CN111118276A - 一种超深淬硬层冷轧辊热处理工艺 - Google Patents

一种超深淬硬层冷轧辊热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超深淬硬层冷轧辊，及其热处理工艺，所述超深淬硬层冷轧辊的外层由以下化学成分组成：Cr:2%～3%、Mo：7%～10%、Ti：1%‑2%、Sr:2%～3%、Co:1%～2%、W:2%～4%、Mg：0.5%～1%、Zn：2%～3%、Si：2%～4%、Cu:1%～1.5%、微晶石墨：1%～1.5%、S≤0.05%、B≤0.03%、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％；经过本发明所述的热处理工艺后，上述冷轧辊具有硬度高，淬硬层深度大，使用中无断辊和剥落现象出现，可降低轧辊消耗，提高轧钢机作业率，延长换辊周期，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种超深淬硬层冷轧辊热处理工艺
技术领域
本发明属轧辊的生产领域，特别涉及一种超深淬硬层冷轧辊及其热处理工艺。
技术背景
冶金轧辊是金属轧制设备上必备的主要零件，它作为一种特殊工具用来使金属产生塑性变形，轧制出各种轧材产品。由于轧辊的服役条件特殊、消耗量大并与轧材质量成本息息相关，因而对轧辊的使用性能提出很高要求。轧辊在使用过程中要承受很高的应力，尤其轧辊表面要长时间承受摩擦、磨损、冲击、接触应力和激冷激热造成的疲劳现象等，这就要求轧辊具有较好的抗折断性、耐磨性、抗剥落性、抗热裂性、抗热冲击性等。
中国从20世纪30年代开始成批生产铸造轧辊，但品种极少。50年代末在河北邢台建立起中国第一个专业轧辊厂。1958年鞍山钢铁公司在国际上首次试制并使用了1050初轧用大型球墨铸铁轧辊。60年代相继制造成功冷轧工作辊和大型锻钢轧辊。70年代末太原钢铁公司和北京钢铁研究总院共同试制成功炉卷轧机和热连轧宽带钢机组用的离心铸造铸铁轧辊，邢台冶金机械轧辊股份有限公司试制成功热宽带钢轧机用半钢工作辊和冷轧宽带钢轧机用工作辊。80年代中国又陆续研制成功大型锻钢支承辊、锻造半钢和锻造白口铸铁轧辊、粉末碳化钨辊环、高铬铸铁轧辊等新品种。到了现在，中国轧辊生产已基本满足国内需要并有部分出口，但品种有待增加，质量尚须提高，特别是研究开发提高淬硬层深度及等硬层深度的技术，已经成为迫切的需要。
发明内容
针对上述不足，本发明公开了一种超深淬硬层冷轧辊，其生产方法及其热处理工艺。
下面阐述本发明的第一个方向，一种超深淬硬层冷轧辊。
一种超深淬硬层冷轧辊，该超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:2％～3％、Mo：7％～10％、Ti：1％～2％、Sr:2％～3％、Co:1％～2％、W:2％-4％、Mg：0.5％～1％、Zn：2％～3％、Si：2％～4％、Cu:1％～1.5％、微晶石墨：1％～1.5％、S≤0.05％、B≤0.03％、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
由于添加了钛、铬、钴、钼等合金元素，加上少量细小石墨的存在，不仅提高了轧辊的抗剥落性、抗热裂性和抗磨损等性能，而且辊身工作层具有较小的硬度落差。表面的微细石墨孔隙还能改善轧辊的咬入能力。
进一步的，上述超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：：Cr:2.5％、Mo：8.5％、Ti：1.5％、Sr:2.5％、Co:1.5％、W:3％、Mg：0.75％、Zn：2.5％、Si：3％、Cu:1.25％、微晶石墨：1.25％、S≤0.05％、B≤0.03％、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
C是高速钢轧辊中形成耐磨相碳化物的基本元素，
下面阐述本发明的第二个方向，上述超深淬硬层冷轧辊的生产方法。
上述超深淬硬层冷轧辊的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
(2)融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
(3)将变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
(4)变质完成后温度降至1350至1400℃时，进行轧辊外层的浇铸；
(5)轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1050℃～1100℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
(6)上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
进一步的，上述超深淬硬层冷轧辊的制备方法优化为以下步骤：
(1)按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
(2)融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
(3)将变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
(4)变质完成后温度降至1370℃时，进行轧辊外层的浇铸；
(5)轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1070℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
(6)上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
本方法制造工艺简单节能，比通常轧辊外层的处理温度低100-200℃，节省了10％的能源，并且制造的轧辊均符合国家标准
进一步的，上述超深淬硬层冷轧辊的制备方法中，所述变质剂选自钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，所述变质剂的投入量为0.15％。
钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂具有较强的强化晶界的作用，能减少晶界有害夹杂的偏聚，改善夹杂物的形态、大小和分布，减少应力集中和裂纹源，提高晶界的结合强度，达到晶界强化的作用，从而提高材质的强度、韧性，减少疲劳磨损、微切削和剥落磨损，并且能增加过冷、细化晶粒、明显改善碳化物的形态和分布，使原来的网状、条状、板片状碳化物变成断续状、孤立状、粒状或团球状碳化物，并且分布均匀，从而提高材质的强度、韧性、抗磨性。
下面阐述本发明的第三个方向，上述超深淬硬层冷轧辊的热处理工艺。
上述超深淬硬层冷轧辊的制备方法中所述步骤(6)的热处理包括以下步骤：
