权利要求

1.一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水;先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，继续将钢水升温至1578-1593℃，保温5-6分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁;待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.03-3.37%C,6.71-6.98%V,11.58-12.09%Co,12.53-12.88%Cr,1.34-1.52%Al,3.32-3.57%Mo,0.14-0.19%N,1.25-1.39%Si,4.13-4.47%Mn,<0.030%S,<0.035%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包;

②钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.2-4.5kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉、30-50目的稀土硅铁粉、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金粉混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为35-38%、35-38%、12-13%和13-16%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.18-0.23mm低碳软钢钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ5.0-6.0mm金属包芯线;

③金属包芯线在钢水中全部熔化6-8分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1418-1433℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢，铸型转速1060-1120转/分钟，当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1290-1360℃时，将铸型转速降至860-900转/分钟;当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢，经清砂打磨后进行粗加工;

④粗加工的轧辊外层高速钢随炉加热至1080-1100℃，保温60-90分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，重新入炉加热至610-630℃，保温6-8小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷;随后精加工轧辊外层高速钢的内孔;内孔精加工好的轧辊外层高速钢继续入炉加热至550-580℃，保温6-8小时后，炉冷至450-480℃时出炉，并与中碳低合金钢辊轴快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.23-0.28mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊。

2.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：Cr≥60%,N≥5.0%,C≤0.1%,Si≤1.5%,P≤0.03%,S≤0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质。

3.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：27.22-30.68%RE,39.16-41.85%Si,<3.0%Mn,<5.0%Ca,<3.0%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述的颗粒状钝化镁粉是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.35-0.50mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数25-35%的CaO、35-40%的MgCl2和30-35%的Al2O3组成。

5.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：30.66-33.71%Si,16.37-17.75%Ca,19.08-19.69%Ba,≤0.8%C,≤0.04%P,≤0.06%S，余量为Fe和不可避免的杂质。

6.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.17-0.37%Si,0.48-0.73%Mn,0.13-0.19%Cr,≤0.2%C,≤0.04%P,≤0.03%S，余量为Fe和不可避免的杂质。

7.按照权利要求1所述的一种钒钴合金化高速钢轧辊的制备方法，其特征在于，所述中碳低合金钢是40Cr钢、42CrMo钢和35CrMo钢中的任一种。

8.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的一种钒钴合金化高速钢轧辊。

说明书

技术领域

[0001]本发明公开了一种高速钢轧辊及其制备方法，特别涉及一种钒钴合金化高速钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

[0002]随着轧钢技术的不断发展、轧制钢材等级的不断提升以及钢铁企业对轧线运行效率要求越来越高，轧线迫切需要耐磨性更高、单次在机轧制时间更长的轧辊。近年来，性能表现更加优异的高速钢、半高速钢等新材质轧辊替代传统的高铬铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁轧辊，被广泛应用到热轧机架后，轧机在延长换辊周期、减少换辊次数、提高轧制效率等方面取得了一定的成效。目前，高速钢轧辊已在热轧生产线上获得了广泛应用。

