CN103173681B - 一种用skd-11钢材的冷轧钢工作辊及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊，该钢材中含有的化学成分分别为C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Cu、P、S、Fe和不可去除的杂质。将该钢材通过下述加工工艺制成冷轧钢工作辊，首先将SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件，将工作辊件进行球化退火处理，进行第一次淬火处理，再将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理再进行第二次淬火处理，将工作辊件吊装置中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至30mm，最后将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理。该工作辊具有成本较低，便于加工，较高的耐磨性、抗弯性、淬透性、抗回火性及抗事故性等特点。

Description

一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种轧辊，具体涉及一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊及其生产工艺。

背景技术

钢的冷轧工艺于19世纪中叶始于德国，当时只能生产低碳钢20 ~25mm窄带，美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢。1924年在美国的阿姆科钢铁公司巴特勒（Bulter）建成世界上第一套三机架四辊串列式冷轧机，从上世纪50年代美国开始建造五机架 串列式冷轧机。为轧制更薄的镀锡原,上世纪60年代初美国杨斯 顿板管公司建成世界上第一套六机架冷连轧机。日本新日铁广畑厂的过程联合全连续生产线(FIPL)，于1986年开工，广畑厂自FIPL线投产后产量激增，工时利用率高达95％，收得率增至96.9%，能耗下降40％。该厂FIPL在全世界首次将酸洗－冷轧－ 连续退火及精整过程实现全连续生产。   

我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单 机架可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机架可逆式冷轧机， MKW偏八辊轧机、1150mm森吉米尔二十辊冷轧机。上世纪70年代 投产了我国第一套1700mm五机架冷轧机，1988年建成了2030mm五 机架连续冷轧机。冷连轧机发展至今已拥有全连续冷轧、快速换 辊、液压压下、弯辊装置和自动控制等新技术。高精度冷带及板形控制技术和计算机全过程控制技术得到广泛应用，轧制速度高达35－41.6m/s，最大卷重达60t。

现代工业对冷轧板带钢的质量要求愈来愈高，对品种要求愈来 愈广泛，对产量要求也愈来愈大，因而冷轧板带的生产增长很快。冷轧板带的产量在工业发达国家已占钢材总产量的30％左右。自1996年我国钢年产量达一亿吨以上，一直稳据世界钢产量第一。据统计2004年到11月中国钢产量达24529.3万吨，预计全年钢产量达2.7亿吨以上，其总量已达全世界总产钢量的近30%，但在钢材品种和质量上与国外发达国家还存在一定差距。我国前11个月进口760万吨冷轧薄板，559.8万吨涂镀层钢板，151.8万吨电工钢板。而同期的出口较小，说明国内冷轧带钢仍处在供不应求的状态，国内缺口较大。

冷轧工作辊(以下简称冷轧辊)是冷轧机的主要消耗部件，其质量的好坏对冷轧板材的质量、成本、产量起着非常重要的作用。因此,冷轧厂和轧辊厂都不遗余力地提高轧辊的使用性能。这些性能包括强度、硬度、韧性、耐磨性及抗事故性能等。随着现代冷轧机大型化、高速化的发展，冷轧辊用钢从传统的铬钢系向高合金钢转变，冷轧辊的性能有了大幅度的提高，钢种和制造方法也呈现多元化的趋势。

SKD11为日本工具钢牌号，日立和大同钢厂都有生产，日立产SKD11商品名为SLD(最新改良版称作SLD-MAGIC)，大同钢厂商品名为DC11。两者在大陆均有设厂，在业界最为知名，价格也最高。该钢是一种在国际广泛应用的空冷硬化冷作模具钢。经电炉冶炼并经电渣重溶，高纯净度，韧性更好，组织均匀，具有良好的高温强度、韧性与抗高温疲劳性能，能承受温度骤变，SKD11是耐磨韧性通冷作模具钢、碳铬合金工具钢和真空脱精炼钢，钢质纯净，具有淬透性好、淬变形量的良好淬性。该钢经球化退软化处理，可加性良好，碳化物颗粒细均匀，须担淬开裂强化元素钼、钒的持殊加。硬度、耐磨共晶碳化物均匀，韧性，不易开裂，淬后硬度>62HRC。在525℃氮化处理，时间为20h/30h/60h，氨化层深度0.25mm/0.30mm/0.35mm，件表硬度1250HV；在570℃氮化处理时间为2h；氮化层深度10~20μm，件表硬度950HV。但该钢材若用于冷轧辊使用时，其性能还不能满足使用的需要。

由于东南亚地区带钢轧制还处于初级阶段，使用环境非常恶劣，热带在不经过酸洗的条件下直接轧制成为带材，制造建筑工程焊管。产品要求不高，主要追求产量。用常用冷轧辊目前常用材质很难满足生产要求，经常出现大面积脱落和爆辊、断辊，且价格较高。针对东南亚地区带钢轧制客户的要求，通过对冷作模具钢材质采用SKD-11化学成分的改进及热处理方式的改变，寻求一种能够完全满足冷轧钢工作辊的使用要求技术方案，已成为本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种成本较低，便于加工，具有较高的耐磨性、抗弯性、淬透性、抗回火性及抗事故性的用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊及其生产工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊，其特征在于，在所述SKD-11钢材中含有的化学成分按重量百分比分别为1.40%~1.60%的C、≤0.60%的Si、≤0.80%的Mn、12.00%~14.00%的Cr、0.80%~1.30% Mo、≤0.80%的Ni、0.20%~0.50%的V、≤0.25%的Cu、≤0.020%的P和≤0.030%的S，其余为Fe和不可去除的杂质。

