CN101760603A - 一种辊面硬度均匀性好的复合轧辊的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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，推广使用具有很好的经济效益。
Description
技术领域
本发明为一种复合轧辊制造方法，特别涉及一种辊面硬度均匀性好的复合轧辊及其制造方法，属于轧辊制造技术领域。
背景技术
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***工程，轧钢是这一***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。
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。
发明内容
本发明是针对现有轧辊热处理技术存在的不足，提出了一种确保轧辊辊面硬度均匀的轧辊的制备方法。
本发明是在现有耐磨复合轧辊的基础上改进而成的。现有耐磨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。
辊面硬度均匀性好的复合轧辊制造方法的特点是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敷隔热材料，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。
本发明可以通过以下措施来实现，参见图1复合轧辊冷却示意图。
首先将复合轧辊在加热炉内加热至临界点AC1以上80～150℃，经保温4-6小时后后置于控冷装置(4)中，使辊身(3)置于控冷装置(4)内，辊颈(1)置于控冷装置以外，轧辊在冷却过程中以25～35rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈表面涂敷隔热材料(2)；轧辊在控冷装置(4)中，先经雾、气冷却器(5)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℃；此时入炉进行回火处理，回火加热温度450～580℃，经保温6-15小时后炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。
上述所述涂敷隔热材料(2)的厚度为2-4mm。
上述所述涂敷隔热材料(2)为导热系数小于0.08(w/m.k)的隔热材料。
本发明的原理如下：
本发明首先将轧辊加热至辊身材料的临界点AC1以上80～150℃的目的是促使基体奥氏体化，有利于随后冷却过程中获得高硬度的马氏体组织。轧辊经保温后置于控冷装置中，并使轧辊冷却过程中以25～35rpm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。同时在轧辊辊颈表明涂敷隔热材料，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。
轧辊在控冷装置中，先喷雾冷却5～15分钟，然后气冷20～60分钟。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，但是喷雾冷却时间过长，辊身内应力大，易萌生裂纹，因此，将喷雾冷却时间控制在5～15分钟，然后降低冷却速度，采用气冷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。回火的目的是为了稳定组织，消除应力，确保轧辊使用安全可靠。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明轧辊辊面硬度均匀性好，辊面硬度差小于2HSD。
2、本发明轧辊辊颈强度高、韧性好，比常用热处理工艺强度提高15～25％，韧性提高30％以上。
3、本发明轧辊使用寿命长，相同材质轧辊的使用寿命延长30～50％。
附图说明
图1为复合轧辊冷却示意图
其中1-辊颈，2-隔热材料，3-辊身，4-控冷装置，5-雾、气冷却器
具体实施方式
本发明首先将耐磨复合轧辊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(4)中，并使轧辊冷却过程中以25～35rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈(1)表面涂敷隔热材料(2)，且辊颈(1)置于控冷装置(4)以外。轧辊在控冷装置(4)中，先用雾、气冷却器(5)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。
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。
实施例1：
将辊身(3)为高碳高钒高速钢、辊颈(1)为球墨铸铁的离心铸造复合轧辊，经退火和粗加工后，在加热炉内加热至高碳高钒高速钢的临界点AC1以上150℃，经保温4小时后置于控冷装置(4)中，辊身(3)置于控冷装置(4)内，且辊颈(1)置于控冷装置(4)以外，并使轧辊冷却过程中以35rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈(1)表面涂敷隔热材料(2)，其厚度为2mm。其中高碳高钒高速钢的主要化学成分(质量分数，％)为：1.78C，4.63V，5.04Cr，2.11Nb，0.57Ni和4.89Mo。隔热材料(2)是导热系数为0.043(w/m.k)的CaO/SiO2。复合轧辊在控冷装置(4)中，先用雾、气冷却器(5)喷雾雾冷5分钟，然后气冷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580℃，经保温6小时后，炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。最后精加工至规定尺寸和精度，测量辊面硬度达到83.7～85.4HSD，辊面硬度差小于2HSD。
实施例2：
将辊身(3)为高铬铸铁、辊颈(1)为球墨铸铁的离心铸造复合轧辊，经退火和粗加工后，在加热炉内加热至高铬铸铁的临界点AC1以上80℃，经保温6小时后置于控冷装置(4)中，辊身(3)置于控冷装置(4)内，且辊颈(1)置于控冷装置(4)以外，并使轧辊冷却过程中以25rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈(1)表面涂敷隔热材料(2)，其厚度为4mm。其中高铬铸铁的主要化学成分(质量分数，％)为：2.89C，18.61Cr，1.04Ni，1.88Mo和0.17Ti。隔热材料(2)是导热系数为0.069(w/m.k)的石棉布。复合轧辊在控冷装置(4)中，先用雾、气冷却器(5)喷雾雾冷15分钟，然后气冷20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℃，经保温15小时后，炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。辊面硬度达到85.2～87.0HSD，辊面硬度差小于2HSD。
经上述处理的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。轧辊使用寿命比相同材质的轧辊延长30～50％，使用本发明工艺处理轧辊具有很好的经济效益。
Claims (3)
1.一种辊面硬度均匀性好的复合轧辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先将复合轧辊在加热炉内加热至临界点AC1以上80～150℃，经保温4-6小时后后置于控冷装置(4)中，使辊身(3)置于控冷装置(4)内，辊颈(1)置于控冷装置以外，轧辊在冷却过程中以25～35rpm的速度旋转，同时在轧辊辊颈表面涂敷隔热材料(2)；轧辊在控冷装置(4)中，先经雾、气冷却器(5)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℃；此时入炉进行回火处理，回火加热温度450～580℃，经保温6-15小时后炉冷至温度低于200℃后空冷至室温。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂敷隔热材料(2)的厚度为2-4mm。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂敷隔热材料(2)为导热系数小于0.08(w/m.k)的隔热材料。
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