[0003]为了进一步提高高速钢轧辊性能，中国发明专利CN116065082A公开了一种高钨钒高速钢耐磨轧辊制造方法，采用电炉应用预设配方的净化剂，放入电炉中进行对纯净的钢水冶炼，冶炼直至电炉中出现泡沫时，在电炉中加入合金粉末钢，静候后，得到冶炼完毕的钢水;在精炼炉内对尚未加工的轧辊进行预设时间段的精炼，得到精炼完毕的轧辊;将精炼完毕的轧辊放入真空热处理炉内，进行淬火处理，得到处理完毕的轧辊;对电渣进行预设时间段的重熔处理，制备得到电极锭;对处理完毕的轧辊进行预设时间段的修磨，去除轧辊附带的疲劳层，得到锻造完毕的轧辊;采用冶炼完毕的钢水，配合电极锭对锻造完毕的轧辊进行预设时间段的浇注，得到制造完毕的高钨钒高速钢耐磨轧辊。采用上述工艺制备高速钢轧辊，工艺复杂，生产效率低。中国发明专利CN114959506A还公开了一种超薄不锈钢轧制轧辊用高速钢及其制备方法，该发明的超薄不锈钢轧制轧辊用高速钢的化学组分按质量百分比计包括：C：1.00%-1.15%;Si：0.20%-0.50%;Mn：0.20%-0.40%;P：0%-0.025%;S：0%-0.020%;Cr：4.50%-5.00%;Mo：6.00%-6.50%;W：7.00%-7.50%;V：2.00%-2.30%;Co：2.00%-3.00%;N：≤0.005%;Ti：≤0.011%;RE：0.015-0.025%;余量为铁和杂质。该发明制得的超薄不锈钢轧制轧辊用高速钢，钢中的MC碳化物颗粒细小，并具有较优的碳化物组织以及优异的红硬性和高强、高韧性。中国发明专利CN114082922A还公开了一种制作高速钢轧辊的方法，其特征在于：所述高速钢轧辊包括外层和内芯组成，外层的化学成分按重量百分比计为：C1.2-1.4%、Si0.5-0.6%、Mn0.5-1.0%、P≤0.080%、S≤0.080%、Cr1.0-2.1%、Ni3.0-4.1%、Mo1.0-1.5%和V4.0-4.5%，余量为Fe;内芯层的化学成分按重量百分比计为：C3.1-3.5%、Si1.0-1.5%、Mn1.1-1.8%、P≤0.080%、S≤0.080%、Cr≤0.15%、Ni0.5-0.7%和Mg≥0.04%，余量为Fe。中国发明专利CN113667898A还公开了一种高钒高速钢复合轧辊及其制造方法，包括：轧辊工作层和轧辊芯部辊轴，其中，所述轧辊工作层采用高钒高速钢材质，并且高钒高速钢的化学成分重量百分数为：C1.5-2.2%、Si0.8-1.6%、Mn0.5-1.0%、Cr4.0-7.0%、Mo3.0-6.0%、V8.0-12.0%、P≤0.035%、S≤0.030%以及余量为Fe。该发明提供的高钒高速钢复合轧辊及其制造方法，将高钒高速钢复合轧辊铸造生产成为现实，打破了固有只能靠粉末烧结的生产模式。但是，上述高速钢轧辊中，或存在密度高的钨元素加入量过多，离心铸造过程中因离心力作用，易产生严重的偏析;或存在镍元素加入量过多，轧辊热处理组织中残留奥氏体数量过多，轧辊使用过程中残留奥氏体因轧制力的作用易发生转变，导致轧辊内应力大，使用中易开裂;或存在钒元素加入量过多，沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外，钒元素加入量过多，MC数量过多，硬度过高，导致轧辊磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。

