CN101215628A - 高速钢复合轧辊热处理方法 - Google Patents

Abstract

高速钢复合轧辊热处理方法属于轧钢技术领域。本发明首先将轧辊进行退火处理，退火温度：870－890℃，保温时间：6－10小时。再在50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280－350℃，预热保温时间6－10小时。淬火加热时，轧辊需要旋转和沿轴向垂直下移。轧辊加热后快速水冷，然后在520－560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4－6小时，随后空冷。再将轧辊重新加热至500－540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6－8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷。本发明热处理工艺处理高速钢复合轧辊，工艺简便，能耗低，生产周期短，轧辊强度高，使用效果好，推广应用具有很好的经济和社会效益。

Description

高速钢复合轧辊热处理方法

技术领域

本发明为轧辊的热处理方法，特别涉及一种高速钢复合轧辊热处理方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

高速钢由于含有大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素，具有很高的常温硬度，尤为可贵的是，与普通材料相比，高速钢具有优异的红硬性，500℃时仍保持在HRC55以上，因此具有优良的高温耐磨性，用于制造热轧机工作辊具有良好的使用效果。中国发明专利CN1846887公开了一种高速钢复合轧辊及其制造方法，该发明的高速钢复合轧辊由辊身和辊芯通过离心铸造方法复合而成，辊身材料是高碳高速钢，主要含有的化学成分的重量百分比是：C，1.8～2.8；Mo，4.0～8.0；V，3.0～7.0；Nb，1.5～4.0；Cr，6.0～12.0；RE，0.1～0.25；Ti，0.15～0.40；N，0.08～0.20；K，0.06～0.18；Si＜2.0；Mn＜2.0；S＜0.05；P＜0.05；余量为Fe和不可检测的微量杂质；辊芯材料是高强度球墨铸铁。其耐磨性明显优于高镍铬无限冷硬铸铁轧辊和高铬铸铁轧辊。中国发明专利CN1807671公开了一种连续复合高速钢轧辊工艺配方，外层辊身的工艺配方(重量％)是：1.5-3.5 C，2.0-7.0 Cr，2.0-7.0 Mo，4.0-10.0V，4.0-10.0 W，0-10.0 Co，Ni＜2.0，其余为Fe。采用该配方可以开发W、V含量高、偏析轻、耐磨性好的复合高速钢轧辊，来满足热连轧技术的需求。中国发明专利CN100999804也公开了一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法，该发明高碳高钨高速钢轧辊含有：碳2.0％～3.0％，钨6.0％～18.0％，钒2.0％～4.0％，钼1.0％～3.0％，铬3.0％～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％；制成的该高碳高钨高速钢轧辊含有钒、钨系的MC型复合碳化物。该发明高碳高钨高速钢轧辊的制备方法是，将高碳高钨高速钢加热到1580℃～1620℃后脱氧；在1400℃～1500℃浇铸，同时对离心铸型施加0.05T～0.25T的稳恒磁场，并以600-1800转/分钟转速旋转至成型。日本专利JP8020842-A和JP3266737-B2公开了一种高速钢复合轧辊，外层高速钢含1.0-1.9 wt.％C，内层为铸钢材料，主要成分(wt.％)为：0.4-0.8 C，1.1-3.0 Si，0.2-1.0 Mn，＜0.5 Ni，1.5 Cr，1.0 Mo，1.0 W，1.5 V，Fe余量。JP7207411-A也报道了一种离心复合铸造高速钢轧辊，外层是含1.0-1.9 wt.％C的高速钢，内层是0.4-0.9wt.％C的铸钢，通过离心复合铸造方法，将内外层复合在一起。由于高速钢中合金元素加入量多，且合金碳化物稳定性好，因此为了提高高速钢轧辊的淬硬性和淬透性，通常需要采用较高的淬火温度，一般超过1000℃，在高温淬火加热过程中，复合轧辊的辊芯强度会明显下降。轧辊使用中易发生断辊事故，严重影响轧机的正常运行。为了防止轧辊使用中发生断辊事故，满足轧机的正常使用，通常用加大辊芯直径的办法来消除辊芯强度下降对轧辊的影响，既增加了轧辊重量和轧辊生产成本，还增加了轧钢时的动力消耗。当轧辊心部材料采用铸钢时，由于其熔点比高速钢高，浇注时将与已经凝固的外层高速钢的内表面熔融混合。这一熔融层的熔点比心部钢液低，成为最后凝固的部位，易产生铸造缺陷，降低结合层的强度。

发明内容

本发明目的是提供一种高速钢复合轧辊的热处理方法。本发明是在高速钢复合轧辊热处理过程中，只对辊身进行快速加热和喷水冷却，然后进行回火，以稳定组织和消除应力，辊芯和辊轴不加热，仍维持在高强度，轧辊表面具有高硬度和优良的耐磨性，辊芯和辊轴具有高强度。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

