一种原位再生氮化钛钢基BD轧辊的制作方法

一种原位再生氮化钛钢基bd轧辊
技术领域
1.本发明属于钢铁冶金行业用轧辊制造领域，尤其涉及一种在钢液中采用原位再生方法制备含有氮化钛的钢基轧辊的制备方法。


背景技术：

2.现阶段两辊热轧钢基冶金轧辊包括开坯轧机用bd轧辊，钢坯连轧机用轧辊，板材粗轧机用轧辊，型钢粗、中、精轧用轧辊及辊环，其单件净重从3吨到49吨，铸件单重从5吨到近80吨，均属超大型铸件。
3.其轧辊及辊环现用材质包括：传统合金钢、半钢、石墨钢。主要使用的合金化元素为cr、ni、mo等。从合金钢到半钢除对应cr、ni、mo合金元素调整，其随含碳量的提高铸态组织中出现一次碳化物；石墨钢是在半钢基础上通过si含量的调整，铸态组织中除了形成一定数量一次碳化物外，同时还有一定数量的石墨析出；借助孕育 变质处理手段，改变组织中石墨以及一次碳化物形态及比例；再借助于热处理(扩散、淬火、回火)细化和调整基体组织、改善一次碳化物形态及比例，以实现所需的强度、硬度等使用性能。
4.近年来，随着技术的不断进步，合金化、高合金化得到快速发展，除了不断提高cr、ni、mo合金比例(以cr元素为例，从1.0％到2.0％、3.0％甚至到4.0％)以外，在棒线材轧机、四辊带钢轧机用轧辊的制备过程中，通过向钢液中添加一定数量的v、w、nb等合金，衍生出了高铬钢、高速钢、半高速钢轧辊，轧辊的耐磨性能得到了显著提高。
5.然而，对于两辊开坯、两辊粗轧、中、精轧机用轧辊，随着合金含量的提高，除了耐磨性提升的同时，对钢的淬透性、淬硬性，以及淬火脆性、开裂甚至断裂倾向显著增加，制造难度以及轧辊抗事故能力显著下降，制约了超大断面轧辊耐磨性的提升。因此，现阶段超大断面两辊轧机用轧辊cr、ni、mo合金含量相对较低。
6.特别对于孔型较深、轧制力较大，对抗断裂性能要求较高的开坯及型钢粗轧机轧辊，为了解决孔型内耐磨性不足及孔型形状的保持能力差问题，许多钢厂不得已采用了孔型内激光熔覆工艺，从而使生产运行费用增加，轧钢生产轧辊车修过程复杂化。
7.如何在现用钢基轧辊材质基础上(包括合金钢、半钢、石墨钢材质)，在不破坏现用材料强韧性指标前提下，通过向轧辊中添加一种或几种微量元素(如钨、铌、钒、ti等)从而大大提升轧辊的耐磨性能，一直是行业技术人员研究的方向。
8.例如ti作为有益元素，已广泛用于航空航天、医疗、精密仪器、仪表、刀具等领域，在抗高温、耐磨、耐蚀、抗氧化等方面发挥了重要作用。然而，对于冶金轧辊领域该大型特别是超大型铸钢(轧辊)产品上，由于溶入合金熔液中的单质ti，在凝固过程极容易在晶界析出，造成晶界偏析，恶化钢的材料性能，在高温热处理过程中出现晶界断裂至整个大型铸件报废。也有人曾采用向钢液中利用机械混合的方式如喷吹氮化钛(tin)粉状陶瓷颗粒的方式力求提高材料耐磨性。但由于tin粉末比重比钢液轻，喷吹的固态陶瓷颗粒容易漂浮在钢液表面(收得率很低)；另外，由于tin陶瓷颗粒表面活性较低，且其与钢液之间的表面张力将导致陶瓷颗粒表面与钢基金属很难形成完全冶金结合，而以杂质形式存在于轧辊材料当
中，使用时极易出现脱落。
9.如何利用ti合金在钢中的有利作用，消除和解决ti合金在超大铸钢件中的不利影响，在传统钢基轧辊材质基础上，用较低的成本，通过少量的合金化，在不恶化轧辊性能为条件下，提升传统轧辊的综合机械性能，提高轧辊寿命是本发明所要解决的技术问题。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本发明提供一种原位再生氮化钛钢基bd轧辊，通过该制备方法制备而成的轧辊，在不破坏原钢基基体强度性能指标的前提下，具有提升耐磨性能的作用。