[0004]中国发明专利CN113621877A公开了一种棒线材轧机的离心复合高速钢轧辊及其制备方法，由外层、一次芯部、二次芯部离心复合浇铸而成;外层化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V，其余为铁及不可避免的杂质元素;一次芯部化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、M，其余为铁及不可避免的杂质元素;二次芯部化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V、W、Mg、Re，其余为铁及不可避免的杂质元素。该发明针对棒材轧机的轧制特性，通过化学成分的合理调配，运用特殊的变质处理及热处理工艺技术，生产出适合棒线材轧机使用的高速钢轧辊，具有更强的耐磨性和抗冷热疲劳能力。中国发明专利CN112831719A还公开了一种耐用型高速钢轧辊及其制造方法，包括辊颈和由工作层、芯部构成辊身，工作层的化学成分为：1.5-2.5%C，0.90～1.50%Si，0.40～1.40%Mn，P≤0.03%;S≤0.03%，9.00～14.00%Cr，0.50～2.00%Ni，7.00～12.00%Mo，1.00-3.00%V，0.5-2.5%W，0.10-1.00%Nb，其余为Fe和不可避免的杂质。该发明通过设计合理的合金成分和热处理工艺，有效解决了常规高速钢材质在热轧板带精轧前段使用时存在热裂严重、事故损耗大的问题，提高了高速钢材质轧辊的适用性。中国发明专利CN112410673A还公开了一种超高强度钢板轧制用高速钢轧辊及其制造方法，包括冶炼和锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理;化学成分及重量百分比如下：碳0.80～1.20%、硅0.20～1.45%、锰0.15～0.40%、铬7.70～8.30%、钼1.20～3.00%、钒1.50～2.50%、钨0.80～2.00%、铌0.40～0.60%、磷≤0.020%、硫≤0.015%、其余为铁和不可避免的杂质。该发明一方面通过优化合金成分及含量，另一方面采用喷射成形替代电渣重熔制备钢锭并采用高温整体淬火工艺，最终能够制得整体硬度≥62HRC、内部组织晶粒度可达9～10级的高速钢轧辊，能够满足轧制超高强度钢板复杂的工况条件。中国发明专利CN111945053A还公开了复合变质处理高速钢轧辊制备方法，在中频感应电炉内熔炼高速钢轧辊材料，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在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;然后将钢水升温至1615-1626℃，保温4-5分钟后加入铝，随后用喂丝法进行变质处理，并将钢水浇入离心机上高速旋转的铸型内，待高速钢凝固后，静态下用球铁填芯，经淬火和回火处理，即可获得性能优异和使用效果良好的高速钢轧辊。中国发明专利CN111101062A还公开了一种热轧改良的离心复合铸造的高Nb高速钢轧辊，包括以下质量百分比的组分：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，其余为Fe及不可避免的杂质。同时，该发明还公开了上述高Nb高速钢轧辊的制备方法。该发明替代热轧粗轧工作辊较长使用的高铬钢轧辊，打破传统的离心复合高速钢的成份限制，此产品可以覆盖目前热轧机架上的全部工作辊，也可以用于棒线轧辊上，并保证了整个轧辊耐磨性的一致性。中国发明专利CN111151732A还公开了一种无头带钢轧制精轧后段用高速钢轧辊制备方法，采用三层离心复合浇铸，分别对外层、中间层和芯部采用高强度球墨铸铁进行浇铸，控制中间层及芯部的浇铸钢水含量为C1.8～2.8wt%，Si0.6～0.9wt%，Mn0.5～0.8wt%，Ni0.4～0.8wt%，P≤0.03wt%，S≤0.03wt%，Cr+Mo+Nb+V+W：17～22wt%，余量为Fe及不可避免杂质。该发明外层得到的石墨降低了摩擦系数，而一定数量的硬质碳化物增强了轧辊的耐磨性能，该组织能有效减少末机架甩尾对轧辊造成的伤害，同时中间层和芯部采用喂丝球化、喂丝孕育(各两线，共四线同时喂入)的方法，改善了球墨铸铁的球化等级和提高了抗拉强度，大大增强了轧辊的抗事故性。

[0005]中国发明专利CN110387506A公开了一种高耐磨离心复合高速钢轧辊。化学成分及质量百分比是：外层：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，其余为铁及杂质;中间层和芯部：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，其余为铁及杂质。该发明具有高硬度、高耐磨热强高、红硬性高的特点。中国发明专利CN110343839A还公开了一种高速钢轧辊的热处理工艺，高速钢是一种复杂的钢种，含碳量一般在0.70～1.65%之间。含合金元素量较多，总量可达10～25%。按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢(钨9～18%);②钨钼系高速钢(钨5～12%，钼2～6%);③高钼系高速钢(钨0～2%，钼5～10%);④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量(钒1～2%)和高含钒量(钒2.5～5%)的高速钢;⑤钴高速钢(钴5～10%)。按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。该发明高速钢的热处理工艺，在淬火过程中进行一次预热，保证了淬火的工艺要求，增强了材料的冲击韧性，进行两次回火处理，使回火更加充分。

[0006]中国发明专利CN110000362A还公开了一种高钨钒高速钢耐磨轧辊及其制造方法，采用电炉分别熔炼外层高速钢钢水和辊芯铁水，先在电炉内熔炼轧辊外层高速钢，并将炉内钢水的化学组成及其质量分数控制在10.23-10.67%W,1.76-1.94%Mo,2.81-2.97%C,≤0.035%P,≤0.030%S,6.15-6.42%Cr,2.27-2.46%Nb,2.24-2.41%Si,0.64-0.83%Mn,余量为Fe及其他不可避免的杂质，然后将钢水升温至1653-1677℃，依次加入铝和钒铁，再在钢包内加入多元合金颗粒，并在立式离心机上浇注成轧辊，经热处理后，具有良好的强韧性和优异的耐磨性，用于轧制高强度低合金热轧螺纹钢，使用效果优异。中国发明专利CN117483785A还公开了一种制备半高速钢轧辊的方法，它是采用激光熔化沉积技术制得;具有以下步骤：①制备球墨铸铁芯层;②半高速钢粉末预处理;半高速钢粉末的化学成分及其重量百分比如下：碳0.74～1.20%，硅0.70～0.90%，锰0.25～0.45%，磷≤0.030%，硫≤0.020%，铬5.00～5.50%，镍0.20～0.30%，钼0.96～1.20%，钒0.40～1.20%，其余为铁和不可避免的杂质;③采用激光熔化沉积技术将半高速钢粉末沉积到球墨铸铁芯层上，得到半高速钢轧辊。该发明制得的半高速钢轧辊组织晶粒较小，共晶碳化物分布均匀，致密度高，无裂纹、气孔等缺陷，具有较高的硬度和耐磨性。但是，采用上述方法制备的高速钢轧辊，均存在轧辊高温硬度低，高温耐磨性与性能优异的硬质合金轧辊相比，仍有较大的差距。