首先将轧辊进行退火处理，其退火处理工艺为：870-890℃保温6-10小时，炉冷至720-760℃，保温2-4小时，然后炉冷至小于500℃，出炉空冷，然后粗加工。再在额定负载1200-2000kVA、50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280-350℃，预热保温时间6-10小时。50Hz感应器位于250Hz感应器的正上方，加热淬火时，轧辊垂直下移，这时轧辊先被50Hz感应器加热，然后再经250Hz感应器加热。高速钢复合轧辊直径为150mm-1200mm。淬火加热时，轧辊旋转速度与轧辊直径之间需满足以下公式：

$n=k_1\left(\frac{1}{D}\right)---\left(1\right)$

式中：n-轧辊旋转速度，r/min；k₁-直径系数，对于直径小于或等于400mm的轧辊，k₁值取11500-12000mm.r/min，对于直径大于400mm的轧辊，k₁值取10000-10500 mm.r/min；D-轧辊直径，mm。

轧辊垂直下移速度与轧辊直径之间需满足以下公式：

$V=k_2\left(\frac{1}{D}\right)---\left(2\right)$

式中：V-轧辊垂直下移速度，mm/s；k₂-直径系数，对于直径小于或等于400mm的轧辊，k₂值取550-650mm²/s，对于直径大于400mm的轧辊，k₂值取350-450mm²/s；D-轧辊直径，mm。

轧辊加热后快速水冷至200℃以下，然后在520-560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4-6小时，随后空冷至200℃以下。再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6-8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷，最后精加工至规定尺寸和表面光洁度。

轧辊热处理工艺选择的理由如下：

铸态高速钢轧辊硬度高，直接加工效率低、刀具磨损快，刀具消耗量大，粗加工前需要进行退火处理。退火加热温度低于870℃或退火保温时间少于6小时，轧辊退火后硬度仍较高，加工性能差。轧辊退火加热温度超过890℃后，铸铁或球铁辊芯和辊轴组织出现粗大，强度将下降，退火保温时间超过10小时后，轧辊硬度变化不明显，反而增加轧辊退火能耗，降低轧辊生产效率。高速钢复合轧辊加热至870-890℃保温6-10小时，炉冷至720-760℃，保温2-4小时，然后炉冷至小于500℃，出炉空冷，硬度降低明显，可以明显改善轧辊加工性能，提高粗加工轧辊效率。

由于轧辊工作时接触应力很大，若残余应力合理分布，可提高轧辊的接触疲劳强度和使用寿命，轧辊淬火前预热可以改善残余应力分布。轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280-350℃，预热保温时间6-10小时。不仅使淬硬层的残余压应力增大，同时使过渡区张应力的幅值大为减少，有利于提高轧辊的使用寿命。

选用50Hz/250Hz双频感应加热淬火工艺是由工频和中频组合的感应加热淬火，50Hz电流首先加热轧辊的主要作用是预热、提高透热层深度和加宽过渡区，其次250Hz电流加热起到淬火保温和延长奥氏体时间的作用，这种双频两圈淬火具有轧辊的淬硬层深、硬度均匀及有较平缓的过渡区等优点。

为稳定组织和消除淬火应力，淬火后轧辊需进行回火处理。先在520-560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4-6小时，随后空冷，可以将轧辊淬硬层内的残留奥氏体进一步转变为高硬度马氏体，可以改善轧辊耐磨性。再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6-8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷，可以消除轧辊内应力，稳定轧辊组织，确保轧辊使用中不出现开裂和剥落，满足轧辊的正常使用。

本发明效果：

①用本发明热处理高速钢复合轧辊，不需要在高温炉内进行高温加热，能耗低，周期短，生产效率高。

②用本发明热处理高速钢复合轧辊，由于辊颈和辊芯没有经过高温加热，辊颈和辊芯仍维持在高强度，抗拉强度达到500-550MPa。

③用本发明热处理高速钢复合轧辊，辊身硬度超过60HRC，辊面硬度均匀，辊面硬度差小于2HRC，淬硬层深度超过50mm。

④本发明热处理高速钢复合轧辊在带钢和棒材轧机上使用，不会发生断辊事故，耐磨性比高铬铸铁轧辊和高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高4-5倍。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