11.一种原位再生氮化钛钢基bd轧辊，包含合金钢bd轧辊，与石墨半钢bd两部分综合成分范围，其是以钢基轧辊原料配比为c0.6
‑
1.4％、si0.4
‑
1.0％、mn0.5
‑
1.2％、cr0.8
‑
1.5％、ni0.2
‑
1.5％、mo0.2
‑
0.8％、v0.01
‑
0.2％、al0.02
‑
0.03％为基础，通过常规熔炼去除有害杂质至其含量为p≤0.03％、s≤0.025％、[o]≤0.0015％后，向合金熔液中添加含钛合金与含氮合金，使合金熔液中钛含量达ti0.02
‑
0.05％、氮含量达[n]≥0.020％～0.03％；在中频炉中于1500℃～1680℃下利用电磁感应自然搅拌≥40分钟，使高温熔融状态的合金熔液中的ti与n相互充分作用，在原位合金熔液中生成以悬浮状态的熔点为2950℃的纳米级(φ5
‑
20um)tin颗粒(即原位再生氮化钛颗粒)；然后在lf精炼钢包(或精炼炉)中向所得合金悬液中吹入纯氮气，使合金悬液中总氮含量达[n]0.03
‑
0.04％，借助于高富氮气泡的作用与合金悬液中残留的ti，进一步生成高熔点纳米级原位再生tin微颗粒，得原位再生氮化钛钢基bd轧辊的合金悬液；再通过孕育、变质处理得合金混合悬液，浇注、热处理得原位再生氮化钛钢基bd轧辊。
[0012]
优选地，含钛合金选自氮化铬铁(如fencr
10
)。
[0013]
优选地，含氮合金选自钛铁(如feti
50
)。
[0014]
优选地，浇注是根据不同铸造工艺的需要，采用静态整体铸造、或静态冲洗复合铸造、或动态离心复合铸造，将经原位再生氮化钛处理的合金混合悬液注入所需的轧辊铸型内。该铸型包括铸造下辊颈部位的底座箱、铸造辊身部位的冷型、铸造上辊颈部位的上箱、冒口箱以及浇道系统。其中：所述底座箱铸型是由金属型箱体内壁挂15
‑
25mm砂型 3
‑
5mm耐高温涂料；所述铸造辊身部位的冷型为静态铸造用冷型部位时，采用金属型箱体内壁挂15
‑
20mm砂型 3
‑
5mm耐高温涂料；所述铸造辊身部位的冷型为动态离心铸造冷型部位，采用金属型箱体内壁挂3
‑
5mm耐高温覆膜砂；上箱部位采用金属外箱 150～200mm砂型 3
‑
5mm耐高温涂料；冒口箱部位采用金属外箱 200～300mm砂型 50～80mm绝热冒口套；浇道系统由金属外箱 30
‑
50mm砂型 10～15mm耐火砖管。
[0015]
其中，铸造凝固过程：当含有悬浮态原位再生tin颗粒的合金混合悬液浇入铸型后，受铸型的冷却作用，靠近金属附近的合金混合悬液随着温度降低，在后续凝固过程中，凝固前沿初始奥氏体晶粒优先在tin颗粒基础上形核与长大；对于含有一次碳化物的半钢或石墨钢材质，其一次碳化物优先在tin颗粒基础上形核与长大；对于含有石墨的石墨钢材质，共晶石墨也优先在tin颗粒基础上形核与长大；随着凝固的不断进行，结晶前沿由下往上，由外向里，由下辊颈经辊身、上辊颈到冒口推进，通过顺序凝固过程，最终完全凝固。
[0016]
由于原生tin颗粒的非均匀形核作用，起到了细化、均匀组织的效果，起到了细化
铸件原始晶粒度的作用，为后续热处理、提高材料机械性能等创造了条件。
[0017]
其中，热处理过程：沿用传统合金钢、半钢、石墨钢材质轧辊热处理工艺，对于轧辊规格较大的bd轧辊，以及规格偏大含碳量较高、合金含量较高的高碳合金半钢与石墨钢等轧辊及辊环，采用毛坯热开箱直接进行扩散球化热处理，然后经粗开孔型加工后，进行淬火 回火热处理；对于规格偏小以及含碳量、合金含量偏低的型钢粗中轧辊，也可采用冷开箱，然后经粗开孔型加工后，进行扩散球化 淬火 回火热处理。
[0018]
