CN103510015A - 酸洗破磷拉矫机工作辊及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种酸洗破磷拉矫机工作辊及其制造工艺，用于酸洗破磷拉弯矫直机。支承辊的化学成份重量百分比为：C：1.35-1.6%；Cr：11-13%；Mn：0.4-0.6%；Si：0.35-0.5%；Mo：0.8-1.2%；V：0.7-1.0%；Co：0.4-0.7%；P及S＜0.02%。本发明通过采用高耐磨新材料BYCr12Co及优化的热处理工艺，使工作辊硬度达到HRC58～62，碳化物数量多，硬度高，弥散分布且支承碳化物的基体韧性好，耐磨性优良，具有很高的抗冲击性能及抵抗高应力磨粒磨损的能力，工作辊的平均寿命为铬合金钢的3倍以上，吨钢辊耗降低了70%，同时降低了换辊周期，可有效防止辊子的提前失效，提高酸洗辊子的使用寿命高及生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金行业的一种基础零部件的技术领域，具体说是为酸洗破磷拉弯矫直机用工作辊提供一种制造材料及制造工艺。
背景技术
各大钢厂为获得平直的成品板带材，需在矫直机上对轧制后板带材进行矫直。而工作辊作为矫直机的重要基础零部件，其使用性能决定了板带的矫直质量及其成本的高低，特别是酸轧破磷拉弯矫直机用工作辊，由于其在承载力、弯曲强度、使用寿命上的要求都较一般矫直机用工作辊的高，因此迫切需要提高其使用寿命、降低消耗，减小停机换辊次数，提高生产效率。
1、酸洗破磷拉矫机的工作原理及特点。
拉弯矫直机集合了多辊矫直与纯拉伸矫直的优点。带材在拉伸弯曲作用下，弯曲中性层从几何中心层移向弯曲内侧，弹复时以几何中心恢复弯形，弹复曲率变小，并产生剩余延伸率，使板带材留下拉长变薄的永久变形 ，从而实现矫直作用。拉弯矫直机能有效地消除带材的波浪和翘曲等板形缺陷。
拉矫机以其生产的高效性和板形的优良性受到板材生产企业的青睐。拉弯矫直机在钢铁行业得到广泛的应用，主要使用在：（1）镀锌、镀铝锌等镀层板的精整工序，保证镀层板的板型和表面均匀性；（2）重卷线的精整工序，保证板型质量；（3）用于酸轧机组破磷拉弯矫直，主要是将热轧板在冷轧前进行整形并在弯曲过程中使热轧板表面的氧化层龟裂脱落。酸轧机组破磷拉弯矫直机工作原理如图1，序号1为支承辊；序号2为工作辊；序号3为板带。
2、酸轧机组破磷拉弯矫直机工作辊。
如图2所示，序号1为支承辊；序号2为工作辊；序号3为板带，酸轧机组破磷拉弯矫直机支承辊1起支撑工作辊2的作用，工作辊2受支撑辊1轴承组元支撑。钢板3经过工作辊2形成20°-25°包角在拉伸摩擦力的作用下，带动工作辊2旋转，支承辊1被动作同线速度运转。
现代冶金工业中，新型的破磷拉矫机融合了展平和拉伸矫直技术，具有破磷、拉伸、弯曲、矫直的作用。其原理是：带钢在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，由于弯曲和变形同时存在，使得带材中心层产生塑性延伸，改善了带钢板形。其技术为：1、使带钢产生一定的延伸率，当带钢进入破磷拉矫机后，在破磷拉矫机的带动下，使带钢纤维层进行正反两个方向来回作用，拉伸-压缩-拉伸，使带钢断面层各个纤维产生永久的塑性变形，得到均匀的延伸。带钢在拉伸与弯曲组合作用力作用下，经过多次拉伸、弯曲，使所有内部纤维长度经塑性变形后趋于相等，使带钢获得较好的平直度。2、破碎热轧带钢表层的氧化铁皮，使带钢达到更好的酸洗效果，提高酸洗速度。拉伸变形降低了氧化铁皮的致密程度，使得氧化铁皮容易剥落或裂纹，同时酸液非常容易进入到氧化铁皮层的裂纹中，提高了酸洗的速度和效果。
在这种环境下，破磷拉矫机要将热轧退火应力释放后的板带进行矫直，板带的原始状态是边浪明显（热轧中有意使边部薄），表面有一层坚硬的氧化铁皮，这样的原始状态板带在经过拉弯矫直机时，除了工作辊2受到的正常的压力和摩擦力传给支承辊1外，工作辊2在使用过程中表面形成的缺陷和破磷过程中产生大量氧化层碎片挤入支承辊1和工作辊2之间，形成对辊面的倾轧、擦划，这种高应力磨粒磨损同样使得工作辊2表面和内部出现深沟磨损、掉块，辊与板材边部接触区早期破坏等，造成辊面磨损严重、抗冲击性能差。
目前国际上制造此工作辊材料大致相同，多采用铬合金钢(材料化学成分如表1),
表1：
| C | Mn | Si | Cr | S | P | Ni | Cu |
