CN100494460C - 矫直辊及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矫直辊及其制造工艺。其材质包括：C：0.60-1.10wt%，Si：0.20-1.0wt%，Mn：0.20-0.60wt%，Ni：0.20-1.00wt%，Cr：4.00-6.00wt%，Mo：0.20-1.00wt%，V：0.10-0.50wt%，P≤0.02wt%，S≤0.02wt%，其余为铁和不可避免的杂质。其制造工艺流程包括：电炉冶炼→炉外精炼→铸锭→轧制电极→电极粗加工→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理→超声波探伤+高低倍检验→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。本发明的新型矫直辊，提高了矫直辊使用寿命和带钢表面质量，解决了高强度板矫直生产的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于冶金轧辊制造领域，尤其涉及一种板带多辊矫直机用矫直辊及其制造工艺。
背景技术
多辊矫直机是热轧商品材的最终生产工序，不仅要保证带钢的尺寸精度、板形要求，而且要确保带钢的表面质量，不能出现辊印、划痕等表面缺陷。既要提高矫直机作业率、减少频繁换辊，又要避免辊面产生不均匀磨损和损伤，矫直辊必须具有优异的耐磨性能、抗划伤性能和抗变形性能，以确保其使用寿命和使用性能，因此，要求矫直辊辊面材料具有高硬度和硬度均匀性，辊体材料具有良好的强韧性。
由于高强度热轧原板的内应力大、板形及断面质量差，矫直辊的矫直力和矫直扭矩较大，辊面容易出现拉毛和磨损量大现象，不得不提前换辊离线修磨，对正常生产影响很大，而用户对板形、表面质量、尺寸精度的要求又越来越高，现有矫直工作辊很难满足使用要求。
目前，热轧精整厚板线多辊矫直机常用的矫直辊材质为86CrMoV7，国产牌号为9Cr2Mo，其设计成份如表1所示。该材质，淬透性一般，有效淬硬层深度只有4-5mm；由于Cr、Mo、V等合金元素含量较低，组织中的碳化物含量较少为M3C型碳化物，M3C型碳化物硬度约为800-1000HV，硬度较低，为了提高硬度和碳化物含量，感应淬火温度较低，因而，该材质的矫直辊存在有效工作层深度不足、耐磨性和抗划伤性差、使用寿命短的问题，无法满足厚度≤22mm、900MPa强度级高强度厚板的矫直生产需要。
表1 矫直辊的材料成份(重量百分比)
| 名称 | C | Si | Mn | Cr | Mo | V | W | Co | Ni | Ti | Cu | 稀土 | P | S |
| 现用 | 0.80～0.90 | 0.15～0.40 | 0.30～0.50 | 1.80～2.40 | 0.20～0.40 | 0.05～0.15 | ≤0.03 | ≤0.03 | ||||||
| JP10258337A | 1.00～3.00 | 0.10～1.00 | 0.10～1.00 | 4.00～15.0 | 4.00～15.0 | 4.00～15.0 | ≤10.0 | ≤10.0 | ≤5.00 | 0.10～2.00 |
| 91108342.1 | 1.30～2.40 | ≤1.50 | ≤1.50 | 23.0～32.0 | ≤0.70 | 3.00～8.00 | ≤0.20 | ≤0.05 | ≤0.05 | |||||
| 93106824.X | 1.60～2.20 | 0.40～0.90 | 0.60～0.90 | 16.0～21.0 | 1.00～2.00 | 0.50～2.00 | 0.80～1.20 | |||||||
| 本发明 | 0.60～1.10 | 0.10～1.0 | 0.20～0.60 | 4.00～6.00 | 0.20～1.00 | 0.10～0.50 | 0.20～1.00 | ≤0.02 | ≤0.02 |
日本专利JP10258337A发明了一种连续复合浇铸高速钢材质(见表1)，用于轧机工作辊和矫直机工作辊，工作辊由碳钢或低合金钢芯棒和高速钢工作层所组成，具有优异的耐磨性能。复合浇铸高速钢材质通过提高C含量及功能合金含量，工作层可以形成大量复合碳化物，有利于提高耐磨性能，但该材质成本较高，而且连续复合浇铸工艺只适用于大规格轧辊制作，对直径较小的矫直辊工艺控制有一定困难，工作层厚度较大无法保证辊体强度，直径增大将影响带钢矫直效果。
