一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊

摘要

本发明涉及一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其轧辊辊身工作层采用含有石墨的贝氏体半钢材质，利用离心复合铸造、整体铸造、静态冲洗复合铸造，辊轴采用抗破断强度较高的中碳低合金钢、高碳低合金钢、低合金半钢、低合金石墨钢材料铸造，并借助于特殊的热处理工艺方法，辊面硬度在65‑75HSD。用于板带(特别是不锈钢带钢)粗工作辊综合使用寿命较传统半钢、石墨钢‑等材质提高30～50％以上，具有优良的使用特性、经济实用性和推广价值。

权利要求

1.一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身（1‑1）、辊颈（1‑2）和轴头（1‑3）所组成，其特征在于：按照重量组分计：包括设置在辊身上的工作层组织，所述的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5‑1.8、Si1.2‑1.8、Mn0.8‑1.2、Cr1.5‑3.5、Ni2.0‑

2.5、Mo0.6‑1.5、V0.05‑0.2、Al0.02‑0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50‑90mm，辊面硬度65‑75HSD；

按照重量组分计：所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0‑

1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度

550‑750Mpa；

所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的混合组织， 其余部分包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2%，一次碳化物的面积百分比为10～15%，基体组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65%，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～20%；

所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5‑12分钟，添加一层厚度在15‑30mm的Fe基、低熔点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；按照重量组分计：其中，中间层金属液之一化学成分：C2.8‑3.3、Si1.5‑1.8、Mn0.5‑1.0、Cr≤0.1、Ni≤

0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03。

2.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的离心钢芯复合制造即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，外层含石墨的贝氏体半钢处于半凝固状态下，填入一定厚度的低熔点无害中间层，并在静态填入低合金石墨钢心部时，将无害中间层融掉，实现外层含石墨的贝氏体半钢与心部低合金石墨钢的良好冶金结合。

3.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：中间层金属液的填入温度：T中间层=TL外层金属液相线+40～60℃，保证与外层良好冶金结合的同时，保证外层内杂质的外浮，以及外层顺序凝固所需的温度场分布，消除外层宏观组织疏松、缩孔缺陷，提高外层金属的有效利用；再然后待中间层温度T中间层=TS中间层金属固相线 ‑（70～120）℃时停转，将旋转金属型合箱到下箱上，再依次将上箱+冒口箱合到金属型上；最后进行心部金属液填芯，心部金属液填芯温度T芯= TL外层金属液相线+（35～60℃）；

同时满足T芯= TL填芯金属液相线 +（40～90）℃，并根据轧辊填芯重量偏小的取上限原则。

4.根据权利要求3所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：按照重量组分计：所述的心部金属液的成分包括：C1.0‑1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；所述的心部金属液填芯是指：将滑动水口对准中轧辊内腔中心线，进行浇铸，金属液从进入下箱充型至纯冒口箱前，进行大流快速浇铸，将已凝固的中间层及保护渣融化并有效上浮，形成高合金的外层与低合金的心部材料得到良好冶金结合，再然后进入纯冒口后放缓浇铸流，浇至距冒口上沿50～100mm，放置冒口保温剂。

5.根据权利要求4所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的心部金属液填芯后15～35分钟用同炉心部金属液补点冒口进行补缩，点冒口的浇注温度T点=TL芯+（60～90）℃，冒口上方通过覆盖发热剂和保温剂进行保温。

6.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的离心钢芯复合制造采用的模具是由上箱与下箱连接所组成，其中下箱采用金属型挂砂下箱，其挂砂厚度为15‑25mm；其上箱采用含有金属外壳体与150～300mm的树脂砂型构成；所述的上箱上面设置有纯冒口保温箱，所述的冒口保温箱是由冒口箱壳体与100～200mm的树脂砂型和50～70mm绝热冒口套所构成。