发明内容

[0007]本发明针对常用高速钢轧辊存在高温硬度低和高温耐磨性差的不足，为了提高高速钢轧辊的高温硬度，从而提高高速钢轧辊高温耐磨性，延长热轧高速钢轧辊使用寿命，本发明在高速钢轧辊中加入较多的钴和铝元素提高其高温硬度，另外还加入较多高硬度MC碳化物生成元素钒，进一步提高轧辊耐磨性，本发明钒钴合金化高速钢轧辊具体制备工艺步骤是：

[0008]①使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水;先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，继续将钢水升温至1578-1593℃，保温5-6分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁;待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.03-3.37%C,6.71-6.98%V,11.58-12.09%Co,12.53-12.88%Cr,1.34-1.52%Al,3.32-3.57%Mo,0.14-0.19%N,1.25-1.39%Si,4.13-4.47%Mn,<0.030%S,<0.035%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包;

[0009]②钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.2-4.5kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉、30-50目的稀土硅铁粉、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金粉混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为35-38%、35-38%、12-13%和13-16%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.18-0.23mm低碳软钢钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ5.0-6.0mm金属包芯线;

[0010]③金属包芯线在钢水中全部熔化6-8分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1418-1433℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢，铸型转速1060-1120转/分钟，当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1290-1360℃时，将铸型转速降至860-900转/分钟;当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢，经清砂打磨后进行粗加工;

[0011]④粗加工的轧辊外层高速钢随炉加热至1080-1100℃，保温60-90分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，重新入炉加热至610-630℃，保温6-8小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷;随后精加工轧辊外层高速钢的内孔;内孔精加工好的轧辊外层高速钢继续入炉加热至550-580℃，保温6-8小时后，炉冷至450-480℃时出炉，并与中碳低合金钢辊轴快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.23-0.28mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊。

[0012]如上所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：Cr≥60%,N≥5.0%,C≤0.1%,Si≤1.5%,P≤0.03%,S≤0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质。

[0013]如上所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：27.22-30.68%RE,39.16-41.85%Si,<3.0%Mn,<5.0%Ca,<3.0%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质。

[0014]如上所述的颗粒状钝化镁粉，其特征在于：是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.35-0.50mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数25-35%的CaO、35-40%的MgCl2和30-35%的Al2O3组成。

[0015]如上所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：30.66-33.71%Si,16.37-17.75%Ca,19.08-19.69%Ba,≤0.8%C,≤0.04%P,≤0.06%S，余量为Fe和不可避免的杂质。

[0016]如上所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.17-0.37%Si,0.48-0.73%Mn,0.13-0.19%Cr,≤0.2%C,≤0.04%P,≤0.03%S，余量为Fe和不可避免的杂质。

[0017]如上所述中碳低合金钢是40Cr钢、42CrMo钢和35CrMo钢中的任一种。

[0018]本发明主要解决常用高速钢轧辊存在高温硬度低和高温耐磨性差的不足等问题。为了提高高速钢轧辊的高温硬度，从而提高高速钢轧辊高温耐磨性，延长热轧高速钢轧辊使用寿命，本发明在高速钢轧辊中加入较多的钴和铝元素提高其高温硬度，另外还加入较多高硬度MC碳化物生成元素钒，进一步提高轧辊耐磨性。本发明钒钴合金化高速钢轧辊具体制备工艺步骤是：使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：Cr≥60%,N≥5.0%,C≤0.1%,Si≤1.5%,P≤0.03%,S≤0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质)做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水。上述炉料国内来源方便，不需要从国外引进，价格稳定。本发明先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，用于预脱氧和合金化，继续将钢水升温至1578-1593℃，保温5-6分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁。铝、钒元素氧化严重，在高温下加入金属铝和钒铁可以迅速熔化，提高铝、钒元素收得率。此外，氮化铬铁熔点低，只有700℃左右，在高温下加入氮化铬铁，氮化铬铁可以快速熔化，使氮元素稳定存在于高速钢熔液中。待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.03-3.37%C,6.71-6.98%V,11.58-12.09%Co,12.53-12.88%Cr,1.34-1.52%Al,3.32-3.57%Mo,0.14-0.19%N,1.25-1.39%Si,4.13-4.47%Mn,<0.030%S,<0.035%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包。