| 0．95-1．05 | 0．20-0．40 | 0．15-0．35 | 1．30-1．65 | ≤0.020 | ≤0.027 | ≤0.30 | ≤0.25 |
利用此材料制造的工作辊2经热处理后，辊面硬度HRC64，硬化层深度6～7㎜，心部组织正常，表淬组织为隐晶马氏体+弥散碳化物，晶粒度11，但是这种材料的工作辊2在使用过程中即使采用优化的热处理工艺其结果仍不能抵挡住工作辊2的提前失效。针对上述问题和失效形式特点，对制造酸洗破磷拉弯矫直机工作辊材料提出了更高要求：
① 具有高热强度、高硬度，耐磨性更好；
② 具有较高的抗冲击、抗表面犁划性能，抵抗高应力磨粒磨损的能力高。
发明内容
为克服现有材料制造的工作辊性能的不足，本发明的发明目的在于提供一种酸洗破磷拉矫机工作辊及其制造工艺，具体而言是通过采用高耐磨新材料BYCr12Co及对应的热处理工艺，以提高酸洗工作辊的使用寿命。
为实现上述目的，该工作辊的材料为BYCr12Co，其化学成份的重量百分比为：C：1.35-1.6% ；Cr：11-13% ；Mn：0.4-0.6% ；Si：0.35-0.5% ；Mo：0.8-1.2% ；V：0.7-1.0% ；Co：0.4-0.7% ；P及S＜0.02%。
酸洗破磷工作辊的制造工艺为：
（a）BYCr12Co钢采取了氧化末期(EBT)+精炼期(LF)+ 真空脱气(VD)+电渣重溶精炼(ESR)工艺：EBT氧化末期，控制粗钢水P含量小于0.008；LF精炼期，按权利要求1所述的标准控制化学成分，保证化学成分波动控制在较小的范围之内；VD处理后要求[H]≤2ppm；ESR电渣重溶精炼，使钢锭组织致密、成份均匀，且在电渣重溶过程中，根据工作辊的主要受力方向，通过调整结晶器中冷却水流向，控制钢锭柱状晶生长方向，使工作辊在受力方向上具有较好的抗冲击性能；
（b）辊坯锻造：采用镦粗拔长多向变形的锻造方法，改善组织的偏析程度，使碳化物均匀分布；
（c）预备热处理：主要采取球化退火+调质工艺，锻造后采用球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。球化退火后的组织为索氏体型珠光体+粒状碳化物，硬度为220～260HB。球化退火后，在精加工前增加一道调质工序,调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织，不仅可保证工件在最后的淬火中具有均匀的硬度，而且有利于减小工件淬火后的变形，增加工件的尺寸稳定性；
（d）最终热处理：采取高铬钢整体淬火工艺，采用高温固溶处理+高温回火预处理工艺。对锻造模块直接进行两次固溶处理，即在锻造高温固溶细化处理后，再进行一次加热固溶球化处理，可使球化过程加速，同时又可使碳化物的大小、形状及分布得到改善，为最终热处理提供了良好的组织准备。从而控制合金碳化物的溶解、析出数量、种类、分布，提高工作辊耐磨性和抗剥落性。
BYCr12Co抗高应力磨损组织的优势主要在于：其中含有大量碳化物Cr7C3、Co、VC，并且这些碳化物呈弥散分布且和坚韧基体的结合牢固，等等这些都是构成该材料抵抗高应力磨粒磨损的重要因素。
本发明与现有技术相比，通过采用高耐磨新材料BYCr12Co及优化的热处理工艺，使工作辊硬度达到HRC58～62，碳化物数量多，硬度高，弥散分布且支承碳化物的基体韧性好，耐磨性优良，尤其是在酸轧线这样高应力磨粒磨损的工况下其耐磨优势更显突出，同时本发明所涉及的工作辊还具有很高的抗冲击性能及抵抗高应力磨粒磨损的能力，工作辊的平均寿命为铬合金钢的3倍以上，吨钢辊耗降低了70%，同时降低了换辊周期，可有效防止辊子的提前失效，提高酸洗辊子的使用寿命及生产效率。
附图说明
图1为酸轧机组破磷拉弯矫直机工作原理图。
图2为支承辊、工作辊、板带的位置关系图。
具体实施方式
实施例1：
本发明工作辊的材料为BYCr12Co，其化学成份的重量百分比为：C：1.36% ；Cr：11% ；Mn：0.4% ；Si：0.36% ；Mo：0.9% ；V：0.8% ；Co：0.5% ；P及S＜0.02%。
本发明酸洗破磷工作辊制造工艺。
1、BYCr12Co钢采取了氧化末期(EBT)+精炼期(LF)+ 真空脱气(VD)+电渣重溶精炼(ESR)的工艺：EBT氧化末期，控制粗钢水P含量小于0.008；LF精炼期，按上述标准控制化学成分，保证化学成分波动控制在较小的范围之内；VD处理后要求[H]≤2ppm；ESR电渣重溶精炼，使钢锭组织致密、成份均匀，且在电渣重溶过程中，根据工作辊主要受力方向，通过调整结晶器中冷却水流向，控制钢锭柱状晶生长方向，使工作辊受力方向具有较好抗冲击性能。