其中优选的技术方案是，所述化学成分中Si和Mn的质量比为1:1~1:1.15

优选的技术方案还有，在所述SKD-11钢材中还含有≤15ppm的氧和≤1.5ppm的氢。

为实现上述目的，本发明的另一个技术方案是设计一种上述用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括：

S1：将上述成分配比的SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件；

S2：将工作辊件进行球化退火处理；

S3：第一次淬火处理，将球化退火处理后的工作辊件放入电炉内加热到1040度，然后采用油冷淬火冷却；

S4：将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理；

S5：第二次淬火处理，将工作辊件吊装置中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至30~50mm，并使辊身温度达到1050度并保温后，然后将工作辊件放入油池内快速冷却；

S6：将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理。

其中优选的技术方案是，所述S2中的球化退火处理工艺包括将工作辊件在电炉中加热到450±10度保温1小时，然后再将工作辊件加热到650±10度保温2小时，再将工作辊件加热到840±10保温4~6小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至770±10保温6~8小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至540度以下出炉。

优选的技术方案还有，所述S4中的高温回火处理是将工作辊件在电炉内加热到500~600度，然后用20~36小时冷却。

优选的技术方案还有，所述S6中的3次中温回火处理是每次将工作辊件在电炉内加热到350~500度，然后用10~15小时冷却。

优选的技术方案还有，所述S5中的工作辊件在中频多圈电加热装置内的加热过程中，采用红外线双色测温枪定点测量工作辊件的表面温度。

优选的技术方案还有，所述S5中的控制加热深度为30mm。

本发明的优点和有益效果在于：采用该SKD-11钢材及其加工工艺制成的冷轧钢工作辊，通过对其化学成分的调整及热处理工艺的改进后，其性能完全可以满足冷轧钢工作辊的使用需要，且其成本比现有冷轧钢工作辊的制造成本和使用成本有了明显的降低，该轧辊具有便面硬度高，耐磨性能好，具有较高的稳定性、强韧性、抗裂纹萌生能力，且还具有非常高的抗裂纹扩展能力。该冷轧钢工作辊通过感应透热式差温淬火装置进行最终淬火。根据频率的高低及加热时间的控制，对辊面进行表面加热。再通过激冷喷水冷却。得到的产品表面硬度高、变形小，表面组织晶粒细小，缺口敏感性小，使其工作辊的耐磨性大大提高。该冷轧钢工作辊的淬硬层深度可根据频率及加热时间有效控制达到30mm。该冷轧钢工作辊的淬硬层梯度平缓，类似于整体淬火梯度。该冷轧钢工作辊在淬火工艺中加热速度快，热损失少，无污染、节能。由于该冷轧钢工作辊变形量，可有效降低原材料的成本和金加工成本。采用该冷轧钢工作辊的加工工艺可缩短了加工周期。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊，在所述SKD-11钢材中含有的化学成分按重量百分比分别为1.40%的C、0.60%的Si、0.80%的Mn、12.00%的Cr、0.80% Mo、0.80%的Ni、0.20%的V、0.25%的Cu、≤0.020%的P和≤0.030%的S，其余为Fe和不可去除的杂质。

优选的实施方案还有，在SKD-11钢材中还含有≤15ppm的氧和≤1.5ppm的氢。

本发明还设计一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊的生产工艺，该生产工艺包括：

第一步：将上述成分配比的SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件；

第二步：将工作辊件进行球化退火处理；

第三步：第一次淬火处理，将球化退火处理后的工作辊件放入电炉内加热到1040度，然后采用油冷淬火冷却；

第四步：将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理；

第五步：第二次淬火处理，将工作辊件吊装置中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至30~50mm，并使辊身温度达到1050度并保温后，然后将工作辊件放入油池内快速冷却；

第六步：将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理。

其中优选的实施方案是，所述S2中的球化退火处理工艺包括将工作辊件在电炉中加热到450±10度保温1小时，然后再将工作辊件加热到650±10度保温2小时，再将工作辊件加热到840±10保温4小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至770±10保温6小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至540度以下出炉。

优选的实施方案还有，所述S4中的高温回火处理是将工作辊件在电炉内加热到500度，然后用20小时冷却。

优选的实施方案还有，第六步中的3次中温回火处理是每次将工作辊件在电炉内加热到350度，然后用10小时冷却。

优选的实施方案还有，第五步中的工作辊件在中频多圈电加热装置内的加热过程中，采用红外线双色测温枪定点测量工作辊件的表面温度。

优选的实施方案还有，第五步中的控制加热深度为30mm。

实施例2

一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊，在SKD-11钢材中含有的化学成分按重量百分比分别为1.60%的C、0.80%的Si、≤1.0%的Mn、14.00%的Cr、1.30% Mo、≤1.20%的Ni、0.50%的V、0.30%的Cu、≤0.020%的P和≤0.030%的S，其余为Fe和不可去除的杂质。

