[发明专利]提高高速钢轧辊热处理效率和组织质量的电脉冲处理方法

说明书

技术领域

本发明属于高速钢轧辊的热处理技术领域，特别设计一种高性能高速钢轧辊的特殊热处理方法，即在固溶处理和时效处理中间施加电脉冲处理。

背景技术

轧辊是轧钢生产中大量消耗的关键耐磨件，其质量直接影响到轧钢产品质量、劳动生产率和生产成本等；由于轧辊使用条件极其苛刻，要求轧辊必须承受相当强烈的力与热的作用，除了要有较高的强韧性，防止轧辊使用中发生断裂事故，轧辊表面还应具有良好的耐磨、耐热性能，单一轧辊材质难以满足热轧辊的要求；用强韧性好的辊芯材料与耐磨、耐热性好的辊身材料组成的复合轧辊，是轧辊发展的主要方向。

将电脉冲处理应用到材料制备中来是近年来材料制备中的一个新方向，脉冲电流在材料中的机制主要有：（1）熔体凝固过程中起到细化金属凝固组织的作用；（2）电致塑性效应；（3）导致非晶材料的晶化；（4）快速再结晶，脉冲电流可促进位错滑移和原子扩散，加快位错攀移进入晶界，增加亚晶角度，通过加快位错回复而加速再结晶形核和提高再结晶形核率；同时通过加速位错在晶界上的攀移及消失，减小形核界面两边的能量差而降低形核界面的迁移速率及再结晶核心的长大速率，进而减小完全再结晶的晶粒直径；（5）钢中的裂纹愈合等；经过电脉冲处理后材料组织和性能的转变都与电脉冲的作用机制有关，研究表明：电脉冲是一个快速非平衡过程，处理过程中存在大量有一定漂移速度的电子流与原子实之间的冲击力，在这个过程中，焦耳热引入到材料中；在金属系统中，这种由电转变为热的速度是非常快的，这样的高速加热将产生温升与热膨胀的非同步改变，即热膨胀滞后于温升，可以形成一个瞬时的热压应力，将有助于改变微结构。

本发明提出的将电脉冲运用于高速钢材料的热处理，原因在于其降低了碳化物在钢中的析出温度，改变了碳化物析出热力学动力学，降低了碳化物起始析出温度和峰值析出温度，打破了常规相平衡状态；即：通过脉冲电流处理，提高了碳化物析出均匀性和析出速度，对改善高速钢材料的组织和性能有益；但并非施加任意一种电脉冲都会起到促进析出的有益效果，其作用效果与电脉冲主要参数有关，即电流强度、脉冲频率和脉宽，所以控制适宜的电脉冲参数是实现预期目的的关键技术。

对于常规的高速钢热处理工艺，一般是高温固溶处理后，进行三道次时效热处理，工序长，能耗高，因辊身较大，有时候时效效果并不理想，即出现碳化物析出不彻底、强化效果不显著的问题；所以对高速钢轧辊进行热处理工艺改革和优化是非常必要的。

发明内容

本发明提供一种提高高速钢轧辊热处理效率和组织质量的新方法；在时效处理前施加脉冲电场处理，可以缩短时效处理时间，提高时效处理效率，并提高高速钢轧辊中碳化物析出均匀性、析出速度和析出数量，进而达到提高高速钢轧辊制造质量和制造效率。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

本发明提供一种高性能高速钢轧辊，该轧辊包括辊芯和轧辊耐磨工作层，辊芯采用球墨铸铁制作，耐磨工作层为高速钢材质，耐磨工作层的成分按质量百分含量为：C：1.5%~2.5%，V：4.0~6.0%，W：4.0%~6.0%，Mo：1.5%~4.5%，Cr：2.0%~4.0%，Zr：0.04%~0.18%， B：0.001~0.003%，Si≤0.5%，Mn≤0.5%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质中要求S<0.01%，P<0.01%，O<0.0010%。

具体制备过程为：

第一阶段：金属熔体熔炼：将低碳低合金纯净废钢、生铁或增碳剂、铬铁、钼铁、钨铁按化学成分要求混合，装入熔炼炉内加热熔化，钢水熔清后，加入铝铁预脱氧，调整合金元素C、W、Mo、Cr成分后，加入锆铁合金、硼铁合金进行Zr、B合金化，到出钢温度时，加入钒铁，在1550℃~1600℃温度范围内出钢；用冲天炉熔炼辊芯铁水，辊芯选用低合金球墨铸铁，辊芯铁水的出炉温度为1470℃。

第二阶段：离心复合浇铸：准备好铸型后，启动铸型离心旋转系统，使铸型在600~1400 r/min的转速下转动；当钢液温度高于液相线温度80~100℃时，浇铸工作层，工作层浇铸完毕，测量工作层内层表面（即复合界面）温度，当界面温度低于轧辊辊芯材料液相线温度60~80℃时，浇铸辊芯。