首先将高速钢复合轧辊进行退火处理，高速钢复合轧辊的外层是含1.84％C的高速钢，内层是低合金球墨铸铁。将高速钢复合轧辊加热至890℃保温6小时，炉冷至750℃，保温3小时，然后炉冷至小于500℃，出炉空冷，然后粗加工。再在额定负载1200kVA、50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度300℃，预热保温时间8小时。50Hz感应器位于250Hz感应器的正上方，加热淬火时，轧辊垂直下移，这时轧辊先被50Hz感应器加热，然后再经250Hz感应器加热。淬火加热时，轧辊旋转速度与轧辊直径之间需满足式(1)公式，轧辊垂直下移速度与轧辊直径之间需满足式(2)公式，轧辊直径450mm，轧辊辊身长度850mm，轧辊旋转速度为23r/min，轧辊垂直下移速度为0.90mm/s。轧辊加热后快速水冷，然后在560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4小时，随后空冷。再将轧辊重新加热至540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6小时，然后炉冷至小于200℃后空冷，最后精加工至规定尺寸和表面光洁度。轧辊表面硬度为61.2HRC，轧辊棍面硬度差为1.1 HRC，轧辊淬硬层深度57mm，轧辊辊颈抗拉强度547.4MPa。

实施例2：

首先将高速钢复合轧辊进行退火处理，高速钢复合轧辊的外层是含2.07％C的高速钢，内层是高强度灰铸铁。将高速钢复合轧辊加热至870℃保温10小时，炉冷至760℃，保温2小时，然后炉冷至小于500℃，出炉空冷，然后粗加工。再在额定负载1800kVA、50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度350℃，预热保温时间6小时。50Hz感应器位于250Hz感应器的正上方，加热淬火时，轧辊垂直下移，这时轧辊先被50Hz感应器加热，然后再经250Hz感应器加热。淬火加热时，轧辊旋转速度与轧辊直径之间需满足式(1)公式，轧辊垂直下移速度与轧辊直径之间需满足式(2)公式，轧辊直径350mm，轧辊辊身长度720mm，轧辊旋转速度为33r/min，轧辊垂直下移速度为1.72 mm/s。轧辊加热后快速水冷，然后在520℃进行第一次回火处理，回火保温时间6小时，随后空冷。再将轧辊重新加热至500℃进行第二次回火处理，回火保温时间8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷，最后精加工至规定尺寸和表面光洁度。轧辊表面硬度为62.5HRC，轧辊辊面硬度差为1.3HRC，轧辊淬硬层深度58mm，轧辊辊颈抗拉强度533.8MPa。

将上述热处理后的高速钢复合轧辊应用于热轧带钢轧机精轧前架和棒材轧机精轧机架上，轧辊辊芯和辊颈强度高，使用中无断辊现象出现。轧辊辊面硬度高，淬硬层深，高速钢复合轧辊的耐磨性比高铬铸铁轧辊和高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高4-5倍。使用本发明热处理工艺处理高速钢复合轧辊，工艺简便，能耗低，生产周期短，轧辊使用效果好，推广应用具有很好的经济和社会效益。

Claims (3)

1.一种高速钢复合轧辊热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先将轧辊进行退火处理，其退火处理工艺为：870-890℃保温6-10小时，炉冷至720-760℃，保温2-4小时，然后炉冷至小于500℃，出炉空冷，然后粗加工；

再在50Hz/250Hz双频淬火机床上进行感应淬火，轧辊在感应淬火前进行预热处理，预热温度280-350℃，预热保温时间6-10小时；50Hz感应器位于250Hz感应器的正上方，加热淬火时，轧辊需要旋转和垂直下移；

轧辊加热后快速水冷至200℃以下，然后在520-560℃进行第一次回火处理，回火保温时间4-6小时，随后空冷至250℃以下；再将轧辊重新加热至500-540℃进行第二次回火处理，回火保温时间6-8小时，然后炉冷至小于200℃后空冷，最后精加工至规定尺寸和表面光洁度。

2.如权利要求1所述的高速钢复合轧辊的热处理方法，其特征在于淬火感应加热时的轧辊旋转速度与轧辊直径之间需满足以下公式：

$n=k_1\left(\frac{1}{D}\right)---\left(1\right)$

式中：n-轧辊旋转速度，r/min；k₁-直径系数，对于直径小于或等于400mm的轧辊，k₁值取11500-12000mm.r/min，对于直径大于400mm的轧辊，k₁值取10000-10500mm.r/min；D-轧辊直径，mm。

3.如权利要求1所述的高速钢复合轧辊的热处理方法，其特征在于淬火感应加热时的轧辊垂直下移速度与轧辊直径之间需满足以下公式：

$V=k_2\left(\frac{1}{D}\right)---\left(1\right)$

式中：V-轧辊垂直下移速度，mm/s；k₂-直径系数，对于直径小于或等于400mm的轧辊，k₂值取550-650mm²/s，对于直径大于400mm的轧辊，k₂值取350-450mm²/s；D-轧辊直径，mm。