[0019]本发明高速钢轧辊中，加入了较多的钴和钒，其中钒与碳有较强的亲和力，在高速钢中，增加钒含量，相当于将凝固相图中的所有点左移，随着钒含量的提高，高速钢的共晶反应温度下降，MC的形成温度升高。钒不仅有利于MC型碳化物的形成，而且明显促使层片状M2C型碳化物的形成，抑制骨骼状M6C型碳化物。在高速钢各种碳化物中，MC碳化物的硬度最高，而高温奥氏体化时MC溶解很困难，它存在于剩余相中，有利于晶粒的细化和提高耐磨性。提高钒含量还可显著提高高速钢的高温硬度，对改善高速钢轧辊的高温耐磨性也非常有利。钒含量过高，沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外MC数量过多，硬度过高，导致轧辊磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。高速钢轧辊中钒含量超过10%以后，共晶组织中出现低硬度的M3C型碳化物，降低高速钢轧辊的耐磨性。钒在高速钢轧辊中除了净化钢液，减少夹杂物和气体含量，还有改善高速钢轧辊抗热冲击的能力。因此，将高速钢轧辊中的钒含量控制在6.71-6.98%。

[0020]钴是可以显著提高高速钢高温硬度和二次硬度的唯一合金元素，同时钴还可以改善钢的导热性，尤其在600-700℃时更突出。钴在高速钢中大部分溶于基体，只有极少量溶于碳化物，随着钴含量增加，高速钢硬度提高，钴对改善高速钢轧辊耐磨性是非常有利的。钴提高高速钢红硬性的主要原因是它能提高高速钢熔点，因此可以允许提高淬火温度而不发生晶粒显著长大，这就使得奥氏体中能够溶解更多的Mo、Cr、V和C，这些元素和钴一起存在于基体中致使形成更多的残余奥氏体，从而提高二次硬度值，提高红硬性。钴还能提高马氏体的再结晶温度，使马氏体的亚结构保持到更高的温度，从而增大二次碳化物的形核率和弥散度，提高高速钢轧辊红硬性。但是，钴降低高速钢的强度和韧性，钴含量越高，降低越明显。主要原因是回火时钴促使Cr、Mo从马氏体中析出，这样就加强了沉淀硬化，提高了二次硬度和导热性，但强度和韧性降低。此外，随着钴含量增加，高速钢的珠光体转变鼻子时间缩短，珠光体转变的临界冷却速率增大，高速钢的淬透性降低。为发挥钴的有利作用，提高高速钢轧辊高温耐磨性和延长轧辊使用寿命，高速钢轧辊中加入适量钴是必要的，本发明将钴含量控制在11.58-12.09%Co。为了克服钴的不利影响，本发明加入4.13-4.47%Mn和0.14-0.19%N，用于提高高速钢淬透性。氮扩大奥氏体区的作用是镍的30倍左右，加入0.14-0.19%N，可以确保高速钢具有良好淬透性，且不会出现气孔。此外钴还有增大高速钢轧辊脱碳倾向的趋势，含量越高，影响越大。为了防止高速钢轧辊脱碳，在降低淬火温度，缩短淬火保温时间前提下，加入12.53-12.88%Cr和1.25-1.39%Si，有利于防止脱碳。铬在高速钢中部分存在于M6C型碳化物中，也能够形成M23C6型碳化物，M23C6能在较低的淬火温度下完全溶解，使固溶体达到碳铬饱和，而不影响晶粒尺寸。铬还能促使奥氏体中的M6C更完全地溶解，从而提高高速钢的淬硬性和红硬性。此外，高速钢在450-525℃回火时，一部分铬从马氏体中析出，促进弥散硬化，另一部分铬保留在α固溶体中，以阻止加热到较高温度时软化。铬在高速钢中还可以减少氧化。铬含量过高，多余的铬参与回火时沉淀析出的碳化物的形成，这种含铬碳化物在较低温度时容易析出，降低高速钢的热稳定性。此外，含铬量低的轧辊，由于基体优先磨损和轧材粘附在辊表面的缘故，使用中辊表面易变得粗糙，增大了轧制摩擦系数和轧制力。增加铬含量，使轧辊中含有一定数量的M7C3型碳化物，对改善辊面抗粗糙性，降低轧制力是有益的。铬含量提高，还有利于改善高速钢轧辊的抗热冲击能力。本发明高速钢轧辊中合适的铬含量是12.53-12.88%Cr。Al溶于基体中，可提高高速钢的回火稳定性、硬度和红硬性。Al还降低M2C共晶碳化物的分解温度，使共晶碳化物在高温加热时易于分解和粒化，有利于提高高速钢的韧性。但Al增加高速钢的脱碳敏感性，综合考虑，将Al含量控制在1.34-1.52%。

