CN101574706A - 一种亚半高速钢轧辊及其热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚半高速钢轧辊及其热处理工艺，亚半高速钢轧辊的组成是：①化学成份质量含量：C：0.5～1.2％，Si：0.20～0.85％，Cr：0.90～5.00％，Mn+Mo+Ni+V+Ti+Re：1.2～5.0％；②组织：珠光体+索式体+Mc、M2c+少量铁素体；或马氏体+残奥+Mc、M2c，或贝式体；③HSD：55～75。本发明是一种解决复合辊使用过程中的严重崩块现象，合金元素的合理配比，大大降低合金元素的浪费，既能满足轧机的使用要求，又大幅度降低了轧辊的制造成本的亚半高速钢轧辊及其热处理工艺。

Description

一种亚半高速钢轧辊及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种亚半高速钢轧辊，本发明还涉及该亚半高速钢轧辊的热处理生产工艺。

背景技术

轧辊是轧钢机的重要工具及消耗品，属大型装备制造，其产品的产生关键主要是合金成份的组成和强硬度处理，为国际高新技术材料发展的前沿领域，是国家重点发展、扶持的新材料技术产业，产品市场前景广阔，符合国家产业政策。

轧辊制造业是一项高技术含量、高附加值的产业。轧辊是一项集材料、冶金、成型(铸造、锻造、堆焊等)、加工制造、热处理、表面处理、自动控制、检验、检测和使用技术等各门学科技术于一体的产品，并且是上述各门学科先进技术的综合体现，是促进钢铁工业发展的关键技术之一，也是衡量一个国家上述各项技术先进程度和制造技术水平的标志之一。

长期以来，铸钢轧辊仅用在开坯和粗轧辊，实际生产表明，采用钢锭锻制成轧辊时，锻压比很大(约2-4)，并且钢的收得率不高，同时需要大吨位的水压机等关键设备。锻钢轧辊的中心(尤其是大型轧辊)很难锻透的，因此在轧辊的中心区的强度仍是不高的，据有关资料证明，铸钢轧辊通过化学成分的合理匹配，提高合金元素的含量并经过适当的热处理以后，就其强度而言不亚于锻钢轧辊。并采用铸钢轧辊代替锻钢制造支撑辊是完全可能和合理的。也是轧辊制造者的追求。

现代轧机的轧制高效率，轧材高质量的市场需求推动了轧钢业的技术进步，轧制技术的不断发展，促进轧辊制造者不断的研究和开发各种新的轧辊制造材料和轧辊制造技术，在新轧辊材料中，高速钢材料、半高速钢材料在轧辊上的成功应用，作为轧辊制造史上的一次革命得到了世界的广泛关注。

人们已知，对支撑辊的要求，主要是：

①有一定的强度，避免断辊和辊身裂纹；②高的刚度；③高的疲劳强度；④高的抗剥落性；⑤辊身表面有较高的硬度；⑥高的抗表面磨损性能。

由于作为必备消耗品的轧辊，每生产一吨金属制品(含黑色金属和有色金属)根据不同的材质需消耗3-8公斤，即轧辊消耗量为产量的千分之三至八。根据中国钢铁工业协会公布的数据，国内市场目前对轧辊的需求达200万吨，其中高附加值的轧辊每年至少需进口30万吨，市场容量极其巨大。2005年钢产量中特殊钢比为14.2％，特殊钢中合金钢比仅为7.28％，但增长幅度远超过钢铁产量的增长。据了解，从1999年到2003年国内轧辊产量增幅达57％。目前国内高端轧辊市场供不应求。

近二十年来，由于国内轧辊厂的资金投入少，生产设备更新不及时，生产设备单一、落后以及技术落后，加之各厂家对轧辊的基本理论研究不够深入、全面等原因导致我国轧辊制造技术进展十分缓慢，据相关资料介绍我国与国外轧辊行业的差距已经扩大到20年。

高速钢和半高速钢材料轧辊是上世纪80年代由日本研制成功的性能优异的新型轧辊，含碳量≥1.2％，碳和合金元素含量的增加，使材料的组织性能和热处理过程都发生了根本的变化，具体有很高的淬透性和高温硬度，其碳化物以Mc和M6c型为主，硬度高且弥散分布，硬度是HSD60-80，使得其具有高的耐磨性和耐表面粗糙性，具有较高的红硬性和高的高温硬度，用作支撑辊具有较好的稳热定性。

