CN109047600B - 冷轧辊坯的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冷轧辊坯的锻造方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的是现有锻造工艺难以有效控制冷轧辊坯氢含量的问题，其技术方案是提供了冷轧辊坯的锻造方法：将钢锭进行三次镦粗和拔长，即得冷轧辊坯；其中，第二次镦拔后将所得坯料装炉进行退火扩氢处理，所述退火扩氢处理的工艺条件为：装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为8～12小时，然后升温至860±10℃，保温时间为13～18小时，最后降温至750±10℃，保温16～20小时，随炉冷却到350±50℃，即可。本发明方法尤其适用于8Cr5MoV、Cr5、MC5D冷轧辊坯的锻造。
Description
技术领域
本发明涉及冷轧辊坯的锻造方法，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
冷轧辊是轧辊类产品中质量要求最高且制造工艺复杂的高技术产品，目前国内市场上常见的主要有8Cr5MoV、Cr5、MC5D等类型的冷轧辊。以Cr5型锻钢冷轧辊为例，其常用规格为300mm～600mm，因采用锻造方式生产，变形时以三向压应力为主而使内部组织细密，大大的改善钢锭的疏松、缩孔、中心裂纹等内部质量，可增加锻钢冷轧辊的抗事故能力；另外，由于该钢种具备良好的淬透性，具有高的耐磨性和使用寿命而被广泛应用。
CN 105624565A公开了一种免镀铬冷轧辊及其制造方法，该方法包括以下步骤：A、炼制钢锭：将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于钢包精炼炉中对钢水精炼并进行真空除气，钢水精炼完成后，模铸成电极锭，之后利用电渣重熔方法制成电渣钢锭；B、锻造钢坯：将步骤A制得的电渣钢锭经过加热、保温、镦粗和拔长制成钢坯；C、预备热处理：将步骤B制得的钢坯先加热至980℃保温后吹风冷却，再加热至820℃保温后空冷，最后进行回火处理，回火温度为650℃；D、机加工和最终热处理：将经过步骤C预备热处理后的钢坯进行粗加工；经超声波探伤检验合格之后，对钢坯的表层进行连续感应淬火，淬火温度为1050～1150℃，之后将钢坯进行回火处理，回火温度为450～550℃，保温后空冷至室温；回火完成后，按所需尺寸对钢坯进行精加工，制成冷轧辊。该方法步骤A中虽涉及锻造钢坯，但并没有公开锻造钢坯的具体工艺。
目前，对于如何通过合理的锻造工艺制备得到高质量的冷轧辊用辊坯，尤其是将其氢含量控制在1ppm以下，尚无有效的解决方法。
发明内容
本发明的目的在于提供冷轧辊坯的锻造方法，以解决现有锻造工艺难以有效控制冷轧辊坯氢含量的问题。
本发明提供了冷轧辊坯的锻造方法：将钢锭进行三次镦粗和拔长，即得冷轧辊坯，其中，第二次镦拔后将所得坯料装炉进行退火扩氢处理，所述退火扩氢处理的工艺条件为：装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为8～12小时，然后升温至860±10℃，保温时间为13～18小时，最后降温至750±10℃，保温16～20小时，随炉冷却到350±50℃，即可；
所述钢锭的化学成分以质量百分比计为：C0.80％～0.92％、Si0.40％～0.85％、Mn0.30％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr4.7％～5.3％、Mo0.25％～0.50％，V0.20％～0.40，Ni0.1％～0.30，Al0.010％～0.040％，Re+Ce0.05％～0.25％，
H≤1.5ppm，O≤30ppm，N≤120ppm，余量为Fe。
优选地，所述退火扩氢处理随炉冷却到350±10℃。
进一步地，所述的锻造方法满足以下至少一项：
每次镦拔的开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃；
第一次镦拔后回炉加热，装炉炉温按1195±10℃控制，保温时间为2～5小时；
退火扩氢处理后按如下工艺条件回炉加热：装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为6～10小时，然后升温至850±10℃，保温时间为6～10小时，然后升温至1235±10℃，保温时间为40～55小时，最后降温至1195±10℃，保温时间为2～6小时；
第三次镦拔后回炉加热，装炉炉温按1195±10℃控制，保温时间为2～5小时。
进一步地，第二次镦拔后将所得坯料冷却至400～450℃再进行退火扩氢处理。
优选地，第二次镦拔后将所得坯料雾冷至400～450℃再进行退火扩氢处理。
进一步地，所述钢锭的直径为Φ730mm～1600mm。
进一步地，所述的锻造方法满足以下至少一项：
每次镦粗的镦粗比为1/2；