对于铸件中含有纳米级原位再生tin颗粒的钢基轧辊，在后续热处理(扩散球化热处理、淬火 回火处理)过程当中，在经过再结晶温度(720℃)时，又起到了再结晶非均匀形核核心作用，同时在长时间高温扩散(≥1050℃)过程中，又起到了阻止晶粒过渡长大作用。
[0019]
其中：传统钢基轧辊材料可以根据生产的钢种是合金钢、半钢、石墨钢轧辊材质。
[0020]
本发明利用了原位再生的原理，与传统(喷吹粉状氮化钛颗粒方法及单纯进行ti微合金化)方法比，主要通过向制备好的高温合金悬液中加入含ti合金与含n合金，在熔炼过程从高温合金悬液中直接生成极微小的纳米级tin颗粒，进一步向合金熔液中通过吹入纯氮气，在高富氮气泡作用下，使溶解在合金悬液中的单质ti和n元素进一步形成tin颗粒，从而使90％以上的ti单质形成2950℃的高熔点、高显微硬度1800～2100hv、颗粒当量直径在φ5～20um的极稳定的高耐磨相tin(氮化钛)颗粒。如此通过tin在冶炼过程从钢液中原位再生，消除了游离在合金悬液中的ti单质在凝固后期晶界偏析倾向的不利影响，与此同时，还具有细化、均匀组织、提高耐磨与强韧性指标作用。
[0021]
由于本发明是通过钢液中原位再生析出的tin颗粒，其本身又是作为后期形核的核心，包括初生奥氏体、石墨、碳化物组织相，以此为核心形核与长大。使其作为金属凝固过程不可分割的一个单元，彻底解决了外加固态粉状tin颗粒与钢液组织间的亲和问题，完全解决了ti在晶界偏析作为有害相的不利影响。
[0022]
tin本身作为高耐磨支点显微硬度较高1800
‑
2100hv，是普通碳化物(fe3c，900
‑
1000hv)的两倍以上，通过控制tin的足够数量，在不破坏原钢基基体强度性能指标的前提下，起到提升耐磨性能的作用。
[0023]
该轧辊广泛用于黑色冶金以及不锈钢热轧制领域，特别是两辊型钢开坯(bd)机用轧辊；利用该原位再生tin钢基轧辊制备原理，还可以生产用于两辊钢坯连轧机、两辊板带钢粗轧机，两辊型钢中精轧机用轧辊及辊环的制造领域；适合于含碳量c0.55
‑
0.75％的合金钢钢基轧辊、含碳量c1.0
‑
1.8％的半钢及石墨钢钢基轧辊与轴环装配轧辊及辊环的制造领域。其适用于外圆直径在ф850～2500mm，辊身长度(或辊环轴向长度)l200～2500mm的大型铸造辊环、筒状铸件及整体或复合轧辊生产，具有优良的使用特性、经济实用性和推广价值。
附图说明
[0024]
图1为本发明提供的是本发明提供的一种采用静态整体顶铸方法制造的，适用于单机架bd或双机架bd1、bd2的、原位再生氮化钛钢基bd轧辊制备的合金铸钢bd轧辊与石墨半钢bd2示意图；
[0025]
图2为本发明提供的组合式辊身轴环装配bd轧辊结构示意图；
[0026]
图3为本发明提供的热处理状态的含原位再生tin的石墨钢辊工作层的金相组织
示意图；
[0027]
图4为辊身分段组合式轴环装配bd轧辊装配步骤示意图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步具体的说明。
[0029]
本发明提供的原位再生氮化钛的钢基轧辊材料的冶炼方法可以通过现有技术或其改进制备各类钢基轧辊，如通过整体铸造方法生产静态整体原位再生氮化钛钢基bd轧辊；通过离心复合分段铸造 轴环装配机械组合方法生产离心轴环装配的原位再生氮化钛钢基组合bd轧辊(用于轧制规格偏小的小型h型钢或异型型钢)；利用原位再生氮化钛的钢基轧辊材料的冶炼制备原理，通过冲洗复合铸造方法生产静态冲洗复合原位再生氮化钛钢基带钢粗轧辊；利用该原理，通过离心复合铸造方法生产离心复合原位再生氮化钛钢基复合型钢中、精轧轧辊及轴环装配轧辊辊环。下面以实施例的形式作部分列举，实际上原位再生氮化钛的钢基轧辊原料可制备的钢基轧辊只需按照所设定的硬度要求进行合理化加工，并不局限于以下实施例。
