CN103805763B

CN103805763B - 一种细化轧辊表层组织的形变热处理方法

Info

Publication number: CN103805763B
Application number: CN201410032191.XA
Authority: CN
Inventors: 付瑞东; 李艺君
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103805763A

Abstract

一种细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其主要是：让加工工具的凸针旋转***轧辊表面，直至加工工具的工作台底面与轧辊表面完全接触，待加工工具周围温度达到950℃～1150℃温度范围后，轧辊在旋转机构驱动下转动，同时使加工工具沿轧辊轴向匀速移动，加工工具呈螺旋线轨迹扫过整个轧辊辊面，并且加工区伴有水雾冷却。本发明实现了加工区金属在大应变、高应变速率条件下的形变热处理；加工区晶粒被显著细化，粗大的先共析（共晶）和共析（共晶）碳化物被破碎并弥散分布；加工引起的变形小，省去后续矫形；加工工艺简单，成本低。

Description

一种细化轧辊表层组织的形变热处理方法

技术领域：

本发明涉及一种金属的热处理方法，特别是合金钢的热处理方法。

背景技术：

工业生产中所使用的各种轧辊基本为合金钢，其制造方法主要有铸造和锻造两种方法，其中铸造辊又分为整体铸造和离心复合铸造两类。由于轧辊的工作层组织状态决定轧辊的最终使用性能，无论是那种方法制造的轧辊，如何在轧辊表层获得超细晶粒组织或超细相变产物，一直是该领域的重要研究课题。传统的冶金及热处理手段，虽然可以在一定程度上细化轧辊的组织，但是受轧辊加热和冷却条件限制，不仅生产周期长、能耗高，仅能在一定程度上细化晶粒及相变产物。发明专利“一种锻钢冷轧辊晶粒细化方法”（专利公开号：CN102766733A）中把传统的一次感应加热改变为连续两次快速感应加热，连续进行两次高形核率的组织转变，可以获得晶粒度达11级～13级的超细组织。但是，高的组织应力和热应力会导致淬火裂纹等缺陷。近年来，有人尝试采用锻造后的控冷来调整轧辊组织的形变热处理方法，但由于锻造时受到锻造比、变形速率以及冷却速率的局限，实际效果并不理想。此外，轧辊的使用性能对于表面和心部的组织要求是不一样的，而现有的整体锻造和热处理工艺很难同时兼顾这种要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生产周期短、能耗低、不仅可有效细化表层组织，同时还能兼顾轧辊表面和心部性能的良好匹配的细化轧辊轧辊表层组织的形变热处理方法。该方法主要是对铸造和锻造的轧辊采用局部大应变、高应变速率热变形；同时，采用水雾冷却方法控制加工的冷却速率。

本发明的技术方案具体如下：

1、加工工装

被加工的轧辊装卡于具有沿轧辊轴向回转功能的支撑机构上，加工工具置于轧辊正上方具有沿工具轴向回转并沿轧辊轴向水平移动功能的支撑机构上。加工工具有一个圆柱体形工作台，其底面设有与其同轴线的倒截锥体形凸针，工作台顶面设有与其同轴线的直径小于工作台的圆柱形连接件，该连接件与设在自动进给机构上的电动机相连。该自动进给机构上还设有水雾冷却装置。

2、加工步骤

（1）让加工工具的凸针按转速ω₁=200～1000转/分钟旋转***轧辊表面，直至加工工具的工作台底面与轧辊表面完全接触。

（2）待加工工具周围温度因摩擦作用达到950℃～1150℃温度范围后，轧辊在旋转机构驱动下按转速ω₂=6～30转/小时转动，同时使加工工具沿轧辊轴向按速度匀速移动v=rω₂/120其中r=20～40mm为加工工具上工作台面的半径。加工工具呈螺旋线轨迹扫过整个轧辊辊面，最好使相邻两道加工区有一定的重叠。加工过程中，加工区由水雾冷却。

（3）待加工工具扫过整个轧辊表面后，加工过程结束。

本发明所依据的原理是采用局部大应变、高应变速率的热变形，使加工区发生动态再结晶，进而细化原奥氏体晶粒。同时，在大机械力作用下破碎粗大或网状碳化物。此外，采用水雾冷却措施来抑制再结晶晶粒的长大以及增加随后相变产物的形核率，进而在轧辊表面获得12级以上晶粒度和超细的组织结构。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）采用上述方法可以在轧辊表面获得12级以上的晶粒度和超细的相变组织结构，实现了加工区金属在大应变、高应变速率条件下的形变热处理。