(1)淬火：淬火加热温度800～900℃，保温时间1～2小时；淬火冷却时，先水雾冷却30分钟，随后风冷，
(2)风冷至辊面温度低于150～180℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度≥90℃/h，回火加热温度600℃～660℃，保温2～4小时后风冷，当辊面温度低于150～180℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度≥150℃/h，回火加热温度650℃～750℃，保温15-20小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
进一步的，上述超深淬硬层冷轧辊的制备方法中所述步骤(6)的热处理优化为以下步骤：
(1)淬火：淬火加热温度850℃，保温时间1.5小时；淬火冷却时，先水雾冷却30分钟，随后风冷，
(2)风冷至辊面温度低于160℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度100℃/h，回火加热温度630℃，保温3小时后风冷，当辊面温度低于160℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度160℃/h，回火加热温度700℃，保温18小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
(1)本发明使用的热处理工艺，通过两次回火的处理，使得含有2.5％的Cr的材料的淬硬层厚度达50mm以上，接近7％Cr材料的轧辊淬硬层的深度，节省了大量成本，同时通过两次回火后，轧辊材料中的奥氏体化更加充分，使得轧辊淬硬层的硬度均匀性可达≤1.5HSD。
(2)本发明的配比合理，新颖，制造工艺简单节能，比通常轧辊外层的处理温度低100-200℃，节省了10％的能源，并且制造的轧辊均符合国家标准，使用中无断辊和剥落现象出现，可降低轧辊消耗，提高轧钢机作业率，延长换辊周期，改善轧材表面质量，具有良好的经济和社会效益，可以大量推广应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种超深淬硬层冷轧辊，其特征在该超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:2％、Mo：10％、Ti：1％、Sr:3％、Co:1％、W:2％、Mg：1％、Zn：2％、Si：4％、Cu:1％、微晶石墨：1％、S≤0.05％、B≤0.03％、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
实施例2
一种超深淬硬层冷轧辊，其特征在该超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:3％、Mo：7％、Ti：2％、Sr:2％、Co:2％、W:4％、Mg：0.5％、Zn：3％、Si：2％、Cu:1.5％、微晶石墨：1.5％、S≤0.05％、B≤0.03％、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
实施例3
一种超深淬硬层冷轧辊，其特征在该超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:2.5％、Mo：8.5％、Ti：1.5％、Sr:2.5％、Co:1.5％、W:3％、Mg：0.75％、Zn：2.5％、Si：3％、Cu:1.25％、微晶石墨：1.25％、S≤0.05％、B≤0.03％、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
实施例4
制备例
上述实施例1-3中所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
(2)融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
(3)将占总质量0.15％的钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
(4)变质完成后温度降至1350℃时，进行轧辊外层的浇铸；
(5)轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1050℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
(6)上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
实施例5
制备例
上述实施例1-3中所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
(2)融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
(3)将占总质量0.15％的钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
(4)变质完成后温度降至1375℃时，进行轧辊外层的浇铸；
(5)轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1075℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
(6)上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
实施例6
制备例
上述实施例1-3中所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
(2)融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
(3)将占总质量0.15％的钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
(4)变质完成后温度降至1400℃时，进行轧辊外层的浇铸；
(5)轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1100℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
(6)上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
实施例7
热处理例
上述实施例4-6中所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，所述步骤(6)中的热处理包括以下步骤：
(1)淬火：淬火加热温度800℃，保温时间1小时；淬火冷却时，先水雾冷却30分钟，随后风冷，