7.根据权利要求1所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育和变质处理实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百分比的0.03%的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.1‑0.2%、SiFe0.2‑0.3%孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1%、SiFe0.1‑0.2%孕育剂进行随流孕育，同时冲入0.1‑0.20%Vfe变质剂进行碳化物的变质处理，同时实现对石墨的孕育、一次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理。

8.根据权利要求7所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；

S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊身辊颈留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理。

9.根据权利要求8所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消除原始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃保温40‑50小时，完成微区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在780℃保温35‑40小时完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉。

10.根据权利要求8所述的一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，其特征在于：所述的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工留有适当热处理加工余量的室温工件经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15℃/小时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980℃保温8‑13小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温35‑40小时，吊至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证工件的工作面即辊身圆柱面有效使用层厚度范围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控制工件表面温度在480～

430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏体转变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火转变后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510‑530℃保温40～50小时，进行淬火组织回火及消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥偏高时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。

说明书

一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊

技术领域

[0001] 本发明涉及一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，该轧辊广泛用于热轧碳钢及不锈钢轧制的板带粗轧两辊可逆工作辊，以及粗轧四辊可逆工作辊；还可以应用于大型H
型钢中、精轧万能水平辊环、立轧辊环、轧边机工作辊；还可以应用于大型槽、角型材中、精
轧及成品轧制工作辊。

背景技术

[0002] 现阶段热轧碳钢、不锈钢板带粗轧机，分为两辊粗轧机和四辊粗轧机两种，其工作环境，特别是不锈钢轧制，其粗轧温度高(开轧温度1200～1260℃)、轧制变形抗力大。对轧
辊要求：同时满足高的抗热裂纹敏感性、耐磨性，以及良好的咬入性能，目前现阶段使用的
传统轧辊包括：普通半钢、普通石墨钢轧辊材质，其硬度范围45‑55HSD。主要存在的问题，传
统半钢轧辊抗热裂能力差，在出现卡钢事故时，表现为裂纹较深，传统石墨钢轧辊主要表现
为耐磨性不足，特别在不锈钢生产过程尤为突出。

[0003] 传统半钢、石墨钢轧辊制造方法，现阶段应用在粗轧使用的半钢、石墨钢轧辊均采用整体静态铸造方法生产；对于铸钢系列轧辊(非半钢及石墨钢)还有一种制造方法，即冲
洗复合制造方法，该方法多用于复合制造的四辊轧机的大型支承辊生产，其支承辊使用环
境不接触热的轧制工件(即红热的钢坯、板)，工作温度较低，主要承受轧制载荷(轧制压力)
及与工作辊之间的接触应力。故冲洗复合铸钢支承辊不用考虑使用中的热交变载荷对组织
的影响，其支承辊硬度可借助热处理手段实现硬度60‑65HSD的要求。

[0004] 对于热轧带钢粗轧辊来说，要想提高其使用寿命，必须在现阶段提高其轧辊硬度，目标在现阶段45‑55HSD基础上，提高到65‑75HSD，同时还要保证该硬度的轧辊能够满足高
温热交变载荷的使用热冲击。因此，必须配合科学的合金化，同时配合与之匹配的特殊热处
理手段，最终制造出热稳定性好、耐磨性高、同时具有良好咬入性的使用环境的轧辊。

[0005] 本发明基于传统半钢、石墨钢轧辊材质，通过对C及Cr、Ni、Mo等主要合金元素的再设计研究，保留传统半钢、石墨钢两种轧辊各自的优点，即设计外层组织中含有足够的石墨
析出(1～2％)，适量的合金一次碳化物(10～15％)，基体组织以强韧性较好、耐磨性较高兼
顾良好热稳定性、良好咬入性的粒状回火贝氏体基体上镶嵌大量二次碳化物颗粒轧辊。

