86～88HSD；
[0020] 2、本发明含硼高速钢复合轧辊辊面硬度均匀性好，辊面硬度差小于2HSD；
[0021] 3、本发明含硼高速钢复合轧辊辊颈硬度控制在38～42HSD；
[0022] 4、本发明含硼高速钢复合轧辊辊颈强度高、韧性好，比常用热处理工艺强度提高20～25％，韧性提高35％以上；
[0023] 5、本发明含硼高速钢复合轧辊可以取消回火热处理，具有工艺简便和生产效率高的优势；
[0024] 6、本发明含硼高速钢复合轧辊耐磨性好，使用寿命长，比高钒高速钢轧辊提高60％以上，比高镍铬铸铁轧辊提高4倍以上。
附图说明
[0025] 图1复合轧辊冷却示意图；
[0026] 1－辊颈，2－隔热材料，3－含硼高速钢辊身，4－球铁球墨铸铁辊心，5－控冷装置，6－雾、气冷却器。
具体实施方式
[0027] 本发明是在现有高速钢复合轧辊的基础上改进而成的。现有高速钢复合轧辊淬火热处理时，轧辊直接放在热处理炉内加热和保温，在随后冷却时，普遍采用风冷、雾冷或空冷方式，以得到耐磨性好的马氏体组织。采用空冷或风冷，硬度低且淬硬层深度浅，导致轧辊耐磨性差，使用寿命短。而直接采用雾冷处理，辊面易出现裂纹，且辊颈硬度过高，使用中易磨损轴承，且雾冷时辊颈强度低，韧性差，轧辊使用中易出现断辊事故。
[0028] 本发明含硼高速钢复合轧辊辊身采用含硼高速钢，辊心采用球墨铸铁，辊身和辊心通过离心复合铸造方法，实现冶金结合。本发明辊身含硼高速钢的具体成分（质量分 数， ％）如 下：0.80~0.95C,1.20~1.35B,2.50~2.70Cr,0.60~0.80V，12.50~12.80W，1.60~1.80Mo,0.03~0.05K,0.03~0.05Na,0.04~0.06Ce,0.04~0.06La,0.025~0.035Ca,0.02
5~0.035Ba,0.12~0.15Mg,0.04~0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中
0.06
5~0.035Ba,0.12~0.15Mg,0.04~0.06Zn,Si<1.0,Mn<0.60,S<0.025,P<0.035,Fe余量，其中
0.06
[0029] 本发明含硼高速钢复合轧辊的热处理是首先将轧辊在加热炉内加热至1060～1080℃，保温4～6h。轧辊经保温后置于控冷装置（5）中，并使轧辊冷却过程中以15～
20rpm的速度旋转，有利于轧辊辊面（3）冷却均匀，对提高辊面硬度的均匀性有利。同时在轧辊辊颈（1）表面涂覆隔热材料（2），且辊颈（2）置于控冷装置（5）以外，可确保辊颈冷却缓慢，有利于提高辊颈强韧性，防止辊颈使用中出现断裂事故。本发明轧辊隔热材料的厚度在
2-4mm，导热系数小于0.08(w/m.k)，厚度在2-4mm之间。
20rpm的速度旋转，有利于轧辊辊面（3）冷却均匀，对提高辊面硬度的均匀性有利。同时在轧辊辊颈（1）表面涂覆隔热材料（2），且辊颈（2）置于控冷装置（5）以外，可确保辊颈冷却缓慢，有利于提高辊颈强韧性，防止辊颈使用中出现断裂事故。本发明轧辊隔热材料的厚度在
2-4mm，导热系数小于0.08(w/m.k)，厚度在2-4mm之间。
[0030] 含硼高速钢复合轧辊在控冷装置（5）中，采用雾、气冷却器（6），先按喷雾淬火工3
艺参数1（P空气=0.12～0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h）喷雾冷却
5～6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬火工艺参数2（P空气=0.45～0.55MPa，P水
3
=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。
艺参数1（P空气=0.12～0.15MPa，P水=0.30～0.35MPa，Q水=1.65～1.80m/h）喷雾冷却
5～6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬火工艺参数2（P空气=0.45～0.55MPa，P水
3
=0.05～0.07MPa，Q水=0.35～0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。
[0031] 下面结合附图和发明人依本发明的技术方案所完成的实施例对本发明作进一步的详细描述。这些实施例仅是本发明的较佳的实施例，但本发明并不限于这些实施例。
[0032] 实施例1：
[0033] 将辊身（3）为含硼高速钢、辊颈（1）和辊心（4）为球墨铸铁的两种材料，通过离心复合铸造成含硼高速钢复合轧辊，经粗加工后，在加热炉内加热至1080℃，经保温4h后置于控冷装置（5）中，并使轧辊冷却过程中以20rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈（1）表面涂覆隔热材料（2），且辊颈（1）置于控冷装置（5）以外。隔热材料（2）是导热系数为0.043(w/m.k)的CaO/SiO2，其厚度为2mm。采用雾、气冷却器（6），先按喷雾淬火工艺参数1（P空气3