(2)风冷至辊面温度低于150℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度90℃/h，回火加热温度600℃，保温2小时后风冷，当辊面温度低于150℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度150℃/h，回火加热温度650℃，保温15小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
实施例8
热处理例
(1)淬火：淬火加热温度850℃，保温时间1.5小时；淬火冷却时，先水雾冷却30分钟，随后风冷，
(2)风冷至辊面温度低于165℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度100℃/h，回火加热温度630℃，保温3小时后风冷，当辊面温度低于165℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度160℃/h，回火加热温度700℃，保温18小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
实施例9
热处理例
(1)淬火：淬火加热温度900℃，保温时间2小时；淬火冷却时，先水雾冷却30分钟，随后风冷，
(2)风冷至辊面温度低于180℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度110℃/h，回火加热温度660℃，保温4小时后风冷，当辊面温度低于180℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度170℃/h，回火加热温度750℃，保温20小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
实施例10
测试例，应用实施例2的配方，使用实施例5的方法生产轧辊，并使用实施例7-9的热处理工艺进行表面处理，所得的冷轧辊的性能数据如下表1所示，表中所述测试方法来自于国标GB/T 1504-2008(铸铁轧辊)
表1本发明制得轧辊性能指标
Figure BDA0002362856190000101
Figure BDA0002362856190000111
由上表数据可知，本发明热处理所制得的冷轧辊，具有良好的表面硬度，优异的硬度均匀性，理想的淬硬层深度和抗拉强度以及冲击韧性。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超深淬硬层冷轧辊，其特征在该超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:2%～3%、Mo：7%～10%、Ti：1%～2%、Sr:2%～3%、Co:1%～2%、W:2%～4%、Mg：0.5%～1%、Zn：2%～3%、Si：2%～4%、Cu:1%～1.5%、微晶石墨：1%～1.5%、S≤0.05%、B≤0.03%、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种超深淬硬层冷轧辊，其特征在于，所述超深淬硬层冷轧辊外层的化学成分及百分比为：Cr:2.5%、Mo：8.5%、Ti：1.5%、Sr:2.5%、Co:1.5%、W:3%、Mg：0.75%、Zn：2.5%、Si：3%、Cu:1.25%、微晶石墨：1.25%、S≤0.05%、B≤0.03%、余量为Fe和变质剂，化学成分的总和为100％。
3.根据权利要求1所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
（2）融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
（3）将变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
（4）变质完成后温度降至1350～1400℃时，进行轧辊外层的浇铸；
（5）轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1050℃～1100℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
（6）上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
4.根据权利要求3所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按化学成分混合金属原料，放入电炉中，1300℃加热融化；
（2）融化后检测化学成分，随后精确微调化学成分至目标值，将温度升至1500℃，复合脱氧后出炉；
（3）将变质剂破碎至粒度小于10mm小块，250℃烘干后投入变质；
（4）变质完成后温度降至1370℃时，进行轧辊外层的浇铸；
（5）轧辊外层浇铸完成后，当其内表面温度为1070℃时，在其辊芯部位浇铸高强度铸铁铁水，形成轧辊坯；
（6）上述轧辊坯经过机械加工和热处理，即得所述超深淬硬层冷轧辊。
5.根据权利要求4所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，其特征在于，所述变质剂选自钇基重稀土抗磨合金铸铁变质剂，所述变质剂的投入量为0.15%。
6.根据权利要求3-5任一项所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中所述的热处理包括以下步骤：
（1）淬火：淬火加热温度800～900℃，保温时间1～2小时；淬火冷却时， 先水雾冷却30分钟，随后风冷，
（2）风冷至辊面温度低于 150～180℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度≥90℃/h，回火加热温度600℃～660℃，保温2～4小时后风冷，当辊面温度低于150～180℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度≥150℃/h，回火加热温度650℃～750℃，保温15-20小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
7.根据权利要求6所述的超深淬硬层冷轧辊的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中所述的热处理包括以下步骤：
（1）淬火：淬火加热温度850℃，保温时间1.5小时；淬火冷却时， 先水雾冷却30分钟，随后风冷，
（2）风冷至辊面温度低于 160℃时，入加热炉进行第一次回火处理，回火升温速度100℃/h，回火加热温度630℃，保温3小时后风冷，当辊面温度低于160℃时，置入加热炉进行第二次回火处理，回火升温速度160℃/h，回火加热温度700℃，保温18小时后炉冷，当炉温低于150℃后出炉。
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