[0006] 基于以上设计理念，本发明从合金化、材料的孕育+变质处理、到与之匹配的热处理技术入手，构成了一种新型的含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊新材质。在满足板带
粗轧工作辊使用要求(特别是两辊可逆轧机对辊颈较高的强度指标要求)的基础上，为降低
制造成本以及改善整体铸造轧辊应力状态，为客户创造物美价廉的高耐磨性、抗事故性的
高性价比产品，基于传统离心复合铸造基本原理，并力求突破创造出钢(含石墨的贝氏体半
钢外层)+高强度低合金钢芯的离心复合产品。为确保高合金钢外层与低合金钢心部复合浇
注的良好冶金结合，本发明创造性的采用了低熔点中间层，在动态离心过程将低熔点中间
层浇入旋转着的半固态外层壳体内腔使其得到良好冶金结合，并在填入心部金属液时将中
间层融掉，从而实现外层高合金与心部低合金的钢+钢复合制造；构成了一种新型的含石墨
的贝氏体半钢板带粗轧钢芯复合工作辊新材质。

发明内容

[0007] 本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，该工作辊辊身工作层硬度65‑75HSD；辊颈抗拉强度550‑750Mpa；用于板带钢粗轧机架，耐磨性能比传统半钢、石墨
钢轧辊的综合使用寿命提高30‑50％。

[0008] 为解决上述的技术问题，本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身、辊颈和轴头所组成，其特征在于：包括设置在辊身上的工作层组织，所述
的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5‑1.8、Si1.2‑1.8、Mn0.8‑1.2、Cr1.5‑3.5、
Ni2.0‑2.5、Mo0.6‑1.5、V0.05‑0.2、Al0.02‑0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50‑90mm，
辊面硬度65‑75HSD；

[0009] 所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0‑1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度550‑750Mpa；

[0010] 所述的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的混合组织，其余部分包括上
贝氏体的回火组织、少量回火索氏体组织的基体和以弥散分布于基体上的颗粒状二次碳化
物，所述的石墨的面积百分比为1～2％，一次碳化物的面积百分比为10～15％，基体组织中
贝氏体总量占基体面积百分比50～65％，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分比15～
20％；

[0011] 所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层
金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5‑12分钟，添加一层厚度在15‑30mm的Fe基、低熔
点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；其中，中
间层金属液之一化学成分：C2.8‑3.3、Si1.5‑1.8、Mn0.5‑1.0、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P
≤0.03、S≤0.03。

[0012] 进一步：所述的离心钢芯复合制造即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，外层含石墨的贝氏体半钢处于
半凝固状态下，填入一定厚度的低熔点无害中间层，并在静态填入低合金石墨钢心部时，将
无害中间层融掉，实现外层含石墨的贝氏体半钢与心部低合金石墨钢的良好冶金结合。

[0013] 又进一步：中间层金属液的填入温度：T中间层＝TL外层金属液相线+(40～60)℃，保证与外层良好冶金结合的同时，保证外层内杂质的外浮，以及外层顺序凝固所需的温度
场分布，消除外层宏观组织疏松、缩孔缺陷，提高外层金属的有效利用；再然后待中间层温
度T中间层＝TS中间层金属固相线‑(70～120)℃时停转，将旋转金属型合箱到下箱上，再依
次将上箱+冒口箱合到金属型上；最后进行心部金属液填芯，心部金属液填芯温度T芯＝TL
外层金属液相线+(35～60)℃；同时满足T芯＝TL填芯金属液相线+(40～90)℃，并根据轧辊
填芯重量偏小的取上限原则。

[0014] 又进一步：所述的心部金属液的成分包括：C1.0‑1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；所述的心部金属液填芯是指：将滑动水口对准中
轧辊内腔中心线，进行浇铸，金属液从进入下箱然后充型至纯冒口箱前，进行大流快速浇
铸，将已凝固的中间层及保护渣融化、混合及有效上浮，形成高合金的外层与低合金的心部
材料得到良好冶金结合，再然后进入纯冒口后放缓浇铸流，浇至距冒口上沿50～100mm，放
置冒口保温剂。