每次镦拔均先进行镦粗，然后拔长，拔长采用FM法；
拔长的变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20～50mm控制，重变形量按单边压下量120～160mm，送进量为300～400mm；
第三次拔长采用摔子加强变形，确保整支轧辊有≥20％的变形量；
经过三次镦拔所得冷轧辊坯的直径为Φ300mm～600mm。
本发明提供了冷轧辊坯的锻后冷却方法：雾冷至400～450℃，其中，所述冷轧辊坯是根据上述锻造方法得到的。
进一步地，所述的锻后冷却方法还包括如下步骤：雾冷后装炉，装炉炉温按430±10℃控制，以10～30℃/h的冷却速度随炉冷却24小时，即可。
本发明提供了冷轧辊坯的制造方法，包括如下步骤：
A、钢锭的加热：将钢锭装炉加热，装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为6～10小时，然后升温至850±10℃，保温时间为6～10小时，然后升温至1235±10℃，保温时间为40～55小时，最后降温至1195±10℃，保温时间为2～6小时，出炉开始锻造；
B、自由锻造：根据上述的锻造方法进行锻造；
C、锻后冷却：根据上述的锻后冷却方法进行冷却；
D、热处理，即得。
进一步地，步骤D依次采用正火+球化退火+扩氢工艺进行热处理，其中，
所述正火工艺条件为：装炉炉温按500～600℃控制，装炉后以50～100℃
/h的升温速度升温至950±10℃，保温时间为5～10小时，然后冷却至250～350℃；
所述球化退火工艺条件为：以80～120℃/h的升温速度升温至850±10℃，保温时间为10～15小时，然后以20～50℃/h的冷却速度随炉冷却至750±10℃；
所述扩氢工艺条件为：炉温按750±10℃控制，保温时间22～25小时，然后以10～30℃/h的冷却速度冷却至500±10℃，即可出炉。
优选地，所述正火步骤中出炉风冷至300～320℃。
本发明提供了采用上述制造方法得到的冷轧辊坯。
本发明提供了冷轧辊坯的锻造方法，通过合理的锻造工艺设计，能够将所得辊坯的氢含量有效地控制在1ppm以下，避免出现白点以及探伤不合格的情况，尤其适用于8Cr5MoV、Cr5、MC5D冷轧辊用钢锭的锻造。本发明还进一步提供了上述类型冷轧辊坯的整套制造方法，采用本发明方法制备得到的辊坯内外表面质量良好，夹杂物低，球化组织晶粒细，碳化物级别低，热处理后的硬度低于标准要求，满足用户要求。具体检验结果如下：
(1)非金属夹杂物：A类0.0～0.5级，B类0.0～0.5级，C类0.0～0.5级，
D类0.0～0.5级，DS类0.0～0.5级。
(2)网状碳化物0.0～1.5级，液析碳化物0.5～2.0级。
(3)球化组织：1.0～2.5级。
(4)[H]含量小于等于1ppm。
(5)HBW小于等于25。
以上各项技术指标均满足标准要求，为最终热处理保证产品质量提供了有利条件。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
本发明提供了冷轧辊坯的锻造方法：将钢锭进行三次镦粗和拔长，即得冷轧辊坯；其中，第二次镦拔后将所得坯料装炉进行退火扩氢处理，所述退火扩氢处理的工艺条件为：装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为8～12小时，然后升温至860±10℃，保温时间为13～18小时，最后降温至750±10℃，保温16～20小时，随炉冷却到350±50℃，即可；
所述钢锭的化学成分以质量百分比计为：C0.80％～0.92％、Si0.40％～0.85％、Mn0.30％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr4.7％～5.3％、Mo0.25％～0.50％，V0.20％～0.40，Ni0.1％～0.30，Al0.010％～0.040％，Re+Ce0.05％～0.25％，
H≤1.5ppm，O≤30ppm，N≤120ppm，余量为Fe。
上述锻造方法的关键点在于在第二次镦拔后进行特殊的退火扩氢处理，通过上述操作能够确保组织应力释放和氢气扩散，即使在雨季生产，也能控制氢含量在1ppm以下，避免出现白点以及探伤不合格的情况。
此外，本发明采用三墩三拔工艺，增大变形量，细化组织，能够在最大程度上改善产品内部疏松、缩孔等质量缺陷。
进一步地，拔长采用FM法，拔长的变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20～50mm控制，重变形量按单边压下量120～160mm，送进量为300～400mm。其中，重变形量为关键工艺参数，控制重变形量按单边压下量120～160mm，便于破碎粗大的晶粒，焊合疏松、缩孔，减小氢气的藏身空间，在二镦二拔成方型后，有利于氢气的逸出。
进一步地，第三次拔长采用摔子加强变形，确保整支轧辊有≥20％的变形量。这步操作不仅可以确保辊坯外表面质量好，而且能够加强对轧辊坯料内部均匀的变形，有利于锻合微裂纹，保证内表面质量。