（2）加工区晶粒被显著细化，粗大或网状的先共析（或先共晶）和共析（或共晶）碳化物被破碎并弥散分布；

（3）水雾控冷措施增加了后续相变产物形核率，进一步细化组织结构。

（4）加工时仅使加工工具附近的表层区域处于高温状态，因此加工引起的轧辊变形很小，省去后续的矫形工序；

（5）加工工艺简单，生产周期短，成本低，能耗低。

附图说明：

图1为本发明加工过程示意简图。

图2为本发明的加工工具立体示意图。

图3为本发明例1加工后Cr5钢轧辊表层金相组织图。

图4为本发明例2加工后Cr7钢轧辊表层金相组织图。

图中：1为被加工的轧辊，2为加工工具，3水雾冷却装置，4为工作台，5为凸针，6连接件。

具体实施方式：

在图1所示的细化轧辊表层组织的形变热处理方法加工过程示意简图中，被加工的Cr5钢轧辊1装卡于具有沿轧辊1轴向回转功能的支撑机构上，加工工具2置于轧辊1正上方具有沿工具2轴向回转并沿轧辊1轴向水平移动功能的支撑机构上。在图2所示的本发明加工工具立体示意图中，该工具有一个圆柱体形工作台4，其底面设有与其同轴线的倒截锥体形凸针5，凸针长度为6mm。工作台顶面设有与其同轴线的直径小于工作台的圆柱形连接件6，该连接件与设在自动进给机构上的电动机相连。该自动进给机构上还设有水雾冷却装置3。

加工时，首先启动与加工工具2相连的电动机按规定转速ω₁（600转/分钟）旋转，使得凸针5旋转***轧辊1表面直至加工工具工作台底面4与轧辊1表面充分接触，待加工工具2周围温度达到约1000℃温度范围后，再启动与轧辊轴相连的电动机，轧辊1在旋转机构驱动下按转速ω₂（15转/小时）转动，同时开动与加工工具2电动机所连的自动进给机构，使加工工具沿轧辊1轴向按速度v=2.5mm/min匀速移动（按工作台面4的半径r=20mm计算）。此时开启水雾冷却装置3，加工区由水雾冷却。待加工工具扫过整个轧辊1表面后，加工过程结束。加工后的Cr5钢轧辊表层组织得到了明显了细化，如图3所示。

例2

在图1所示的细化轧辊表层组织的形变热处理方法加工过程示意简图中，被加工的中Cr7钢轧辊1装卡于具有沿轧辊1轴向回转功能的支撑机构上，加工工具2置于轧辊1正上方具有沿工具2轴向回转并沿轧辊1轴向水平移动功能的支撑机构上。在图2所示的本发明加工工具立体示意图中，该工具有一个圆柱体形工作台4，其底面设有与其同轴线的倒截锥体形凸针5，凸针长度为7mm。工作台顶面设有与其同轴线的直径小于工作台的圆柱形连接件6，该连接件与设在自动进给机构上的电动机相连。该自动进给机构上还设有水雾冷却装置3。

加工时，首先启动与加工工具2相连的电动机按规定转速ω₁（800转/分钟）旋转，使得凸针5旋转***轧辊1表面直至加工工具工作台底面4与轧辊1表面充分接触，待加工工具2周围温度达到1100℃温度范围后，再启动与轧辊轴相连的电动机，轧辊1在旋转机构驱动下按转速ω₂（12转/小时）转动，同时开动与加工工具2电动机所连的自动进给机构，使加工工具沿轧辊1轴向按速度v=2mm/min匀速移动（按工作台面4的半径r=20mm计算）。此时开启水雾冷却装置3，加工区由水雾冷却。待加工工具扫过整个轧辊1表面后，加工过程结束。加工后的Cr7钢轧辊表层组织得到了明显了细化，如图4所示。

Claims

1.一种细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其特征在于：

1）加工工装

被加工的轧辊装卡于具有沿轧辊轴向回转功能的支撑机构上，加工工具置于轧辊正上方具有沿工具轴向回转并沿轧辊轴向水平移动功能的支撑机构上；2）加工步骤

（1）让加工工具的凸针按转速ω₁=200～1000转/分钟旋转***轧辊表面，直至加工工具的工作台底面与轧辊表面完全接触，

（2）待加工工具周围因摩擦作用温度达到950℃～1150℃温度范围后，轧辊在旋转机构驱动下按转速ω₂=6～30转/小时转动，同时使加工工具沿轧辊轴向移动v=rω₂/120其中r=20～40mm为加工工具上工作台面的半径，加工工具呈螺旋线轨迹扫过整个轧辊辊面,

（3）待加工工具扫过整个轧辊表面后，加工过程结束。

2.根据权利要求1所述的细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其特征在于：加工工具有一个圆柱体形工作台，其底面设有与其同轴线的倒截锥体形凸针，其高度范围为5～8mm，工作台顶面设有与其同轴线的直径小于工作台的圆柱形连接件，该连接件与设在自动进给机构上的电动机相连。

3.根据权利要求1或2所述的细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其特征在于：在工装自动进给机构上还设有水雾冷却装置。

4.根据权利要求3所述的细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其特征在于：加工过程中，加工区由水雾冷却。

5.根据权利要求4所述的细化轧辊表层组织的形变热处理方法，其特征在于：相邻两道加工区有一定的重叠。