[0015] 又进一步：所述的心部金属液填芯后15～35分钟用同炉心部金属液补点冒口进行补缩，点冒口的浇注温度T点＝TL芯+(60～90)℃，冒口上方通过覆盖发热剂和保温剂进行
保温。

[0016] 又进一步：所述的离心钢芯复合制造采用的模具是由上箱与下箱连接所组成，其中下箱采用金属型挂砂下箱，其挂砂厚度为15‑25mm；其上箱采用金属外壳体与150～300mm
的树脂砂型构成；所述的上箱上面设置有纯冒口保温箱，所述的冒口保温箱是由冒口箱壳
体与100～200mm的树脂砂型和50～70mm绝热冒口套所构成。

[0017] 又进一步：所述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及特殊的热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育
和变质处理实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百
分比的0.03％的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.1‑0.2％、
SiFe0.2‑0.3％孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1％、SiFe0.1‑0.2％孕育剂
进行随流孕育，同时冲入0.1‑0.20％Vfe变质剂进行碳化物的变质处理，同时实现对石墨的
孕育、一次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理。

[0018] 又进一步：所述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：

[0019] S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；

[0020] S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊身辊颈留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理。

[0021] 又进一步：所述的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消
除原始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃保温40‑50小时，完
成微区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃
左右在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在
780℃保温约35‑40小时左右完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉。

[0022] 再进一步：所述的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工留有适当热处理加工余量的室温工件经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15
℃/小时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980
℃保温8‑13小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温35‑40小
时，吊至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证工件的工作面即辊身圆柱面有效使用层厚
度范围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控
制工件表面温度在480～430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏
体转变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火
转变后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510‑530℃保温40～50小时，进行淬火组织回
火及消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥
偏高时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。

[0023] 采用上述结构后，提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，该工作辊辊身工作层硬度70‑75HSD；辊颈抗拉强度550‑750Mpa；用于板带钢粗轧机架，耐磨性能比传统
半钢、石墨钢轧辊的综合使用寿命提高30‑50％；并且采用离心钢芯复合制造方法时具有高
耐磨性、低成本和高抗事故能力的优点；采用离心球芯复合制造方法具有高耐磨性、低成本
和高适应能力的优点；采用整体静态铸造方法具有高耐磨性和高抗事故能力的优点。

附图说明

[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0025] 图1为发明的结构示意图。

[0026] 图2为含石墨的贝氏体半钢板带粗轧离心复合铸造轧辊示意图

[0027] 图3为含石墨的贝氏体半钢板带粗轧离心镶套复合轧辊示意图。

[0028] 图4为含石墨的贝氏体半钢板带粗轧整体静态铸造轧辊示意图。

[0029] 图5为扩散和球化处理过程中温度随着时间的变化图。

[0030] 图6为淬火和回火处理过程中温度随着时间的变化图。

[0031] 图7为含石墨的贝氏体半钢轧辊辊环成品态金相组织图。

具体实施方式

[0032] 如图1和图2所示本发明提供了一种含石墨的贝氏体半钢板带粗轧工作辊，结构是由辊身1‑1、辊颈1‑2和轴头1‑3所组成，其特征在于：包括设置在辊身上的工作层组织，所述
的工作层组织是由以下化学成分所组成：C1.5‑1.8、Si1.2‑1.8、Mn0.8‑1.2、Cr1.5‑3.5、
Ni2.0‑2.5、Mo0.6‑1.5、V0.05‑0.2、Al0.02‑0.03、O≤0.015；辊身有效工作层厚度50‑90mm，
辊面硬度65‑75HSD；

[0033] 所述的辊颈采用低合金石墨钢，其是由以下化学成分所组成：C1.0‑1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03，辊颈抗拉强度550‑750Mpa；

