CN102634738B - 一种具有粗糙度保持能力的支承辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有粗糙度保持能力的支承辊，其化学成分按质量百分配比为：C：0.40～0.70％；Si：0.40～0.80％；Mn：0.50～0.80％；Cr：4.5～5.5％；Mo：0.40～1.00％；V：0.30～0.50％；Ni：0.40～0.60％，还含有Nb：0.05～0.30％；Ti：0.05～0.30％的一种或两种，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开了上述支承辊的制造方法，生产出的支承辊的粗糙度保持能力上有很大的提升。

Description

一种具有粗糙度保持能力的支承辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金轧辊制造领域，特别涉及一种用于板带冷轧机的支承辊及其制造方法。

背景技术

大型板带轧机是现代化冶金企业的关键工艺设备，而支承辊是轧机中的关键核心部件，用来支承工作辊或中间辊，增强其刚度。支承辊的使用性能直接决定着轧机稳定、产线顺行、生产消耗及产品质量。

目前，各大钢厂冷轧产线的高等级支承辊主要采用5％Cr锻钢系列，C含量在0.4～0.6wt.％之间，Cr含量在2.0～5.0wt.％，此外含有少量的Mo、V等合金元素。5％Cr锻钢支承辊能够满足普通板材的生产需要，但在匹配高耐磨工作辊(或中间辊)生产汽车外板、家电面板等高表面质量板材时，暴露出了粗糙度快速衰减的问题，当粗糙度Ra值衰减到低于0.1μm(针对现场某机组而言)时将导致支承辊与工作辊(或中间辊)之间产生打滑现象，被迫停机提前更换支承辊。针对这一问题，现有的专利、文献中无相关解决方案，现场采取的方案是修磨过程中将辊面粗糙度Ra值提升到1.0μm以上并控制此种情况下支承辊的换辊轧制公里数，从而避免打滑现象的发生。但是此方案并没有从根本上解决轧制过程中辊面粗糙度快速衰减的问题，且在生产高附加值的产品时控制换辊轧制公里数将降低生产效率，从而提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有粗糙度保持能力的支承辊及其制造方法，通过添加Nb、Ti等强碳化物形成元素，形成立方颗粒状碳化物，轧制磨损时脱落在支承辊辊面形成摩擦划痕，从而使辊面能够保持一定的粗糙度水平。按照此方法制造的支承辊粗糙度保持能力优于现有技术的支承辊。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种用于板带冷轧机、具有粗糙度保持能力的支承辊，其化学成分按质量百分配比为：C：0.40～0.70％；Si：0.40～0.80％；Mn：0.50～0.80％；Cr：4.5～5.5％；Mo：0.40～1.00％；V：0.30～0.50％；Ni：0.40～0.60％，还含有Nb：0.05～0.30％；Ti：0.05～0.30％的一种或两种，其余为Fe和不可避免的杂质。

其中，Nb和Ti的质量百分比优选为符合下式关系：

0.10≤Nb+Ti≤0.30                                    (1)

下面对本发明中合金元素含量的限定理由以及对Nb和Ti的含量质量百分比的优选关系式进行说明。

关于C：0.40～0.70％

C在支承辊材料中的作用包含两个方面，一方面形成马氏体或贝氏体基体，提供轧辊的基本性能；另一方面与Cr、Mo、V等合金元素形成碳化物第二相，提高耐磨性能，因此C的含量不宜过低，但过高则会形成高碳含量的基体，影响塑性和韧性，综合考虑控制在0.40～0.70％。

关于Cr：4.5～5.5％

支承辊材料中Cr元素具有很重要的作用，一方面部分融入基体起到固溶强化的作用，提高材料的淬透性能和抗回火性能；另一方面形成M7C3型碳化物，有效提高材料的耐磨性能，综合考虑控制在4.5～5.5％。

关于Mo：0.40～1.00％

Mo在支承辊材料中的作用与Cr类似，一方面融入基体起到固溶强化的作用，提高材料的抗回火性能，另一方面形成M2C型碳化物，有效提高材料的耐磨性能，但是由于Mo元素较为昂贵，且添加量过多会提高材料的制造难度，综合考虑控制在0.40～1.00％。

关于V：0.30～0.50％

V在支承辊材料中的作用主要是形成MC型碳化物，细化晶粒并有效提高材料的耐磨性能，同样由于V元素较为昂贵，且添加量过多会提高材料的制造难度，综合考虑控制在0.30～0.50％。

关于Si、Mn、Ni

上述3种合金元素在支承辊材料中的主要作用是强化基体和提高材料的淬透性，添加量过多则会影响材料的塑性和韧性，综合考虑控制在Si：0.40～0.80％；Mn：0.50～0.80％；Ni：0.40～0.60％。

