CN105648161A - 一种大型锻钢支承辊预备热处理方法 - Google Patents

一种大型锻钢支承辊预备热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，锻后热处理工艺技术特征如下：采用高温正火及高温回火工艺，正火加热温度为800-970℃，升温速率小于90℃/h，待均温后保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，直径为Φ1000-1700mm的支承辊保温时间为10-40小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于60℃/h，待均温后保温时间为40-90小时。调质处理工艺：采用油淬及高温回火工艺，支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度800-970℃，升温速率小于80℃/h，保温一定时间后进行油淬，冷却时间为100-400min；出油立刻回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为20-90h。

Description

一种大型锻钢支承辊预备热处理方法
技术领域
本发明涉及一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，属于大锻件热处理工艺技术领域。
背景技术
大型锻钢支承辊是板带轧机的重要核心部件，起到支撑和稳定工作辊的作用，由于其长期在高载荷下工作，具有较高的机械性能要求：工作层高耐磨性、抗疲劳性、硬度均匀性；心部则要求具有良好的强韧性。随着现代轧钢需求的不断增大，锻钢支承辊的尺寸规格也随之增加，有些直径达到一米半甚至两米以上，但是支承辊的脆性断裂与过早失效的问题也日益突出，而且由于生产不当，大尺寸支承辊在生产加工、放置或使用过程中多次出现断辊或置裂的事故。
传统的支承辊热处理工艺在差温热处理前主要包括锻后热处理及调质热处理。锻后热处理的作用主要是细化晶粒、调整组织及均匀性、去氢防止白点形成，同时有利于切削加工，主要工艺包括高温正火+球化退火+高温回火工艺、高温正火+低温正火+球化退火+高温回火（如专利CN1024717965A）或完全退火+球化退火+正火+回火（如专利CN103088199A）等；调质热处理主要是使支承辊辊颈的硬度达到要求并使心部获得球化珠光体，具有良好的冲击韧性，从而提高支承辊的抗断裂性能，一般采用正火空冷或油冷淬火和回火。目前常用的轧机支承辊的主要材质为50Cr3MoV、70Cr3NiMo、45Cr4NiMoV、50Cr5NiMoV等，然而随着合金元素的增多，不同材质中碳化物的种类、溶解温度差距大，而要获得支承辊心部优异的组织分布，热处理的工艺制定难度较大。
目前支承辊预备热处理工艺存在着不足之处：锻后热处理中球化退火的目的是为了降低硬度，提高切削性能，为调质处理获得球化珠光体做准备；而调质处理的淬火温度范围过于宽泛，调质温度过高且长时间保温，容易导致心部碳化物全部溶解，奥氏体成分相对均匀，在冷却过程中近乎平衡转变形成片层状珠光体，锻后态的球化处理在调质高温淬火后作用已被消除，未达到球化作用，且工艺冗长，耗时耗力，并导致冲击韧性急剧下降，增加支承辊断裂的风险。
发明内容
为了克服上述支承辊预备热处理工艺上的不足，本发明的目的在于提供了一种大型锻钢支承辊锻后及调质热处理方法，将不同材质支承辊的淬火温度与碳化物含量相结合，实现热处理工艺精确控制，从而缩短工艺流程，降低制造成本，并确保支承辊心部优异的组织及性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，其步骤为：
一、锻后热处理工艺方法：采用高温正火及高温回火工艺，正火加热温度为800-970℃，升温速率小于90℃/h，待均温后保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，所述均温以炉内支承辊各部位表面温度均匀达到保温温度为准，直径为Φ1000-1700mm的支承辊保温时间为10-40小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于60℃/h，待均温后保温时间为40-90小时。
二、调质处理工艺方法：采用油淬及高温回火工艺，支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度800-970℃，升温速率小于80℃/h，保温一定时间后进行油淬，冷却时间为100-400min；出油立刻回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为20-90h。
本发明的有益效果是：
（1）锻后热处理在与传统工艺相比减少球化处理工艺，适当调高回火温度，既满足其细化晶粒、消除偏析调整组织以及去氢防止白点形成等要求，又减少工序、降低能耗从而节约成本。
（2）调质处理中严格确定具体合金材料的淬火温度范围并缩短保温时间，控制未溶碳化物含量，保证不同材质支承辊心部的珠光体球化程度高，从而大幅提高支承辊的韧性及抗事故性能。
附图说明
图1本发明实施例1工艺中45Cr4NiMoV材质碳化物溶解图。
图2本发明对照工艺1中45Cr4NiMoV材质碳化物溶解图。
图3本发明实施例1工艺中45Cr4NiMoV调质后珠光体球化程度图。
图4本发明对照工艺1中45Cr4NiMoV调质后珠光体球化程度图。
图5本发明实施例2工艺中50Cr5NiMoV材质碳化物溶解图。
图6本发明对照工艺2中50Cr5NiMoV材质碳化物溶解图。
图7本发明对照工艺3中50Cr5NiMoV材质碳化物溶解图。
图8本发明实施例2工艺中50Cr5NiMoV调质后珠光体球化程度图。
图9本发明对照工艺2中50Cr5NiMoV调质后珠光体球化程度图。
图10本发明对照工艺3中50Cr5NiMoV调质后珠光体球化程度图。
具体实施方式
一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，其步骤为：