[0034] 如图7所示的工作层组织是由两部分所组成的混合组织，其中主要部分包括有点块和团絮状石墨、呈断续分布的一次碳化物以及以粒状贝氏体为主的混合组织，其余部分
包括上贝氏体的回火组织、少量回火索氏体的基体组织和以弥散分布于基体上的颗粒状二
次碳化物，所述的石墨的面积百分比为1～2％，一次碳化物的面积百分比为10～15％，基体
组织中贝氏体总量占基体面积百分比50～65％，弥散的颗粒状二次碳化物占基体面积百分
比15～20％；

[0035] 所述的辊身、辊颈以及轴头所组成的轧辊采用离心钢芯复合制造，所述离心钢芯复合制造方法是采用在高速离心旋转中，浇入外层金属液及外层金属液保护渣后先在外层
金属液处于半凝固状态下即外层浇铸后5‑12分钟，添加一层厚度在15‑30mm的Fe基、低熔
点、低质量密度、不会对外层、心部以及结合层金属产生有害作用的中间层金属液；其中，中
间层金属液之一化学成分：C2.8‑3.3、Si1.5‑1.8、Mn0.5‑1.0、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P
≤0.03、S≤0.03。

[0036] 上述的离心钢芯复合制造即外层采用含石墨的贝氏体半钢，心部采用低合金石墨钢，通过离心复合铸造，在高速旋转的离心铸型中，外层含石墨的贝氏体半钢处于半凝固状
态下，填入一定厚度的低熔点无害中间层，并在静态填入低合金石墨钢心部时，将无害中间
层融掉，实现外层含石墨的贝氏体半钢与心部低合金石墨钢的良好冶金结合。该轧辊用于
板带钢粗轧机架，特别是用于对耐磨性与抗破断能力较高的两辊可逆粗轧机架，代替比传
统半钢、石墨钢轧辊的其综合使用寿命提高30‑50％。

[0037] 上述中间层金属液的填入温度：T中间层＝TL外层金属液相线+(40～60)℃，保证与外层良好冶金结合的同时，保证外层内杂质的外浮，以及外层顺序凝固所需的温度场分
布，消除外层宏观组织疏松、缩孔缺陷，提高外层金属的有效利用；再然后待中间层温度T中
间层＝TS中间层金属固相线‑(70～120)℃时停转，将旋转金属型合箱到下箱上，再依次将
上箱+冒口箱合到金属型上；最后进行心部金属液填芯，心部金属液填芯温度T芯＝TL外层
金属液相线+(35～60)℃；同时满足T芯＝TL填芯金属液相线+(40～90)℃，并根据轧辊填芯
重量偏小的取上限原则。

[0038] 上述的心部金属液的成分包括：C1.0‑1.4、Si1.0‑1.3、Mn0.5‑0.8、Cr≤0.1、Ni≤0.1、Mo≤0.1、P≤0.03、S≤0.03；所述的心部金属液填芯是指：将滑动水口对准中轧辊内腔
中心线，进行浇铸，金属液从进入下箱然后到充型至纯冒口箱前，进行大流快速浇铸，将已
凝固的中间层及保护渣融化、混合及有效上浮，形成高合金的外层与低合金的心部材料得
到良好冶金结合，再然后进入纯冒口后放缓浇铸流，浇至距冒口上沿50～100mm，放置冒口
保温剂。

[0039] 上述的心部金属液填芯后15～35分钟用同炉心部金属液补点冒口进行补缩，点冒口的浇注温度T点＝TL芯+60～90℃，冒口上方通过覆盖发热剂和保温剂进行保温。

[0040] 上述的离心钢芯复合制造采用的模具是由上箱与下箱连接所组成，其中下箱采用金属型挂砂下箱，其挂砂厚度为15‑25mm；其上箱采用金属外壳体与150～300mm的树脂砂型
构成；所述的上箱上面设置有纯冒口保温箱，所述的冒口保温箱是由冒口箱壳体与100～
200mm的树脂砂型和50～70mm绝热冒口套所构成。