本发明还提供了上述冷轧辊坯的锻后冷却方法：雾冷至400～450℃。
锻后采用雾冷方式冷却至400～450℃，能够减少碳化物的析出，确保液析碳化物≤1.5级。
进一步地，所述锻后冷却方法还包括如下步骤：雾冷后装炉，装炉炉温按430±10℃控制，以10～30℃/h的冷却速度随炉冷却24小时，即可。
雾冷后装入炉中，按照上述工艺条件随炉冷却，有助于缓慢释放热应力和组织应力，避免出现应力集中、导致冷轧辊坯热处理时出现应力裂纹。
实施例1采用本发明方法生产冷轧辊坯
本实施例采用Φ1600mm电渣锭生产Φ570mm冷轧辊坯，具体步骤如下：
a、将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于钢包精炼炉中对钢水精炼，并按成分要求进行调整，然后进行真空除气，钢水精炼完成后，模铸成Φ730mm波纹锭电极棒。
b、将已浇铸好的2支Φ730mm波纹锭电极棒按特定工艺进行电渣重熔，然后进行退火处理，得到退火后的φ1600mm电渣钢锭。钢锭的化学成分以质量百分比计为：C0.80％～0.92％、Si0.40％～0.85％、Mn0.30％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr4.7％～5.3％、Mo0.25％～0.50％，V0.20％～0.40，Ni0.1％～0.30，Al0.010％～0.040％，Re+Ce0.05％～0.25％，H≤1.5ppm，O≤30ppm，N≤120ppm，余量为Fe。
c、将电渣钢锭装入辊底式炉加热：装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为10小时，然后升温至850±10℃控制，保温时间为10小时，然后升温至1235±10℃控制，保温时间为55小时，最后降温至1195±10℃控制，保温时间为6小时，出炉开始锻造。
d、采用三墩三拔工艺成型：
(1)电渣钢锭出炉后吊到自由锻造机工位，先第一次镦粗，镦粗比为1/2；然后进行第一次拔长变形，采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量50mm控制，重变形量按单边压下量160mm，送进量均为400mm。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第一次镦拔工艺得到800×800mm方型尺寸。
(2)将第一次镦拔得到的方型钢坯，采用行车吊到辊底式炉加热，加热温度按1195±10℃控制，保温时间为5小时。
(3)将加热均匀的步骤(2)的钢坯，进行第二次镦粗，镦粗比为1/2；采用FM法进行拔长，以利于焊合心部缩孔和疏松。采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量50mm控制，重变形量按单边压下量160mm，送进量均为400mm。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第二次镦拔工艺得到700×700mm方型尺寸。
(4)将步骤(3)得到的钢坯，输送到链式冷床，雾冷到400～450℃，然后装入辊底式炉进行退火和扩氢处理。装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为12小时，然后升温至860±10℃控制，保温时间为18小时，最后降温至750±10℃进行扩氢处理，保温时间为20小时，随炉冷却到350±10℃时出炉。
(5)将步骤(4)得到的钢坯按步骤c进行加热。
(6)将步骤(5)加热后的钢坯，进行最后一次镦粗+拔长，采用FM法进行拔长，采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20mm控制，重变形量按单边压下量120mm，送进量均为300mm，后期采用弧形砧滚圆。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第三次镦拔工艺得到
圆锭，然后采用摔子变形，加强对轧辊坯料内部均匀的变形，以便于锻合微裂纹，得到
圆锭。
(7)将
圆锭装炉，加热温度按1195±10℃控制，保温时间为2.5小时。
(8)出炉后按头中尾的尺寸要求进行成型，具体尺寸要求为(外径*长度)
e.将成型后的辊坯输送到链式冷床，采用雾冷方式冷却到420～440℃，然后快速输送到辊底式炉，炉温按430±10℃控制，以20±10℃/h的速度随炉冷却24小时后出炉。
f.将随炉冷出炉的辊坯装入炉子进行热处理，热处理工艺采用正火+球化退火+扩氢工艺，最终得到合格的冷轧辊坯。热处理工艺具体要求为：
(1)正火工艺条件为：装炉炉温按500～600℃控制，装炉后以60℃/h的升温速度升温至950±10℃，保温时间为6小时，然后出炉风冷至300～320℃；