=0.15MPa，P水=0.30MPa，Q水＝1.65m/h）喷雾冷却6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾
3
淬火工艺参数2（P空气=0.55MPa，P水=0.05MPa，Q水=0.35m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
=0.15MPa，P水=0.30MPa，Q水＝1.65m/h）喷雾冷却6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾
3
淬火工艺参数2（P空气=0.55MPa，P水=0.05MPa，Q水=0.35m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
[0034] 实施例2：
[0035] 将辊身（3）为含硼高速钢、辊颈（1）和辊心（4）为球墨铸铁的两种材料，通过离心复合铸造成含硼高速钢复合轧辊，经粗加工后，在加热炉内加热至1060℃，经保温6h后置于控冷装置（5）中，并使轧辊冷却过程中以15rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈（1）表面涂覆隔热材料（2），且辊颈（1）置于控冷装置（5）以外。隔热材料（2）是导热系数为0.069(w/m.k)的石棉布，其厚度为4mm。采用雾、气冷却器（6），先按喷雾淬火工艺参数1（P空气3
=0.12MPa，P水=0.35MPa，Q水=1.80m/h）喷雾冷却5分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬
3
火工艺参数2（P空气=0.45MPa，P水=0.07MPa，Q水=0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
=0.12MPa，P水=0.35MPa，Q水=1.80m/h）喷雾冷却5分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬
3
火工艺参数2（P空气=0.45MPa，P水=0.07MPa，Q水=0.45m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
[0036] 实施例3：
[0037] 将辊身（3）为含硼高速钢、辊颈（1）和辊心（4）为球墨铸铁的两种材料，通过离心复合铸造成含硼高速钢复合轧辊，经粗加工后，在加热炉内加热至1070℃，经保温5h后置于控冷装置（5）中，并使轧辊冷却过程中以18rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈（1）表面涂覆隔热材料（2），且辊颈（1）置于控冷装置（5）以外。隔热材料（2）是导热系数为0.043(w/m.k)的CaO/SiO2，其厚度为2mm。采用雾、气冷却器（6），先按喷雾淬火工艺参数1（P空气3
=0.13MPa，P水=0.32MPa，Q水=1.75m/h）喷雾冷却6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬
3
火工艺参数2（P空气=0.50MPa，P水=0.067MPa，Q水=0.40m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
=0.13MPa，P水=0.32MPa，Q水=1.75m/h）喷雾冷却6分钟，然后降低冷却速度，改用按喷雾淬
3
火工艺参数2（P空气=0.50MPa，P水=0.067MPa，Q水=0.40m/h）继续喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面，并在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。含硼高速钢复合轧辊自然空冷过程中，辊心的热量会通过辊面散出，导致辊面温度回升，并使辊面发生自回火现象，当辊面温度回升至300℃以上时，需要重新按喷雾淬火工艺参数2喷雾冷却含硼高速钢复合轧辊辊面。含硼高速钢复合轧辊在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于160℃时，停止喷雾冷却，实现自然空冷。如此反复，直至辊面温度回升不超过300℃，方可停止喷雾冷却。含硼高速钢复合轧辊空冷至室温后进行精加工，然后可在轧机上直接使用。复合轧辊辊身的具体成分见表1，轧辊的力学性能见表2。
[0038] 表1 含硼高速钢复合轧辊辊身的具体成分（质量分数，％）
[0039]
[0040] 表2 含硼高速钢复合轧辊力学性能
[0041]
[0042] 本发明含硼高速钢复合轧辊已在热轧窄带钢轧机和棒材轧机上进行了工业使用考核，发现本发明轧辊磨损均匀，轧材表面质量好，轧辊耐磨性好，使用寿命长。轧辊使用中无断裂、开裂和剥落现象出现。轧辊使用寿命比比高钒高速钢轧辊提高60％以上，比高镍铬铸铁轧辊提高4倍以上。本发明轧辊取消回火热处理，具有工艺简便和生产效率高的优势。推广意义本发明含硼高速钢复合轧辊具有很好的经济效益。