[0041] 上述的工作层组织是依次通过特殊的孕育、变质处理以及特殊的热处理工艺所形成，其工作层组织中的石墨、一次碳化物的数量分布是采用所述的特殊的孕育和变质处理
实现：即在外层金属液出炉前扒净炉内余渣，向炉内金属液内插入钢水质量百分比的
0.03％的铝饼或用喂丝机加入铝丝使其产生脱氧，采用包底加CaSi0.1‑0.2％、SiFe0.2‑
0.3％孕育剂进行包底孕育,出炉随金属流冲入CaSi0.1％、SiFe0.1‑0.2％孕育剂进行随流
孕育，同时冲入0.1‑0.20％Vfe变质剂进行碳化物的变质处理，同时实现对石墨的孕育、一
次碳化物的变质和细化原态晶粒的处理。

[0042] 上述的工作层组织的最终基体组织、二次碳化物状态及分布是由所述的特殊的热处理工艺实现的，所述的特殊的热处理工艺包括以下步骤：

[0043] S1：对原始组织、应力及分布进行调整为最终淬火做准备的预备热处理，采用热开箱，然后依次进行扩散退火和组织球化处理；

[0044] S2：成品态组织实现与过程控制的最终热处理，即对预备热处理后的辊身辊颈留少许热后加工余量粗加工后，依次进行淬火处理和回火处理

[0045] 如图5所示的步骤S1中的扩散退火和组织球化处理是指：在480～550℃之间热开箱后，红热的铸件入炉，在500℃均温后，以≤20℃/小时速度升温至650～680℃保温消除原
始铸造应力，并使工件进入塑性转变区；全功率极速升温至1060℃保温40‑50小时，完成微
区间的元素扩散，打断铸造一次碳化物网；经风冷至再结晶温度以下，辊面温度550℃左右
在空气自然冷却至无明显返温，入炉在560～600℃均温后，升温经过再结晶温度，在780℃
保温约35‑40小时左右完成基体组织的球化转变，炉冷至100℃以下出炉。

[0046] 如图6所示的步骤S2中的淬火处理和回火处理是指：经过粗加工留有适当热处理加工余量的室温工件经缓慢升温至300℃均温，以降低内外温差以及应力，后以≤15℃/小
时升温速度至680℃保温，消除内部应力、使工件进入塑性转变区后，急速升温至980℃保温
8‑13小时，使工件内部温度进入960℃淬火温度，炉冷至960℃淬火温度保温35‑40小时，吊
至旋转喷雾淬火机床，进行喷雾冷却；保证工件的工作面即辊身圆柱面有效使用层厚度范
围内均匀得到冷却，测量工件表面温度达到430～480℃，关闭冷却水改喷雾为风冷，控制工
件表面温度在480～430℃，至工件向外返温温度≤450℃，使工件有效使用层进入贝氏体转
变区，并有足够的转变时间，进炉回火；所述的回火处理是指工件有效使用层完成淬火转变
后，在450～480℃均匀内部温度，升温至510‑530℃保温40～50小时，进行淬火组织回火及
消除内部热处理应力；随炉冷却至≤80℃出炉,检测轧辊硬度、残余奥氏体指标，残奥偏高
时需补充二次回火，回火温度视硬度而定。

[0047] 如图3和图4所示，根据不同的使用环境(按轧机对工作层厚度、辊颈抗拉强度的不同要求特性)，还可以采用含石墨的贝氏体半钢材料整体铸造、冲洗复合铸造、离心填入球
墨铸铁心部复合铸造。当采用两辊粗轧可逆轧机进行制造时，优选离心钢芯复合制造方法，
还可选用整体静态铸造方法与静态冲洗复合铸造方法；当采用四辊粗轧可逆轧机进行制造
时，优选离心球芯复合制造方法，还可选用离心钢芯复合制造方法与整体静态铸造方法。