一、锻后热处理工艺方法：采用高温正火及高温回火工艺，正火加热温度为800-970℃，升温速率小于90℃/h，待均温后保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，所述均温以炉内支承辊各部位表面温度均匀达到保温温度为准，直径为Φ1000-1700mm的支承辊保温时间为10-40小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于60℃/h，待均温后保温时间为40-90小时。
二、调质处理工艺方法：采用油淬及高温回火工艺，支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度800-970℃，升温速率小于80℃/h，保温一定时间后进行油淬，冷却时间为100-400min；出油立刻回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为20-90h。
其中精确确定不同材质淬火温度范围及保温时间的方法，即淬火温度应选择合适的温度，在该温度下支承辊心部未溶碳化物体积含量大于5%；保温时间为在支承辊整体均温后保温1-15小时。利用碳化物萃取及XRD结合的手段，同时采用图像定量统计原理计算未溶碳化物的体积含量。根据不同材质未溶碳化物的含量确定淬火温度及保温时间，从而保证支承辊心部优异的性能。
大型支承辊锻件尺寸较大，心部区域成分及组织偏析严重，且晶粒粗大，组织均匀性较差，从而导致整个热处理工艺周期长，质量不稳定。由于支承辊最终热处理即差温淬火时只进行表层奥氏体化，心部区域在此过程中只相当于进行短时高温回火处理，最终支承辊心部的组织及性能状态仍主要取决于预备热处理，从而直接影响支承辊的强韧性能。
本发明采用的锻后热处理工艺高温正火+高温回火，有效减少偏析及网状组织，细化晶粒，去氢效果显著且有利于切削，为调质处理顺利实施做好准备。调质过程中淬火温度的合理选择及保温时间的缩短，使得未溶碳化物含量大于5%，淬火时支承辊心部冷却速度较慢，从而获得的珠光体球化程度高，并保证支承辊心部的强韧性，同时通过调整回火温度及时间，可使辊颈硬度满足要求。
实施例1
本发明实施例1支承辊材质45Cr4NiMoV，其化学成分及配料以重量百分含量计(％)，为：C：0.4-0.5；Si：0.4-1.0；Mn：0.4-1.0；Cr：3.5-4.5；Mo：0.4-0.8；Ni：0.4-0.8；V：0.05-0.25；其余为Fe和其他杂质。支承辊尺寸为Φ1410mm（辊身直径）×2815mm（辊身长度）×5660mm（总长度）。
一、锻后热处理工艺方法：正火温度为880-920℃，升温速率小于90℃/h，待均温后的保温时间为10-25小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-700℃，升温速率小于60℃/h，均温后保温时间为50-90小时。
二、调质处理方法：支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度880±20℃，升温速率小于80℃/h，保温5h后进行油淬，冷却时间为约300±50min；出油立刻回火，回火温度为550-650℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为10-40h。利用碳化物萃取及XRD结合的手段，同时采用图像定量统计原理计算未溶碳化物的体积含量。该工艺下未溶碳化物体积含量为5.85%时，本发明45Cr4NiMoV材质支承辊获得的调质后心部冲击韧性Aku2为62J，性能优异。
作为对照例进行相同锻后热处理，在调质处理中改变淬火温度920℃（±20℃），保温时间延长至20h，其他成分及热处理方式与实施例相同。图1为本发明实施例1工艺、图2为对比例中45Cr4NiMoV材质碳化物溶解情况，图3为实施例1工艺、图4为对比例中45Cr4NiMoV调质后珠光体球化程度。随着淬火温度的升高，未溶碳化物含量逐渐减少，调质处理后珠光体为片层状，M23C6碳化物增多，类球状M7C3减少，球化程度逐渐降低，从而大大降低材料的塑韧性。二者未溶碳化物含量及力学性能比较结果如表1所示，由表1所见本发明所述预备热处理工艺使得支承辊心部具有更好的冲击韧性，从而提高支承辊的抗事故性能。
实施例2
本发明实施例2支承辊材质50Cr5NiMoV，其化学成分及配料以重量百分含量计(％)，包含：C：0.4-0.6；Si：0.4-1.0；Mn：0.4-1.0；Cr：4.5-5.5；Mo：0.4-0.8；Ni：0.4-0.8；V：0.05-0.3；其余为Fe和其他杂质。支承辊尺寸为Φ1340mm（辊身直径）×1380mm（辊身长度）×4870mm（总长度）。
对实施例钢采用如下工艺进行热处理：锻造后坯料进行首先进行锻后热处理，正火温度为900-940℃，升温速率小于90℃/h，待均温后的保温时间为10-25小时，空冷后进行高温回火，回火温度为550-700℃，升温速率小于60℃/h，均温后保温时间为50-90小时。
其次进行调质处理，预热温度为580-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度900±20℃，升温速率小于80℃/h，保温5h后进行油淬，冷却时间为约300±50min；出油立刻回火，回火温度为550-650℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为10-40h。同样利用未溶碳化物的定量统计方法，即碳化物萃取及XRD结合的手段，同时采用图像定量统计原理计算不同工艺下未溶碳化物的体积含量。本实施例中的支承辊50Cr5NiMoV材质未溶碳化物含量为8.67%时，获得调质后支承辊心部珠光体球化程度较高，且冲击韧性Aku2高达83J。
作为对照例改变淬火温度940℃±20℃，保温时间15h，其他成分及热处理方式与实施例相同，测得其冲击功均显著降低。图5为本发明实施例2工艺、图6和图7为对比例中50Cr5NiMoV材质碳化物溶解情况，图8为实施例2工艺、图9和图10为对比例中50Cr5NiMoV调质后珠光体球化程度。随着淬火温度降低，碳化物溶解程度降低，调质处理后珠光体球化程度提高，从而提高塑韧性。表2为二者未溶碳化物含量及力学性能比较，可见本发明所述调质工艺即未溶碳化物体积含量大于5%时，支承辊心部的冲击韧性均较高，同时降低淬火温度并缩短保温时间，有效减少能耗从而降低生产及时间成本。