(2)球化退火工艺条件为：以100℃/h的升温速度升温至850±10℃，保温时间为15小时，然后以20℃/h的冷却速度随炉冷却至750±10℃；
(3)扩氢工艺条件为：炉温按750±10℃控制，保温时间25小时，然后以25℃/h的冷却速度随炉冷却，至500±10℃时出炉空冷。
本实施例采用Φ1600mm电渣钢锭生产的Φ570mm冷轧辊坯，外表面质量良好，没有出现凹坑、折叠、裂纹等缺陷，内表面没有超探伤级别要求的疏松、缩孔等缺陷，钢质纯净，具体非金属夹杂物检验结果为：A类0级，B类0.5级，C类0级，D类0级，DS0级，网状碳化物1.0级，液析碳化物0.5级，球化组织1.5级，氢含量为0.8ppm，经过步骤f热处理后硬度值为230HBW。
实施例2采用本发明方法生产冷轧辊坯
本实施例采用Φ730mm电渣锭生产Φ300mm冷轧辊坯，具体步骤如下：
a、将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于钢包精炼炉中对钢水精炼，并按成分要求进行调整，然后进行真空除气，钢水精炼完成后，模铸成Φ570mm波纹锭电极棒。
b、将已浇铸好的2支Φ570mm波纹锭电极棒按特定工艺进行电渣重熔，然后进行退火处理，得到退火后的φ730mm电渣钢锭。钢锭的化学成分以质量百分比计为：C0.80％～0.92％、Si0.40％～0.85％、Mn0.30％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr4.7％～5.3％、Mo0.25％～0.50％，V0.20％～0.40，Ni0.1％～0.30，Al0.010％～0.040％，Re+Ce0.05％～0.25％，H≤1.5ppm，O≤30ppm，N≤120ppm，余量为Fe。
c、将电渣钢锭装入辊底式炉加热：装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为6小时，然后升温至850±10℃控制，保温时间为6小时，然后升温至1235±10℃控制，保温时间为40小时，最后降温至1195±10℃控制，保温时间为2小时，出炉开始锻造。
d、采用三墩三拔工艺成型：
(1)电渣钢锭出炉后吊到自由锻造机工位，先第一次镦粗，镦粗比为1/2；然后进行第一次拔长变形，采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20mm控制，重变形量按单边压下量120mm，送进量均为300mm。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第一次镦拔工艺得到600×600mm方型尺寸。
(2)将第一次镦拔得到的方型钢坯，采用行车吊到辊底式炉加热，加热温度按1195±10℃控制，保温时间为2小时。
(3)将加热均匀的步骤(2)的钢坯，进行第二次镦粗，镦粗比为1/2；采用FM法进行拔长，以利于焊合心部缩孔和疏松。采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20mm控制，重变形量按单边压下量120mm，送进量均为300mm。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第二次镦拔工艺得到450×450mm方型尺寸。
(4)将步骤(3)得到的钢坯，输送到链式冷床，雾冷到400～450℃，然后装入辊底式炉进行退火和扩氢处理。装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为8小时，然后升温至860±10℃控制，保温时间为13小时，最后降温至750±10℃进行扩氢处理，保温时间为16小时，随炉冷却到350±10℃时出炉。
(5)将步骤(4)得到的钢坯按步骤c进行加热。
(6)将步骤(5)加热后的钢坯，进行最后一次镦粗+拔长，采用FM法进行拔长，采用错半砧重叠，变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20mm控制，重变形量按单边压下量120mm，送进量均为300mm，后期采用弧形砧滚圆。开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃。第三次镦拔工艺得到
圆锭，然后采用摔子变形，加强对轧辊坯料内部均匀的变形，以便于锻合微裂纹，得到
圆锭。
(7)将
圆锭装炉，加热温度按1195±10℃控制，保温时间为2小时。
(8)出炉后按头中尾的尺寸要求进行成型，具体尺寸要求为(外径*长度)
e.将成型后的辊坯输送到链式冷床，采用雾冷方式冷却到420～440℃，然后快速输送到辊底式炉，炉温按430±10℃控制，以20±10℃/h的速度随炉冷却24小时后出炉。
f.将随炉冷出炉的辊坯装入炉子进行热处理，热处理工艺采用正火+球化退火+扩氢工艺，最终得到合格的冷轧辊坯。热处理工艺具体要求为：
(1)正火工艺条件为：装炉炉温按500～600℃控制，装炉后以50℃/h的升温速度升温至950±10℃，保温时间为5小时，然后出炉风冷至300～320℃；