高速钢轧辊与其他材质轧辊相比，有其自身的特点：

1.高速钢轧辊含有较高的钒、铬、钼、钨等合金元素，组织中的碳化物以Mc和M6c型为主，碳化物形态好、硬度高、分布弥散，因而耐磨性好。

2.高速钢轧辊具有良好的稳热性和红硬性，在常规下具有较高的硬度和良好的耐磨性；

3.高速钢轧辊具有良好的淬透性和淬硬性，从辊身表面到工作层内部的硬度几乎不降，从而确保轧辊从外到内具有同等良好的耐磨性。

高速钢和半高速钢轧辊的区别主要是表现在合金元素含量差别上，两者碳元素以及其他形成碳化物合金元素的含量相差近1倍。半高速钢轧辊主要是为了解决钨、钴等合金元素紧缺的矛盾而研制成功的代替高速钢轧辊的新材料。它目前应用于热连轧带钢轧机、中板轧机、型钢万能轧机、轧边机、冷轧机等一系列轧机支撑辊。

但高速钢、半高速钢轧辊的双金属复合的严重不足，复合辊在使用过程中的严重崩块现象；合金元素偏高，造成了合金元素的大大浪费，同时轧辊的制造成本偏高。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是提供一种强度高、刚度高、疲劳强度高、抗剥落性高、辊身表面有较高的硬度且抗表面磨损性能高的亚半高速钢轧辊。

本发明所要解决的第二技术问题是提供一种解决复合辊使用过程中的严重崩块现象，合金元素的合理配比，大大降低合金元素的浪费，既能满足轧机的使用要求，又大幅度降低了轧辊的制造成本的亚半高速钢轧辊的热处理工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供的亚半高速钢轧辊，其组成为：

①化学成份质量含量：C：0.5～1.2％，Si：0.20～0.85％，Cr：0.90～5.00％，Mn+Mo+Ni+V+Ti+Re：1.2～5.0％

②组织：珠光体+索式体+Mc、M2c+少量铁素体；或

马氏体+残奥+Mc、M2c，或

贝式体；

③HSD：55～75。

本发明提供的亚半高速钢轧辊的热处理工艺，其步骤是：

(1).在轧辊脱模清砂之后，炉内温度≤120℃时装进炉窑热处理；

(2).进窑后开始升温，根据轧辊的材质和重量选择升温速度：以≤20℃/h升温至360±20℃时，进行12小时的均匀化保温处理，继续以≤25℃/h升温至680±20℃，进行12小时的均匀化保温处理；再以≤50℃/h升温至1000±20℃时，进行36小时左右的扩散处理，吊下平车空冷并清除灰尘；

(3).待空冷至450-500℃时，将轧辊翻边，重新装炉预热保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行5.5～6.5小时的保温均匀处理，在以≤50℃/h升温至920±20℃，进行20小时的正火或雾化处理，据要求采取雾冷、风冷、空冷或组合处理；

(4).待轧辊冷却至400±20℃时，重新装炉、保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行36～40小时的去应力退火处理，然后随炉冷却至200℃时开炉门吊保温坑或出炉冷却。

采用上述技术方案的亚半高速钢轧辊及生产工艺，亚半高速钢支撑辊系列产品的整体铸造法，弥补了高速钢、半高速钢轧辊的双金属复合的严重不足，解决了复合辊使用过程中的严重崩块现象；合金元素的合理配比，大大降低了合金元素的浪费。既能满足轧机的使用要求，又大幅度降低了轧辊的制造成本；采用了特殊热处理后，对提高整体铸钢支撑辊辊身表面硬度和硬层深度，以及改善成品轧辊的残余应力状态，使轧辊具有较高的疲劳强度和耐磨损性能。使轧辊的性能得到优化。对提高轧辊使用寿命和产品性能，降低钢材成本，减少因轧辊报废而造成材料浪费。

综上所述，本发明是一种解决复合辊使用过程中的严重崩块现象，合金元素的合理配比，大大降低合金元素的浪费，既能满足轧机的使用要求，又大幅度降低了轧辊的制造成本的亚半高速钢轧辊及其热处理工艺。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是产品实现过程流程图；

图2是生产工艺流程图；

图3亚半高速钢大型支撑辊的热处理工艺。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种亚半高速钢轧辊，其组成为：