[0030]
实施例1：
[0031]
如图1所示，是本发明提供的一种采用静态整体顶铸方法制造的，适用于单机架bd或双机架bd1的、原位再生氮化钛钢基bd轧辊制备的合金铸钢bd轧辊，其具体制备步骤为：
[0032]
(1)造型：根据生产的产品规格及工艺，分别对铸造下辊颈部位用底箱、辊身部位用冷型、上辊颈用上箱及冒口进行造型；烘烤干燥；并将底箱、冷型箱、上箱、冒口箱依次连接后组型(合箱)。
[0033]
(2)冶炼：将各原料加入中频炉中熔炼，扒渣，原始钢基合金熔液的化学成分按如下范围的中下限进行粗调整：c0.6
‑
0.75％、si0.4
‑
0.8％、mn0.5
‑
1.2％、cr0.8
‑
1.5％、ni0.2
‑
1.2％、mo0.2
‑
0.8％、v0.01
‑
0.2％、al0.02
‑
0.03％以及余量fe和不可避免的杂质(p≤0.03％、s≤0.025％，经脱氧[o]≤0.0015％)，扒渣，加入含钛与含氮合金至ti和[n]含量调整为ti0.02
‑
0.03％、[n]0.02
‑
0.03％，再在1580℃下利用中频炉自带的电磁搅拌保持40分钟以上，使单质ti与钢液中的[n]相互充分反应进行初步化合形成当量为φ5
‑
20nm的tin颗粒；
[0034]
(3)精炼：将步骤(2)所得合金悬液出至带底吹氮气装置的lf精炼钢炉中精炼，对各化学成分进行精细调整至工艺中限，并调整至ti0.02
‑
0.05％，同时由包底吹入工业氮气，使钢液中[n]≥0.03
‑
0.04％，并在1650℃下保持吹氮气40分钟以上，在高富氮气泡作用下，高富氮气泡在与合金悬液混合搅拌上升的过程中，完成合金悬液中的单质ti与n反应向tin充分转变(转化率90％以上)；形成弥散在1500℃以上的高温合金悬液中的高熔点(2950℃)、高显微硬度(1800
‑
2100hv)、极稳定的、当量直径φ5
‑
20um的高耐磨相tin(氮化钛)悬浮颗粒(同时合金悬液中的单质ti达到痕迹量)；对上述含有tin颗粒的合金悬液进行常规孕育和变质处理，得合金混合悬液；
[0035]
(4)浇注：将浇注温度控制为比传统过热度值低5℃左右，采用静态整体顶铸式铸造方法对步骤(3)所得合金混合悬液进行浇注，具体是：在步骤(3)所得合金混合悬液的温度为tl液相线温度 (35～40)℃时，将合金混合悬液由冒口箱上口沿中心轴线注入到合好的轧辊型腔(下辊颈箱体底箱 辊身箱体冷型箱 上辊颈箱体上箱 冒口箱)。浇速控制在下
辊颈与辊身部位采用快速浇注，并在上辊颈与冒口采用慢速浇注提高补缩效果，同时冒口用发热剂和保温剂覆盖保温；
[0036]
轧辊凝固过程中，弥散悬浮在合金混合悬液中的原位再生tin微小颗粒，作为初生奥氏体相的初始形核核心，在此基础上形核、并长大，进而起到了细化和均匀组织、细化铸件原始晶粒度的作用，为后续热处理、提高材料机械性能等创造了条件；
[0037]
(5)合金钢bd轧辊的(扩散退火与正火 回火)热处理：步骤(4)所得凝固后的毛坯辊的辊身部位温度冷却至700～800℃时，进行热开箱(即脱掉底箱、冷型箱、上箱及冒口箱)后，热态进高温热处理炉，进行1000
‑
1050℃整体扩散，后空冷至600℃，进炉保温减缓断面温差带来的应力，然后炉冷至室温，完成扩散退火热处理后，对其粗开孔型加工(留后续热处理脱碳、变形及热后粗加工所需的余量)，再进行920
‑
950℃正火 560
‑
590℃回火热处理，炉冷至室温进入后续热后粗车、精车工序；
[0038]