(2)球化退火工艺条件为：以80℃/h的升温速度升温至850±10℃，保温时间为10小时，然后以20℃/h的冷却速度随炉冷却至750±10℃；
(3)扩氢工艺条件为：炉温按750±10℃控制，保温时间22小时，然后以10℃/h的冷却速度随炉冷却，至500±10℃时出炉空冷。
Claims (13)
1.冷轧辊坯的锻造方法，其特征是：将钢锭进行三次镦粗和拔长，即得冷轧辊坯，其中，第二次镦拔后将所得坯料装炉进行退火扩氢处理，所述退火扩氢处理的工艺条件为：装炉炉温按500±10℃控制，保温时间为8～12小时，然后升温至860±10℃，保温时间为13～18小时，最后降温至750±10℃，保温16～20小时，随炉冷却到350±50℃，即可；
所述钢锭的化学成分以质量百分比计为：C0.80％～0.92％、Si0.40％～0.85％、Mn0.30％～0.70％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr4.7％～5.3％、Mo0.25％～0.50％，V0.20％～0.40，Ni0.1％～0.30，Al0.010％～0.040％，Re+Ce0.05％～0.25％，H≤1.5ppm，O≤30ppm，N≤120ppm，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的锻造方法，其特征是：所述退火扩氢处理随炉冷却到350±10℃。
3.如权利要求1所述的锻造方法，其特征是：满足以下至少一项：
每次镦拔的开锻温度≥1050℃，终锻温度≥870℃；
第一次镦拔后回炉加热，装炉炉温按1195±10℃控制，保温时间为2～5小时；
退火扩氢处理后按如下工艺条件回炉加热：装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为6～10小时，然后升温至850±10℃，保温时间为6～10小时，然后升温至1235±10℃，保温时间为40～55小时，最后降温至1195±10℃，保温时间为2～6小时；
第三次镦拔后回炉加热，装炉炉温按1195±10℃控制，保温时间为2～5小时。
4.如权利要求1～3任意一项所述的锻造方法，其特征是：第二次镦拔后将所得坯料冷却至400～450℃再进行退火扩氢处理。
5.如权利要求4所述的锻造方法，其特征是：雾冷至400～450℃。
6.如权利要求1所述的锻造方法，其特征是：所述钢锭的直径为Φ730mm～1600mm。
7.如权利要求6所述的锻造方法，其特征是：满足以下至少一项：
每次镦粗的镦粗比为1/2；
每次镦拔均先进行镦粗，然后拔长，拔长采用FM法；
拔长的变形过程按“轻-重-轻”控制，轻变形量按单边压下量20～50mm控制，重变形量按单边压下量120～160mm，送进量为300～400mm；
第三次拔长采用摔子加强变形，确保整支轧辊有≥20％的变形量；
经过三次镦拔所得冷轧辊坯的直径为Φ300mm～600mm。
8.冷轧辊坯的锻后冷却方法，其特征是：雾冷至400～450℃，其中，所述冷轧辊坯是根据权利要求1～7任意一项所述锻造方法得到的。
9.如权利要求8所述的锻后冷却方法，其特征是：还包括如下步骤：雾冷后装炉，装炉炉温按430±10℃控制，以10～30℃/h的冷却速度随炉冷却24小时，即可。
10.冷轧辊坯的制造方法，其特征是：包括如下步骤：
A、钢锭的加热：将钢锭装炉加热，装炉炉温按550±10℃控制，保温时间为6～10小时，然后升温至850±10℃，保温时间为6～10小时，然后升温至1235±10℃，保温时间为40～55小时，最后降温至1195±10℃，保温时间为2～6小时，出炉开始锻造；
B、自由锻造：根据权利要求1～7任意一项所述的锻造方法进行锻造；
C、锻后冷却：根据权利要求8或9所述的锻后冷却方法进行冷却；
D、热处理，即得。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征是：步骤D依次采用正火+球化退火+扩氢工艺进行热处理，其中，
所述正火工艺条件为：装炉炉温按500～600℃控制，装炉后以50～100℃/h的升温速度升温至950±10℃，保温时间为5～10小时，然后冷却至250～350℃；
所述球化退火工艺条件为：以80～120℃/h的升温速度升温至850±10℃，保温时间为10～15小时，然后以20～50℃/h的冷却速度随炉冷却至750±10℃；
所述扩氢工艺条件为：炉温按750±10℃控制，保温时间22～25小时，然后以10～30℃/h的冷却速度冷却至500±10℃，即可出炉。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征是：所述正火工艺中，出炉风冷至300～320℃。
13.采用权利要求10～12任意一项所述制造方法得到的冷轧辊坯。
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