优选的实施方案还有，在SKD-11钢材中还含有≤15ppm的氧和≤1.5ppm的氢。

本发明还设计一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊的生产工艺，该生产工艺包括：

第一步：将上述成分配比的SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件；

第二步：将工作辊件进行球化退火处理；

第三步：第一次淬火处理，将球化退火处理后的工作辊件放入电炉内加热到1040度，然后采用油冷淬火冷却；

第四步：将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理；

第五步：第二次淬火处理，将工作辊件吊装置中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至30~50mm，并使辊身温度达到1050度并保温后，然后将工作辊件放入油池内快速冷却；

第六步：将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理。

其中优选的技术方案是，所述S2中的球化退火处理工艺包括将工作辊件在电炉中加热到450±10度保温1小时，然后再将工作辊件加热到650±10度保温2小时，再将工作辊件加热到840±10保温4~6小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至770±10保温6~8小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至540度以下出炉。

优选的实施方案还有，第四步中的高温回火处理是将工作辊件在电炉内加热到600度，然后用36小时冷却。

优选的实施方案还有，第六步中的3次中温回火处理是每次将工作辊件在电炉内加热到500度，然后用15小时冷却。

优选的实施方案还有，第五步中的工作辊件在中频多圈电加热装置内的加热过程中，采用红外线双色测温枪定点测量工作辊件的表面温度。

优选的实施方案还有，第五步中的控制加热深度为30mm。

实施例3

一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊，在SKD-11钢材中含有的化学成分按重量百分比分别为1.50%的C、0.70%的Si、0.90%的Mn、13.00%的Cr、1.10% Mo、≤0.90%的Ni、0.30%的V、0.30%的Cu、≤0.020%的P和≤0.030%的S，其余为Fe和不可去除的杂质。

优选的实施方案还有，在SKD-11钢材中还含有≤15ppm的氧和≤1.5ppm的氢。

本发明还设计一种上述用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊的生产工艺，该生产工艺包括：

第一步：将上述成分配比的SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件；

第二步：将工作辊件进行球化退火处理；

第三步：第一次淬火处理，将球化退火处理后的工作辊件放入电炉内加热到1040度，然后采用油冷淬火冷却；

第四步：将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理；

第五步：第二次淬火处理，将工作辊件吊装置中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至40mm，并使辊身温度达到1050度并保温后，然后将工作辊件放入油池内快速冷却；

第六步：将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理。

其中优选的技术方案是，所述S2中的球化退火处理工艺包括将工作辊件在电炉中加热到450±10度保温1小时，然后再将工作辊件加热到650±10度保温2小时，再将工作辊件加热到840±10保温5小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至770±10保温7小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至540度以下出炉。

优选的实施方案还有，第四步中的高温回火处理是将工作辊件在电炉内加热到550度，然后用28小时冷却。

优选的实施方案还有，第六步中的3次中温回火处理是每次将工作辊件在电炉内加热到400度，然后用13小时冷却。

优选的实施方案还有，第五步中的工作辊件在中频多圈电加热装置内的加热过程中，采用红外线双色测温枪定点测量工作辊件的表面温度。

优选的实施方案还有，第五步中的控制加热深度为30mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用SKD-11钢材的冷轧钢工作辊的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括：

S1：将按成分重量配比为1.40%~1.60%的C、≤0.60%的Si、≤0.80%的Mn、12.00%~14.00%的Cr、0.80%~1.30% Mo、≤0.80%的Ni、0.20%~0.50%的V、≤0.25%的Cu、≤0.020%的P和≤0.030%的S，其余为Fe和不可去除杂质的SKD-11钢材进行电渣重熔，然后锻造成工作辊件；

S2：将工作辊件进行球化退火处理，球化退火处理工艺包括将工作辊件在电炉中加热到450±10度保温1小时，然后再将工作辊件加热到650±10度保温2小时，再将工作辊件加热到840±10度保温4~6小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至770±10度保温6~8小时，然后再以每小时30度的冷却速度将炉温冷却至540度以下出炉；

S3：第一次淬火处理，将球化退火处理后的工作辊件放入电炉内加热到1040度，然后采用油冷淬火冷却；

S4：将第一次淬火处理的工作辊件进行高温回火处理，高温回火处理是将工作辊件在电炉内加热到500~600度，然后用20~36小时冷却；

S5：第二次淬火处理，将工作辊件吊装至中频多圈电加热装置内，通过调整多圈电加热装置的电流频率及加热时间，达到控制加热深度至30~50mm，并使辊身温度达到1050度并保温后，然后将工作辊件放入油池内快速冷却，工作辊件在中频多圈电加热装置内的加热过程中，采用红外线双色测温枪定点测量工作辊件的表面温度；

S6：将第二次淬火处理的工作辊件再进行3次中温回火处理，3次中温回火处理是每次将工作辊件在电炉内加热到350~500度，然后用10~15小时冷却。