关于Nb和Ti含量质量百分比的优选关系式

Nb和Ti均为强碳化物形成元素，添加在支承辊材料中形成硬度非常高、立方体形态的MC型碳化物，添加量如果过少，对提高材料的粗糙度保持能力没有显著效果，若添加量过多，则易聚集形成粗大的块状碳化物，大量脱落后恶化支承辊表面，且对支承辊的综合性能不利。综合考虑控制在0.10≤Nb+Ti≤0.30。

另外，本发明还提供一种支承辊的制造方法，上述百分配比的支承辊按照如下工艺流程制造：冶炼→锻造→锻后热处理→粗加工→超声波探伤→预备热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。

其中冶炼采用电炉+炉外真空精炼+真空吹氩铸锭双真空工艺保证钢液的纯净度，锻造采用宽砧强力压下锻造工艺，经预拔长+墩粗+再拔长三火锻造而成，墩粗比和拔长比均在2～3左右，辊坯整体长度上得到充分压实，打碎粗大的碳化物，细化晶粒。锻后热处理采用900～1000℃正火+球化退火工艺，以获得细晶粒的球状珠光体组织。预备热处理采用台式车炉加热+980～1020℃油淬+650～700℃高温回火工艺，以获得细晶粒的回火索氏体组织。

特别在最终热处理，包括差温炉加热、喷雾淬火和高温回火，所述最终热处理工艺参数为：差温炉加热温度为1020～1080℃，保温时间为3～6小时，喷雾冷却5～30小时，所述高温回火温度为480～520℃、保温时间为10～20小时。

Nb、Ti碳化物的存在提高了轧辊材料的晶粒粗化温度，最终热处理可以采用相对较高的奥氏体温度，并通过高温回火得到大量的析出碳化物。

本发明在5％Cr系列支承辊材料基础上添加了Nb、Ti等强碳化物形成元素，并控制两种合金元素的总量范围，结合优化的热处理方法，制造的支承辊取得如下技术进步：

(1)Nb和Ti均为强碳化物形成元素，在钢中优先形成MC类型碳化物，形态多为立方颗粒状，尺寸在1～2μm，分布弥散。此类碳化物熔点高，自液相析出后在后续的热处理过程中均不会发生熔解，同时其硬度也很高，在轧制磨损时易发生脱落并在支承辊辊面形成摩擦划痕，从而使辊面能够保持一定的粗糙度水平；

(2)由于Nb、Ti碳化物的存在提高了轧辊材料的晶粒粗化温度，最终热处理采用较高的奥氏体温度，并通过高温回火得到大量的析出碳化物，保证了支承辊的耐磨性能。

采用本发明的材料和制造方法生产的支承辊，能够有效的提高粗糙度保持能力，生产高附加值产品时达到正常的换辊轧制公里数，提高生产效率，从而降低了生产成本。

附图说明

图1表示出NbC或TiC碳化物颗粒在轧制过程中的脱落示意图。

图2表示出NbC或TiC碳化物颗粒脱落对辊面的划擦示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

各实施例的制造方法工艺步骤与实施例1基本相同，不同之处见表1。

表1

由于NbC或TiC碳化物颗粒熔点高，自液相析出后在后续的热处理过程中均不会发生熔解，同时其硬度也很高，在轧制磨损时易发生脱落，如图1和图2所示，并在支承辊辊面形成摩擦划痕，从而使辊面能够保持一定的粗糙度水平。

按照本实施例的材质和制造工艺制作了φ1000mm×1420mm实物支承辊，辊面平均硬度值为68HSD，在支承辊工作层取样进行双环滚动摩擦模拟实验，模拟支承辊的轧制状态，摩擦副为5％Cr工作辊材料，载荷2000N，转速400r/min，转动周期为48000转，滚动摩擦试验前辊面粗糙度Ra值为0.85μm，试验后辊面粗糙度Ra值为0.39μm。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有粗糙度保持能力的支承辊，其化学成分按质量百分配比为：C：0.40～0.70％；Si：0.40～0.80％；Mn：0.50～0.80％；Cr：4.5～5.5％；Mo：0.40～1.00％；V：0.30～0.50％；Ni：0.40～0.60％，还含有Nb：0.05～0.30％；Ti：0.05～0.30％的一种或两种，且Nb和Ti的质量百分比符合下式关系：0.10≤Nb+Ti≤0.30；其余为Fe和不可避免的杂质；所述含量的Nb和Ti元素形成形态多为立方颗粒状的MC类型碳化物，该MC类型碳化物多为立方颗粒状，尺寸在1～2μm，分布弥散。

2.如权利要求1所述的具有粗糙度保持能力的支承辊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）冶炼；

（2）锻造；

（3）锻后热处理；

（4）粗加工；

（5）超声波探伤；

（6）预备热处理；

（7）半精加工；

（8）最终热处理：差温炉加热、喷雾淬火和高温回火，所述最终热处理工艺参数为：差温炉加热温度为1020～1080℃，保温时间为3～6小时，喷雾冷却5～30小时，所述高温回火温度为480～520℃、保温时间为10～20小时；

（9）精加工。