[0021]本发明钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.2-4.5kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉(所述的颗粒状钝化镁粉，其特征在于：是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.35-0.50mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数25-35%的CaO、35-40%的MgCl2和30-35%的Al2O3组成)、30-50目的稀土硅铁粉(所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：27.22-30.68%RE,39.16-41.85%Si,<3.0%Mn,<5.0%Ca,<3.0%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质)、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金粉(所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：30.66-33.71%Si,16.37-17.75%Ca,19.08-19.69%Ba,≤0.8%C,≤0.04%P,≤0.06%S，余量为Fe和不可避免的杂质)混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为35-38%、35-38%、12-13%和13-16%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.18-0.23mm低碳软钢(所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.17-0.37%Si,0.48-0.73%Mn,0.13-0.19%Cr,≤0.2%C,≤0.04%P,≤0.03%S，余量为Fe和不可避免的杂质)钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ5.0-6.0mm金属包芯线。加入颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为35-38%、35-38%、12-13%和13-16%加工成的金属包芯线，可以明显细化高速钢凝固组织，还有净化高速钢组织，减少夹杂物，提高高速钢强韧性和抗热疲劳性能的综合效果。特别是TiN熔点为2950℃，抗热冲击性好，加入钢水中不会发生熔化，纳米TiN可以作为初生奥氏体凝固结晶核心，促进凝固组织的显著细化。

[0022]本发明金属包芯线在钢水中全部熔化6-8分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1418-1433℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢，铸型转速1060-1120转/分钟，当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1290-1360℃时，将铸型转速降至860-900转/分钟，减轻高速钢开裂风险。当轧辊外层高速钢内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢，经清砂打磨后进行粗加工。粗加工的轧辊外层高速钢随炉加热至1080-1100℃，保温60-90分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，可以获得马氏体+残留奥氏体基体组织，消除珠光体组织。重新入炉加热至610-630℃，保温6-8小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷，可以消除残留奥氏体，提高高速钢轧辊耐磨性。随后精加工轧辊外层高速钢的内孔，内孔精加工好的轧辊外层高速钢继续入炉加热至550-580℃，保温6-8小时后，炉冷至450-480℃时出炉，用于消除高速钢内应力。此时与中碳低合金钢辊轴快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.23-0.28mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊。

[0023]本发明与现有技术相比具有以下优势：

[0024](1)本发明高速钢轧辊高温硬度高，650℃下的硬度大于780HV，具有优异的高温耐磨性，本发明高速钢轧辊650℃下的高温耐磨性比高铬铸铁轧辊提高5倍以上，比普通高速钢轧辊提高60%以上;

[0025](2)本发明高速钢轧辊生产工艺简便，生产效率高，辊轴可以重复使用，节能降耗明显;

[0026](3)本发明高速钢轧辊硬度高，室温硬度大于850HV，冲击韧性大于14J/cm2，在热轧机上轧制螺纹钢，使用寿命与硬质合金轧辊相当，生产成本降低40%以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