中国专利91108342.1发明了一种高合金耐热耐磨钢(见表1)，经浇铸、精加工、滚压、低温回火油浸后可制成的矫直辊、挤压辊及冷轧辊等，比传统材质制成的同类产品寿命提高3倍以上。中国专利93106824.X发明了一种低碳高铬铸铁耐磨材料(见表1)，具有良好的铸造、机加工性能和焊接性能，采用整体铸造、镶嵌复合铸造、离心铸造等方法制成矫直辊、轧辊等，使用寿命可比冷硬铸铁材料提高10-50倍，比锻钢淬火材料提高3-10倍。整体铸造、镶嵌复合铸造、离心铸造工艺制作高铬铸铁材质也是通过提高C含量及合金含量，提高矫直辊工作层碳化物含量，进而提高耐磨性能，这些工艺同样无法适用于直径较小的矫直辊，主要原因是铸造辊体强韧性不足，无法保证其抗变形能力，同时铸造形成的辊面粗大碳化物容易产生脱落，加剧辊面划伤和带钢表面缺陷。
中国专利91231547.4发明了一种新型堆焊复合矫直辊，由碳钢基体和堆焊合金层所组成，适用于辊式矫直机、管材棒材用矫直机。中国专利97119827.6发明了一种轧辊与矫直辊表面淬火的方法及淬火设备，采用氩弧焊炬对轧辊、矫直辊表面进行加热，同时喷水嘴对已加热的轧辊、矫直辊喷水冷却淬火，工艺简单成本低，轧辊、矫直辊硬度高，不产生裂纹。这两种工艺的思路均为提高矫直辊辊面硬度，同时确保辊体的强韧性，未提出明确的矫直辊材质和所能达到的效果，要保证辊面硬度均匀性比较困难。
综上所述，目前多辊矫直机用矫直辊存在耐磨性和抗划伤性能不佳，使用寿命较短的问题，开发高耐磨、抗划伤新型矫直辊具有重要的意义。
发明内容
本发明目的是开发能满足热轧高强度厚板矫直生产所需的新型矫直辊，提高矫直辊使用寿命和带钢表面质量，解决高强度板矫直生产的瓶颈。
含铬共析锻钢材质淬火组织为颗粒状碳化物、隐晶马氏体和少量残余奥氏体。碳化物类型、数量和分布形态以及马氏体、残余奥氏体的含量对其耐磨性能影响很大。矫直辊的材料和热处理工艺决定着基体组织、碳化物和夹杂物的数量、形貌、尺寸和分布情况，只有采用合理的成份和热处理工艺才能实现耐磨性、强韧性的最佳匹配。
基于此，本发明的矫直辊新材质采用5％Cr系冷作工具钢，新材质中增加了Cr、Mo、V等强碳化物形成元素含量，能够析出弥散分布的合金碳化物，碳化物含量及淬透性大大提高。由Fe-Cr-C三元相图可知，5％Cr系材质所形成的碳化物以M7C3型为主，M7C3型碳化物硬度可达1500-1800HV，明显高于M3C型碳化物，马氏体基体组织中含有大量的细小、均匀弥散分布的二次析出碳化物，强化了基体，因而比86CrMoV7材质具有更加优异的耐磨性能和抗划伤性能；同时新材质中添加Ni元素，以提高辊体强度和疲劳抗力。
采用合理的冶炼锻造工艺，确保锻坯质量，降低杂质与有害元素的含量，改变夹杂物大小、形态、分布，提高材料的均匀性和纯净度；在新材质能提高碳化物含量及淬透性的前提下，采用能细化晶粒及组织的调质热处理工艺，提高辊体的强韧性和抗变形能力，同时采用工频感应淬火加低温回火的热处理工艺，提高工作层的硬度和深度，确保了辊面的辊面高耐磨性与辊体强韧性的合理匹配。
本发明所述新型矫直辊，其材质成分包括：
C：0.60-1.10wt％ Si：0.20-1.0wt％
Mn：0.20-0.60wt％ Ni：0.20-1.00wt％
Cr：4.00-6.00wt％ Mo：0.20-1.00wt％
V：0.10-0.50wt％ P≤0.02wt％ S≤0.02wt％
其余为铁和不可避免的杂质。
该矫直辊制造工艺流程包括：电炉冶炼→铸锭→轧制电极→电极粗加工→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理→超声波探伤+高低倍检验→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。