2、辊坯锻造：采用镦粗拔长多向变形的锻造方法，改善组织的偏析程度，使碳化物均匀分布。
3、预备热处理：主要采取球化退火+调质工艺，锻造后采用球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。球化退火后的组织为索氏体型珠光体+粒状碳化物，硬度为220～234HB。球化退火后，在精加工前增加一道调质工序,调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织，不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度，而且有利于淬火后减小工件的变形，增加工件的尺寸稳定性。
4、最终热处理：采取高铬钢整体淬火的工艺，采用高温固溶处理+高温回火预处理工艺，对锻造模块直接进行两次固溶处理，即在锻造高温固溶细化处理后，再进行一次加热固溶球化处理，可使球化过程加速，同时又可使碳化物的大小、形状及分布得到改善，为最终热处理提供了良好的组织准备。从而控制合金碳化物的溶解、析出数量、种类、分布，提高支承辊耐磨性、抗剥落性。
本实施例加工制造出来的产品，平均硬度为HRC58～59，碳化物数量多，硬度在本发明案例中处于较低水平，且抗冲击性及抗高应力磨粒磨损的能力在本发明的实施案例中处于一般水平。
实施例2：
本发明工作辊的材料为BYCr12Co，其化学成份的重量百分比为：C：1.45% ；Cr：12% ；Mn：0.5% ；Si：0.45% ；Mo：1.0% ；V：0.9% ；Co：0.6% ；P及S＜0.02%。
本发明酸洗破磷工作辊制造工艺。
1、BYCr12Co钢采取了氧化末期(EBT)+精炼期(LF)+ 真空脱气(VD)+电渣重溶精炼(ESR)的工艺：EBT氧化末期，控制粗钢水P含量小于0.007；LF精炼期，按上述标准控制化学成分，保证化学成分波动控制在较小的范围之内；VD处理后要求[H]≤2ppm；ESR电渣重溶精炼，使钢锭组织致密、成份均匀，且在电渣重溶过程中，根据工作辊主要受力方向，通过调整结晶器中冷却水流向，控制钢锭柱状晶生长方向，使工作辊受力方向具有较好抗冲击性能。
2、辊坯锻造：采用镦粗拔长多向变形的锻造方法，改善组织的偏析程度，使碳化物均匀分布。
3、预备热处理：主要采取球化退火+调质工艺，锻造后采用球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。球化退火后的组织为索氏体型珠光体+粒状碳化物，硬度为240～246HB。球化退火后，在精加工前增加一道调质工序,调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织，不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度，而且有利于淬火后减小工件的变形，增加工件的尺寸稳定性。
4、最终热处理：采取高铬钢整体淬火的工艺，采用高温固溶处理+高温回火预处理工艺，对锻造模块直接进行两次固溶处理，即在锻造高温固溶细化处理后，再进行一次加热固溶球化处理，可使球化过程加速，同时又可使碳化物的大小、形状及分布得到改善，为最终热处理提供了良好的组织准备。从而控制合金碳化物的溶解、析出数量、种类、分布，提高支承辊耐磨性、抗剥落性。
本实施例加工制造出来的产品，平均硬度为HRC59～60，碳化物数量多，硬度在本发明案例中处于较高水平，且抗冲击性及抗高应力磨粒磨损的能力在本发明的实施案例中处于良好。
实施例3：
本发明工作辊的材料为BYCr12Co，其化学成份的重量百分比为：C： 1.6% ；Cr： 13% ；Mn： 0.6% ；Si： 0.5% ；Mo： 1.2% ；V： 1.0% ；Co： 0.7% ；P及S＜0.02%。
本发明酸洗破磷工作辊制造工艺。
1、BYCr12Co钢采取了氧化末期(EBT)+精炼期(LF)+ 真空脱气(VD)+电渣重溶精炼(ESR)的工艺：EBT氧化末期，控制粗钢水P含量小于0.007；LF精炼期，按上述标准控制化学成分，保证化学成分波动控制在较小的范围之内；VD处理后要求[H]≤2ppm；ESR电渣重溶精炼，使钢锭组织致密、成份均匀，且在电渣重溶过程中，根据工作辊主要受力方向，通过调整结晶器中冷却水流向，控制钢锭柱状晶生长方向，使工作辊受力方向具有较好抗冲击性能。