附图说明

[0027]图1高速钢轧辊示意图

[0028]1-外层高速钢，2-辊轴。

具体实施方式

[0029]以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

[0030]实施例1：

[0031]钒钴合金化高速钢轧辊及其制备方法，由钒钴合金化高速钢外层1和40Cr中碳低合金钢辊轴2热装复合成一体获得钒钴合金化高速钢轧辊，具体制备工艺步骤是：

[0032]①使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水;先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，继续将钢水升温至1578℃，保温6分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：62.74%Cr,5.85%N,0.06%C,1.22%Si,0.028%P,0.035%S,余量为Fe和不可避免的杂质);待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.03%C,6.98%V,11.58%Co,12.88%Cr,1.34%Al,3.57%Mo,0.14%N,1.39%Si,4.13%Mn,0.024%S,0.032%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包;

[0033]②钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.2kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉(所述的颗粒状钝化镁粉，其特征在于：是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.35-0.39mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数25%的CaO、40%的MgCl2和35%的Al2O3组成)、30-50目的稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：27.22%RE,41.85%Si,1.46%Mn,2.82%Ca,1.17%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质)粉、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金(所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：30.66%Si,17.75%Ca,19.08%Ba,0.37%C,0.029%P,0.051%S，余量为Fe和不可避免的杂质)粉混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为35%、38%、12%和15%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.18mm低碳软钢(所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.17%Si,0.73%Mn,0.13%Cr,0.17%C,0.035%P,0.022%S，余量为Fe和不可避免的杂质)钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ5.0mm金属包芯线;

[0034]③金属包芯线在钢水中全部熔化7分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1427℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢1，铸型转速1090转/分钟，当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1310-1340℃时，将铸型转速降至880转/分钟;当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢1，经清砂打磨后进行粗加工;

[0035]④粗加工的轧辊外层高速钢1随炉加热至1090℃，保温80分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，重新入炉加热至620℃，保温7小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷;随后精加工轧辊外层高速钢1的内孔;内孔精加工好的轧辊外层高速钢1继续入炉加热至570℃，保温7小时后，炉冷至460℃时出炉，并与40Cr中碳低合金钢辊轴2快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.25mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊，其力学性能见表1。

[0036]实施例2：

[0037]钒钴合金化高速钢轧辊及其制备方法，由钒钴合金化高速钢外层1和42CrMo中碳低合金钢辊轴2热装复合成一体获得钒钴合金化高速钢轧辊，具体制备工艺步骤是：

[0038]①使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水;先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，继续将钢水升温至1593℃，保温5分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：61.80%Cr,5.41%N,0.07%C,1.16%Si,0.025%P,0.033%S,余量为Fe和不可避免的杂质);待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.37%C,6.71%V,12.09%Co,12.53%Cr,1.52%Al,3.32%Mo,0.19%N,1.25%Si,4.47%Mn,0.028%S,0.029%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包;

[0039]②钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.5kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉(所述的颗粒状钝化镁粉，其特征在于：是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.44-0.50mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数35%的CaO、35%的MgCl2和30%的Al2O3组成)、30-50目的稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：30.68%RE,39.16%Si,2.06%Mn,3.88%Ca,1.63%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质)粉、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金(所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：33.71%Si,16.37%Ca,19.69%Ba,0.38%C,0.035%P,0.044%S，余量为Fe和不可避免的杂质)粉混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为38%、36%、13%和13%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.23mm低碳软钢(如上所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.37%Si,0.48%Mn,0.19%Cr,0.14%C,0.027%P,0.024%S，余量为Fe和不可避免的杂质)钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ6.0mm金属包芯线;

[0040]③金属包芯线在钢水中全部熔化8分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1433℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢1，铸型转速1120转/分钟，当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1335-1360℃时，将铸型转速降至900转/分钟;当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢1，经清砂打磨后进行粗加工;

[0041]④粗加工的轧辊外层高速钢1随炉加热至1100℃，保温60分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，重新入炉加热至630℃，保温6小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷;随后精加工轧辊外层高速钢1的内孔;内孔精加工好的轧辊外层高速钢1继续入炉加热至580℃，保温6小时后，炉冷至480℃时出炉，并与42CrMo中碳低合金钢辊轴2快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.28mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊，其力学性能见表1。

[0042]实施例3：

[0043]钒钴合金化高速钢轧辊及其制备方法，由钒钴合金化高速钢外层1和35CrMo中碳低合金钢辊轴2热装复合成一体获得钒钴合金化高速钢轧辊，具体制备工艺步骤是：