在该扩散及正火热处理过程当中，当轧辊温度经过再结晶转变点(720℃)时，分布在原始已凝固的铸件基体当中的微小弥散tin颗粒，作为非均匀形核核心，区别于常规合金钢材料，再结晶晶核优先以tin颗粒表面形核与长大，起到细化晶粒的有益作用，在高温1000℃以上扩散长时间保温情况下，该tin颗粒又起到了阻止晶粒过度长大；弥散分布于金属基体上的原位再生氮化钛颗粒作为整体材料的部分，完全融合在基体组织之中，形成了分布于基体之上的，含有面积百分比在0.3
‑
0.8％的tin(氮化钛)颗粒形式的新型合金铸钢bd轧辊。
[0039]
本实施例所得原位再生tin合金铸钢bd轧辊的最终化学成分为：c0.65％、si0.45％、mn0.9％、p≤0.025％、s≤0.008％、cr1.0％、ni0.8％、mo0.4％、v0.015％、ti0.035％、[n]≥0.035％、al0.025％、[o]0.0012％，以及余量fe和不可避免的杂质。由于高硬耐磨相的加入不仅使得轧辊硬度、耐磨性指标得到提升，同时由于其细化组织作用，其强韧性指标也得到了一定改善。其轧辊实物辊身工作层硬度达到45hsd；材料抗拉强度达到1100mpa。在同钢号、相同硬度级别情况下，较传统工艺抗拉强度、延伸率韧性等性能指标提升30％以上。
[0040]
实施例2：
[0041]
如图1所示，是本发明提供的一种采用静态整体顶铸方法制造的，适用于双机架bd2的、原位再生氮化钛钢基bd轧辊原料制备的石墨半钢bd轧辊，其具体制备步骤为：
[0042]
(1)造型：同实施例1；
[0043]
(2)冶炼：本实施例区别于实施例1步骤(2)之处在于，是将原始钢基合金熔液的化学成分调整为：c1.2
‑
1.4％、si0.4
‑
1.0％、mn0.5
‑
1.2％、cr0.8
‑
1.5％、ni0.5
‑
1.5％、mo0.2
‑
0.8％、v0.01
‑
0.2％、ti0.02
‑
0.05％、al0.02
‑
0.03％、[n]0.02
‑
0.04％，其余为fe的钢基合金材料，另外p、s、[o]作为有害元素通常p≤0.03％、s≤0.025％、经脱氧[o]≤0.0015％、扒渣(先在中频炉内按工艺下限粗调合金化学成分，包括ti调整到ti0.02
‑
0.03％、[n]≥0.02
‑
0.03％)，在1580℃下利用中频炉自带的电磁搅拌保持40分钟以上，使单质ti与钢液中的[n]进行初步化合形成tin。
[0044]
(3)精炼：本实施例与实施例1步骤(3)的区别仅在于，在1600℃下保持吹氮气40分钟以上；常规孕育和变质处理后的合金混合悬液成品中si含量达0.6
‑
1.5％；
[0045]
(4)浇注：采用顶铸式静态整体铸造方法，操作步骤同实施例1步骤(4)；
[0046]
与合金钢的区别是：轧辊凝固过程中，弥散悬浮在合金混合悬液中的原位再生tin微小颗粒，除作为初生奥氏体相的初始形核核心外，同时也是伪共晶碳化物相及石墨相的初始形核核心；
[0047]
(5)石墨半钢bd轧辊(扩散 球化退火与正火 回火)热处理：与实施例1步骤(5)不同的是，在步骤(4)所得凝固后的毛坯辊的辊身部位温度冷却至700～800℃时，脱掉底箱、冷型、上箱及冒口进行热开箱后，热态进高温热处理炉进行整体1050
‑
1100℃扩散空冷后至再结晶转变点一下(550
‑
600℃)进炉，进行780
‑
830℃球化预备热处理，然后炉冷至室温，完成扩散 球化退火热处理后，进行粗开孔型加工(留后续热处理脱碳、变形及热后粗加工所需的余量)后，进行950
‑
980℃正火 550
‑
580℃回火热处理，炉冷至室温进入后续热后粗车、精车工序；
[0048]