上述流程里，电炉冶炼之后还包括炉外精炼步骤、电渣重熔；所述扩氢退火处理工艺为：≤400℃入炉→880-920℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷；所述预备热处理包括正火和球化退火，球化退火处理工艺为：≤400℃入炉→850-880℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷；所述调质热处理包括淬火和高温回火，调质热处理工艺为：890-910℃油淬和630-650℃高温回火；所述最终热处理包括工频感应淬火和低温回火，最终热处理工艺为：960-980℃工频感应淬火和200-250℃低温回火。
本发明制造的新型矫直辊辊面硬度为62-64HRC，硬度均匀性≤1.5-2HRC，辊体抗拉强度大于1000MPa、冲击功大于20J；有效工作层深度达到10mm以上，比现有86CrMoV7材质矫直辊工作层深度提高1倍以上，能够满足多次修磨使用的需要。
在正常生产使用条件下，新型矫直辊单次修磨使用吨位达到15万吨以上，比现有86CrMoV7材质矫直辊提高50％以上，能够满足厚度≤22mm、900MPa强度级高强度厚板的矫直生产需要。
说明书附图
图1为本发明制造的矫直辊实施例淬硬层的金相组织；
图2为矫直辊第一次上机位置示意图；
图3为矫直辊第二次上机位置示意图；
图4为矫直辊第一次下机后磨损量示意图。
具体实施方式
现按表2所示化学成份分别实施本发明的新型矫直辊。
表2 本发明矫直辊的化学成份(重量百分比)
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | V | P | S | |
| 对照材质 | 0.85 | 0.30 | 0.40 | 2.10 | 0.30 | 0.10 | 0.025 | 0.021 | |
| 实施例1 | 1.10 | 1.00 | 0.60 | 0.20 | 4.00 | 0.20 | 0.10 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例2 | 0.85 | 0.40 | 0.40 | 0.50 | 6.00 | 0.40 | 0.50 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例4 | 0.95 | 0.20 | 0.40 | 1.00 | 6.00 | 0.50 | 0.20 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例5 | 0.60 | 0.60 | 0.40 | 0.50 | 5.00 | 0.50 | 0.20 | 0.015 | 0.008 |
按下述工艺路线制造本发明的新型矫直辊：
电炉冶炼→炉外精炼→铸锭→轧制电极→电极粗加工→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理(正火+球化退火)→超声波探伤+高低倍检验→粗加工→调质热处理(淬火+高温回火)→半精加工→最终热处理(工频感应淬火+低温回火)→精加工→成品检验→包装出厂。
扩氢退火处理工艺为：≤400℃入炉→880-920℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷；
预备热处理的球化退火处理工艺为：≤400℃入炉→850-880℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷；
调质热处理工艺为：890-910℃油淬+630-650℃高温回火；
最终热处理工艺为：960-980℃工频感应淬火+200-250℃低温回火。
调质热处理、最终热处理的工艺参数如表3所示。
表3 调质及最终热处理工艺参数
| 淬火 | 高温回火 | 感应淬火 | 低温回火 | |
| 对照材质 | 890℃ | 630℃ | 910℃ | 200℃ |
| 实施例1 | 890℃ | 630℃ | 960℃ | 200℃ |
| 实施例2 | 900℃ | 640℃ | 960℃ | 230℃ |
| 实施例3 | 910℃ | 650℃ | 980℃ | 250℃ |
| 实施例4 | 900℃ | 640℃ | 980℃ | 230℃ |
| 实施例5 | 890℃ | 630℃ | 960℃ | 200℃ |
为了满足矫直辊的工作层深度要求，感应淬火频率、淬火线圈、线圈间隙、预热方式、感应加热温度、线圈移动速度等需严格控制。