[0044]①使用废钢、钼铁、金属钴、铬铁、增碳剂、锰铁、硅铁、金属铝、钒铁和氮化铬铁做炉料，采用中频感应电炉熔炼高速钢钢水;先将废钢、钼铁、金属钴、铬铁和增碳剂混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，继续将钢水升温至1586℃，保温5.5分钟后，依次加入金属铝、钒铁和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：62.72%Cr,5.70%N,0.08%C,1.16%Si,0.029%P,0.031%S,余量为Fe和不可避免的杂质);待所有炉料全部熔化后化验钢水成分，并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在：3.26%C,6.85%V,11.74%Co,12.70%Cr,1.48%Al,3.51%Mo,0.17%N,1.32%Si,4.38%Mn,0.024%S,0.031%P,余量为Fe和不可避免的杂质;然后将钢水出炉到钢包;

[0045]②钢水全部进入钢包后，采用喂丝法将金属包芯线添加到钢包内的钢水中，金属包芯线的加入量为4.3kg/吨钢水;金属包芯线的制作方法是先将颗粒状钝化镁粉(所述的颗粒状钝化镁粉，其特征在于：是在粒度为0.8～1.8mm的颗粒状金属镁粉的表面涂覆厚度0.38-0.43mm的阻燃剂，阻燃剂由质量分数30%的CaO、38%的MgCl2和32%的Al2O3组成)、30-50目的稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为：28.71%RE,40.67%Si,1.37%Mn,2.66%Ca,1.29%Ti，余量为Fe和不可避免的杂质)粉、20-60nm的TiN粉、30-50目的硅钙钡合金(所述硅钙钡合金的化学组成及质量分数为：32.52%Si,16.84%Ca,19.55%Ba,0.41%C,0.028%P,0.037%S，余量为Fe和不可避免的杂质)粉混合均匀;颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的质量组成分别为37%、36%、13%和14%，颗粒状钝化镁粉、稀土硅铁粉、纳米TiN粉和硅钙钡合金粉的总质量组成为100%;再将混合均匀的上述粉末采用厚度0.20mm低碳软钢(所述低碳软钢的化学组成及质量分数为：0.26%Si,0.57%Mn,0.16%Cr,0.18%C,0.037%P,0.021%S，余量为Fe和不可避免的杂质)钢带包装，在合金包芯线机组上滚轧成直径φ5.5mm金属包芯线;

[0046]③金属包芯线在钢水中全部熔化6分钟后，扒渣、静置钢水，当钢包内钢水温度降至1418℃时，快速将钢水浇入高速旋转的铸型内，获得轧辊外层高速钢1，铸型转速1060转/分钟，当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1290-1320℃时，将铸型转速降至860转/分钟;当轧辊外层高速钢1内表面的温度降至1000℃以下时，停机取出轧辊外层高速钢1，经清砂打磨后进行粗加工;

[0047]④粗加工的轧辊外层高速钢1随炉加热至1080℃，保温90分钟后，出炉风冷至温度低于400℃，重新入炉加热至610℃，保温8小时后，炉冷至温度低于200℃，出炉空冷;随后精加工轧辊外层高速钢1的内孔;内孔精加工好的轧辊外层高速钢1继续入炉加热至550℃，保温8小时后，炉冷至450℃时出炉，并与35CrMo中碳低合金钢辊轴2快速热装复合成一体获得高速钢组合轧辊，过盈量为0.23mm，最后将高速钢组合轧辊精加工至规定尺寸和精度，即可获得钒钴合金化高速钢轧辊，其力学性能见表1。

[0048]表1钒钴合金化高速钢轧辊力学性能

[0049]44

[0050]本发明高速钢轧辊由于钴、铝和硅的大量加入，高温硬度高，650℃下的硬度大于780HV，具有优异的高温耐磨性，在高温磨损试验机上进行650℃下的高温磨损试验，本发明高速钢轧辊材料650℃下的高温耐磨性比高铬铸铁轧辊材料提高5倍以上，比普通高速钢轧辊材料提高60%以上。本发明高速钢轧辊生产工艺简便，生产效率高，辊轴重复使用，节能降耗明显。本发明高速钢轧辊硬度高，室温硬度大于850HV，冲击韧性大于14J/cm2，抗拉强度大于820MPa，在热轧机上轧制螺纹钢，单槽过钢量和轧辊修磨量，与硬质合金轧辊相当，生产成本降低40%以上。本发明还克服了硬质合金轧辊脆性大，使用中易发生开裂事故的不足。推广应用本发明这轧辊，具有良好的经济和社会效益。

说明书附图(1)