在该扩散 球化及正火热处理过程当中，当轧辊温度经过再结晶转变点(720℃)时，分布在原始已凝固的铸件基体当中的微小弥散tin颗粒，作为非均匀形核核心，区别于常规石墨半钢材料，再结晶晶核优先以tin颗粒表面形核与长大，起到细化晶粒的有益作用，在高温1000℃以上扩散长时间保温情况下，该tin颗粒又起到了阻止晶粒过度长大；弥散分布于金属基体上的原位再生氮化钛颗粒作为整体材料的部分，完全融合在基体组织之中，形成了分布于基体之上的，含有面积百分比在0.3
‑
0.8％的tin(氮化钛)颗粒形式的新型石墨半钢bd轧辊。
[0049]
区别于合金钢材质，在扩散热处理过程，除了消除晶间偏析作用以外，另一个重要作用是使铸态一次网状碳化物断开，优化碳化物形态；正火 回火过程除了细化晶粒外，使溶于过饱和奥氏体中的合金以颗粒状二次碳化物形态析出，tin颗粒同样对优化二次碳化物起到了促进和催化作用。
[0050]
本实施例所得的原位再生tin石墨半钢bd轧辊的最终化学成分为：c1.25％、si1.3％、mn0.95％、p0.028％、s0.004％、cr1.1％、ni1.15％、mo0.45％、v0.015％、ti0.03％、[n]0.03％、al0.03％、[o]0.0015％，其余为fe。其实物辊身工作层硬度达到50
‑
53hsd；材料抗拉强度达到1000mpa。在同钢号、相同硬度级别情况下，较传统工艺抗拉强度、延伸率韧性等性能指标提升30％以上。
[0051]
实施例3：
[0052]
如图2所示，是本发明提供的一种辊身部位采用离心复合分段制造方法，辊轴采用锻钢制造，辊身与辊轴最后通过热装组合到一起的轧辊，适用于双机架bd2的、原位再生氮化钛钢基bd轧辊原料制备的石墨半钢bd轧辊，其具体制备步骤为：
[0053]
(1)造型：根据生产的产品规格及工艺将辊身部位分成多段，辊身部位用冷型按照分段铸造或几段合并铸造，再进行机械切割为各段要求规格。
[0054]
其中：所述铸造辊身部位的冷型为动态离心铸造冷型，包括：辊身筒状金属型部位(采用金属型箱体内壁挂3
‑
5mm耐高温覆膜砂)，两端为金属端盖外箱内部采用耐火混凝土打结而成，外表面涂刷2
‑
3mm高温耐火涂料。并通过造型、干燥烘烤，组型待浇注。
[0055]
(2)冶炼：辊身部位外层材质化学成分范围：在中频炉内溶淸后按工艺要求范围中限进行化学成分调整：c1.2
‑
1.8％、si孕育前0.4
‑
1.0％、mn0.5
‑
1.2％、p≤0.03％、s≤0.025％、cr0.8
‑
1.5％、ni0.5
‑
1.5％、mo0.2
‑
0.8％、v0.01
‑
0.2％、ti0.02
‑
0.05％、[n]0.02
‑
0.03％、al0.02
‑
0.03％、[o]≤0.0015％，其余为fe。在1580℃下利用中频炉自带的电
磁搅拌保持40分钟以上，使单质ti与钢液中的[n]进行初步化合形成tin。
[0056]
(3)精炼：然后扒渣出炉至带底吹氮气的钢水包中，并进行常规孕育和变质处理后的合金混合悬液成品中si含量达0.6
‑
1.5％；将在1550～1600℃下保持吹氮气20分钟以上，使[n]0.03
‑
0.04％，在高富氮气泡作用下，完成金属液中90％以上的单质ti与[n]反应向tin转变；形成弥散悬浮在1500℃金属液中的高熔点(2950℃)、高显微硬度(1800
‑
2100hv)、极稳定的、当量直径φ5
‑
20um的高耐磨相tin(氮化钛)颗粒。
[0057]
(4)辊身部位离心复合浇注：
[0058]
1)首先辊身部位采用离心浇注方法，先浇入调整好的原位再生tin外层金属液；
[0059]
2)浇注温度控制比传统过热度值低5℃左右；
[0060]
3)在离心高速旋转状态下，外层金属液优先由铸型表面凝固并随时间推迟工作层不断加厚，在外层凝固过程中，弥散悬浮在金属液中的原位再生tin微小颗粒，作为初生奥氏体、一次碳化物以及共晶石墨等相的初始形核核心，进而起到了细化和均匀组织、细化铸件原始晶粒度的作用，为后续热处理、提高材料机械性能等创造了条件；