Claims (3)

1.一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，其特征是：其步骤为：
一、锻后热处理工艺方法：采用高温正火及高温回火工艺，正火加热温度为800-970℃，升温速率小于90℃/h，待均温后保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，所述均温以炉内支承辊各部位表面温度均匀达到保温温度为准，直径为Φ1000-1700mm的支承辊保温时间为10-40小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于60℃/h，待均温后保温时间为40-90小时；
二、调质处理工艺方法：采用油淬及高温回火工艺，支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度800-970℃，升温速率小于80℃/h，保温一定时间后进行油淬，冷却时间为100-400min；出油立刻回火，回火温度为500-750℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为20-90h。
2.根据权利要求1所述的一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，其特征是：支承辊材质45Cr4NiMoV，其化学成分及配料以重量百分含量计(％)，为：C：0.4-0.5；Si：0.4-1.0；Mn：0.4-1.0；Cr：3.5-4.5；Mo：0.4-0.8；Ni：0.4-0.8；V：0.05-0.25；其余为Fe和其他杂质；支承辊尺寸为Φ1410mm（辊身直径）×2815mm（辊身长度）×5660mm（总长度）；
一、锻后热处理工艺方法：正火温度为880-920℃，升温速率小于90℃/h，待均温后的保温时间为10-25小时，空冷后进行高温回火，回火温度为500-700℃，升温速率小于60℃/h，均温后保温时间为50-90小时；
二、调质处理方法：支承辊预热温度为550-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度880±20℃，升温速率小于80℃/h，保温5h后进行油淬，冷却时间为约300±50min；出油立刻回火，回火温度为550-650℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为10-40h。
3.根据权利要求1所述的一种大型锻钢支承辊预备热处理方法，其特征是：支承辊材质50Cr5NiMoV，其化学成分及配料以重量百分含量计(％)，包含：C：0.4-0.6；Si：0.4-1.0；Mn：0.4-1.0；Cr：4.5-5.5；Mo：0.4-0.8；Ni：0.4-0.8；V：0.05-0.3；其余为Fe和其他杂质；支承辊尺寸为Φ1340mm（辊身直径）×1380mm（辊身长度）×4870mm（总长度）；
一、锻后热处理工艺方法：正火温度为900-940℃，升温速率小于90℃/h，待均温后的保温时间为10-25小时，空冷后进行高温回火，回火温度为550-700℃，升温速率小于60℃/h，均温后保温时间为50-90小时；
二、调质处理方法：预热温度为580-700℃，保温时间5-20小时，然后加热至淬火温度900±20℃，升温速率小于80℃/h，保温5h后进行油淬，冷却时间为约300±50min；出油立刻回火，回火温度为550-650℃，升温速率小于50℃/h，均温后保温时间为10-40h。
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