按上述材质和生产工艺制作对照材质矫直辊和新型材质矫直辊，新材质的工艺稳定性和加工性能均满足要求。成品检验对照材质矫直辊的淬硬层深度为5.3mm，调质处理状态的抗拉强度为850MPa、冲击功为15J；实施例矫直辊的淬硬层深度均为12mm以上，有效淬硬层内硬度未有降低，淬硬层内金相组织如图1所示，组织中均匀、弥散分布着球形M7C3型碳化物，调质处理状态的抗拉强度均为1000MPa以上、冲击功20-25J。对照材质和实施例成品矫直辊的辊面硬度如表4所示。
表4 对照材质和实施例成品矫直辊的辊面硬度(HRC)
| 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点5 | |
| 对照材质 | 62.0 | 61.5 | 61.5 | 61.5 | 60.0 |
| 实施例1 | 65.5 | 65.0 | 65.5 | 65.5 | 65.5 |
| 实施例2 | 62.5 | 63.0 | 62.5 | 63.0 | 62.0 |
| 实施例3 | 63.5 | 64.0 | 63.5 | 63.0 | 63.0 |
| 实施例4 | 63.5 | 63.0 | 63.5 | 63.0 | 63.0 |
| 实施例5 | 63.0 | 63.0 | 63.0 | 63.0 | 63.0 |
对照材质和实施例成品矫直辊于2005年1月开始同时上机使用考核，其中：实施例矫直辊编号为B1-B3、对照材质矫直辊编号为P1，第一次、第二次上机位置编排分别如图2、图3所示，后续上机的位置编排依此类推，成对换位，重新组合继续上机使用。
对照材质和实施例矫直辊第一次下机磨损量检测结果如图4所示。实施例矫直辊使用正常，未出现剥落、磨损、划伤等异常损伤问题，磨损量明显低于对照材质，对照材质矫直辊辊面局部出现凹坑和划伤现象。
在正常使用条件下，对照材质矫直辊的单次修磨使用吨位不足10万吨，实施例矫直辊单次修磨使用吨位达到15.47万吨，辊面无拉毛、凹坑、划伤等异常现象，使用寿命比现有矫直辊提高50％以上，大大减少了矫直辊更换次数、停机时间和矫直辊修磨量，提高了机组产能。
实践证明，本发明钢制造的新型矫直辊具有优异的耐磨性、抗划伤性能，使用寿命大大提高，能够满足厚度≤22mm、900MPa强度级高强度厚板的矫直生产需要，可以推广应用于国内外同类机组，同时还可以应用于冷、热轧中板、薄板矫直机组，具有明显的推广价值和应用前景。
Claims (4)
1.一种矫直辊，其材质特征在于：
C：0.60-1.10wt％ Si：0.20-1.0wt％
Mn：0.20-0.60wt％ Ni：0.20-1.00wt％
Cr：4.00-6.00wt％ Mo：0.20-1.00wt％
V：0.10-0.50wt％ P≤0.02wt％ S≤0.02wt％
其余为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的矫直辊的制造工艺，其特征在于包括：电炉冶炼→炉外精炼→铸锭→轧制电极→电极粗加工→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理→超声波探伤+高低倍检验→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品；
其中，所述扩氢退火处理工艺为：≤400℃入炉→880-920℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷；
所述调质热处理包括淬火和高温回火，所述调质热处理工艺为：890-910℃油淬和630-650℃高温回火；
所述最终热处理包括工频感应淬火和低温回火，所述最终热处理工艺为：960-980℃工频感应淬火和200-250℃低温回火。
3.如权利要求2所述的矫直辊的制造工艺，其特征在于：所述预备热处理包括正火和球化退火。
4.如权利要求3所述的矫直辊的制造工艺，其特征在于：所述球化退火处理工艺为：≤400℃入炉→850-880℃保温→700-740℃保温→炉冷至300-500℃出炉空冷。
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