[0061]
在计算外层金属液凝固层超过要求厚度 30
‑
40mm(外层内表面仍处于半固态)时，在离心铸型高速旋转状态下，填入复合层金属液(c1.0
‑
1.3、si1.5
‑
1.8、p≤0.03、s≤0.025、mn0.5
‑
1.2、cr0.1
‑
0.2、ni0.2
‑
0.5、mo0.1
‑
0.2)，使其余外层得到良好冶金结合。
[0062]
(5)扩散热处理、正火热处理过程：凝固后的辊身部位毛坯辊套通过热开箱后，进热处理炉进行整体进行扩散热处理后，进行粗加工按成品规格形状留热处理余量进行正火热处理过程；扩散热及正火热处理过程中，分布在外工作层内的原始已凝固铸件基体当中的微小弥散tin颗粒，在后续热处理过程当中，在经过再结晶温度时，1)作为非均匀形核核心在此基础上形核长大进一步细化外层晶粒，2)并且在高温下阻止外层晶粒无限长大。
[0063]
(6)经热处理结束的原位再生氮化钛石墨半钢复合辊环及42crmo锻钢轴经半精加工(装配圆柱面配合公差，以轴为基准，辊环内孔配合过盈量为装配直径的0.65
‑
0.75
‰
)后，采用对辊身部位辊环加热至300
‑
350℃，与室温状态的42crmo锻钢轴进行轴环热装配后，含有原位再生氮化钛石墨半钢机械装配轧辊，整体进行精加工至成品尺寸。
[0064]
组装及后续加工步骤：
[0065]
1)先将制备好的室温锻钢辊轴垂直安放在专用支架上，辊轴辊身端部法兰在下方；
[0066]
2)再组装辊身部件1，将加热好的300
‑
350℃辊身部件1按照规定朝向垂直安装到辊轴上；
[0067]
3)依次组装加热好的300
‑
350℃辊身部件2、辊身部件3垂直安装到辊轴上；
[0068]
4)将组装好的辊身部件1、辊身部件2、辊身部件3外表面用陶瓷纤维包裹，使其与轧辊辊轴一起缓慢冷却到室温；
[0069]
5)拆除辊身表面陶瓷纤维，将轧辊水平放置，安装端部带内螺纹的锁紧环，并锁紧；
[0070]
6)按成品图纸精加工，安装两侧辊颈挡水圈；
[0071]
7精修抛光，结束。
[0072]
本实施例所得的原位再生tin石墨半钢辊身组合式轴环装配bd轧辊的最终化学成分为：c1.65％、si1.45％、mn0.90％、p0.025％、s0.005％、cr1.35％、ni1.25％、mo0.40％、
v0.015％、ti0.03％、[n]0.035％、al0.03％、[o]0.0015％，其余为fe。其实物辊身工作层硬度达到55hsd；辊颈锻钢轴抗拉强度达到1020mpa。
[0073]
原位再生tin的钢基轧辊金相组织与使用效果
[0074]
以原位再生tin的石墨半钢bd轧辊为例，经对成品热处理状态的轧辊工作层进行金相组织检验验证，在未腐蚀的50倍显微镜下观察，在视场中，除含有一定数量的球状石墨分布外，还含有面积百分比在0.3
‑
0.8％的tin(氮化钛)颗粒均匀、弥散分布于金属基体之上，在100、200倍光学显微镜下呈金黄色(菱形、三角形、方形形貌)，当量直径φ5
‑
20um，500倍光学显微镜下，可观察到其金黄色tin颗粒，与石墨、一次碳化物、以及基体共生，证实了凝固过程作为石墨、一次碳化物以及初生奥氏体晶粒核心的作用，从金相组织中，未发现晶界tin聚集(偏析)现象，如图2所示。
[0075]
采用原位再生tin的钢基(合金钢bd辊、石墨半钢bd辊、石墨半钢辊身分段组合式轴环装配bd)，经上机试轧，除满足了正常工况轧使用环境(未出现因tin引发的断辊、剥落问题)外，其耐磨性能在传统材质基础上提升了30～50％，收到了较好的使用效果。