2、辊坯锻造：采用镦粗拔长多向变形的锻造方法，改善组织的偏析程度，使碳化物均匀分布。
3、预备热处理：主要采取球化退火+调质工艺，锻造后采用球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。球化退火后的组织为索氏体型珠光体+粒状碳化物，硬度为245～260HB。球化退火后，在精加工前增加一道调质工序,调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织，不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度，而且有利于淬火后减小工件的变形，增加工件的尺寸稳定性。
4、最终热处理：采取高铬钢整体淬火的工艺，采用高温固溶处理+高温回火预处理工艺，对锻造模块直接进行两次固溶处理，即在锻造高温固溶细化处理后，再进行一次加热固溶球化处理，可使球化过程加速，同时又可使碳化物的大小、形状及分布得到改善，为最终热处理提供了良好的组织准备。从而控制合金碳化物的溶解、析出数量、种类、分布，提高支承辊耐磨性、抗剥落性。
本实施例加工制造出来的产品，平均硬度为HRC61.2～62.0，碳化物数量多，硬度在本发明案例中处于最好水平，且抗冲击性及抗高应力磨粒磨损的能力在本发明的实施案例中处于最好状态。
本发明工作辊与铬合金钢的性能对比如表2。
表2：
本发明在拉矫机上一年的使用情况，结果如下表3。
表3：
| 材料 | 寿命 | 生产效率 | 换辊周期 | 辊耗元/吨 | 性价比 |
| BYCr12Co | 16-20天 | 1.3 | 15天 | 0.30 | 优 |
| 铬合金钢 | 6-9天 | 1 | 6天 | 0.98 | 一般 |
从以上数据分析，用BYCr12Co制造的工作辊其平均寿命较铬合金钢提高140%，吨钢辊耗降低了70%，同时降低了换辊周期，提高了生产效率。
Claims (2)
1.一种酸洗破磷拉矫机工作辊，其特征在于：该工作辊的材料为BYCr12Co，其化学成份的重量百分比为：C：1.35-1.6% ；Cr：11-13% ；Mn：0.4-0.6% ；Si：0.35-0.5% ；Mo：0.8-1.2% ；V：0.7-1.0% ；Co：0.4-0.7% ；P及S＜0.02%。
2.一种酸洗破磷拉矫机工作辊制造工艺，其特征在于：
（a）BYCr12Co钢采取了氧化末期(EBT)+精炼期(LF)+ 真空脱气(VD)+电渣重溶精炼(ESR)工艺：EBT氧化末期，控制粗钢水P含量小于0.008；LF精炼期，按权利要求1所述的标准控制化学成分，保证化学成分波动控制在较小的范围之内；VD处理后要求[H]≤2ppm；ESR电渣重溶精炼，使钢锭组织致密、成份均匀，且在电渣重溶过程中，根据工作辊主要受力方向，通过调整结晶器中冷却水流向，控制钢锭柱状晶生长方向，使支承辊受力方向具有较好抗冲击性能；
（b）辊坯锻造：采用镦粗拔长多向变形的锻造方法，改善组织的偏析程度，使碳化物均匀分布；
（c）预备热处理：主要采取球化退火+调质工艺，锻造后采用球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布；球化退火后的组织为索氏体型珠光体+粒状碳化物，硬度为220～260HB；球化退火后，在精加工前增加一道调质工序,调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织，不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度，而且有利于淬火后减小工件的变形，增加工件的尺寸稳定性；
（d）最终热处理：采取高铬钢整体淬火工艺，采用高温固溶处理+高温回火预处理工艺，对锻造模块直接进行两次固溶处理，即在锻造高温固溶细化处理后，再进行一次加热固溶球化处理，可使球化过程加速，同时又可使碳化物的大小、形状及分布得到改善，为最终热处理提供了良好的组织准备，从而控制合金碳化物的溶解、析出数量、种类、分布，提高支承辊耐磨性、抗剥落性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140115 |