①化学成份质量含量：C：0.5～1.2％，Si：0.20～0.85％，Cr：0.90～5.00％，Mn+Mo+Ni+V+Ti+Re：1.2～5.0％；

②组织：珠光体+索式体+Mc、M2c+少量铁素体；或

马氏体+残奥+Mc、M2c；或

贝式体；

③HSD：55～75。

为了产生上述亚半高速钢轧辊，本发明提供的生产工艺是：配料、冶炼、精炼(检验)、配砂、涂料、造型(检验)、烘模、合模(检验)、浇注(特殊工序)、清砂、精整、检验、热处理(特殊工序)、检验、打毛孔、粗车、二次平头、打中心孔、精车(关键工序)、镗[钻]孔、铣键、刷扁方、磨床、抛光、成品、检验、包装和入库。

1.根据公司亚半高速钢系列产品生产的技术要求、用户的需要和公司多年生产轧辊的经验，不断改进化学成份的配比，初步确定亚半高速钢支撑辊系列产品化学成份的配比。实现以铸钢轧辊代替锻钢制造支撑辊。

2.很具用户不同轧机的使用范围需要，不断调整和改进热处理工艺，通过质量检测和用户的试用结果，确定热处理工艺。

经过试制、试用、以及小批试生产，反复检测和不断改进、完善生产工艺。产品的可靠性和稳定性得到了充分的论证，并逐步制定了生产工艺流程和产品技术标准，实现以铸代锻制造支撑辊。最后形成定型产品推向市场。

首先以φ850毫米中宽带轧机上的支撑辊(φ850*800)为研究、试制对象，研制出亚半高速钢支撑辊系列产品工艺技术参数，制定了生产工艺流程和产品技术标准，再推广应用到φ1250毫米和φ1580毫米及φ1780毫米热轧带钢连轧机的支撑辊(φ1260*1210、φ1560*1500、φ1750*1700)，建立起完整的生产线。

技术关键点：

i、亚半高速钢支撑辊中包含的化学元素对工作层的基体组织和使用性能有不同的影响，随着含碳量的提高，轧辊的耐磨性呈直线而急剧提高，合金元素的合理配比将对轧辊的性能起到事半功倍的效果。

ii、铸钢轧辊在铸态下，由于内应力大，组织粗大，不能满足轧制需要，须经过相应的热处理来改善组织，消除应力，使轧辊获得所要求的基体组织，以保证轧辊具有高的疲劳强度和耐磨损性能。

参见图1、图2和图3，本发明提供的亚半高速钢轧辊的热处理工艺是：

1.在轧辊脱模清砂之后，炉内温度≤120℃时装进炉窑热处理，装窑时，要严格按照操作规程装炉。轧辊应装平、垫稳，以防止变形和滚动；

2.进窑后开始升温，根据轧辊的材质和重量选择升温速度：以≤20℃/h升温至360±20℃时，进行12小时的均匀化保温处理，继续以≤25℃/h升温至680±20℃，进行12小时的均匀化保温处理，其目的均是为了使轧辊内外受热温度均匀，防止局部升温过快，内外温差太大，使内应力增加，导致辊身爆裂或出现裂纹；再以≤50℃/h升温至1000±20℃时，进行36小时左右的扩散处理，吊下平车空冷并清除灰尘；(空冷时间有冬夏季节之分)

3.待空冷至450-500℃时，将轧辊翻边，根据轧辊的技术要求、特别是辊径的硬度要求决定是否采取辊径套套筒或陶瓷纤维等保护措施，重新装炉预热保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行5.5～6.5小时的保温均匀处理，在以≤50℃/h升温至920±20℃，进行20小时的正火或雾化处理，据要求采取雾冷、风冷、空冷或组合处理；

4.待轧辊冷却至400±20℃时，重新装炉、保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行36～40小时的去应力退火处理，然后随炉冷却至200℃时开炉门吊保温坑或出炉冷却。

Claims (2)

1、一种亚半高速钢轧辊，其特征是：其组成为：

①化学成份质量含量：C：0.5～1.2％，Si：0.20～0.85％，Cr：0.90～5.00％，Mn+Mo+Ni+V+Ti+Re：1.2～5.0％；

②组织：珠光体+索式体+Mc、M2c+少量铁素体；或

马氏体+残奥+Mc、M2c，或贝式体；

③HSD：55～75。

2、热处理权利要求1的亚半高速钢轧辊的工艺，其特征是：其步骤是：

(1).在轧辊脱模清砂之后，炉内温度≤120℃时装进炉窑热处理；

(2).进窑后开始升温，根据轧辊的材质和重量选择升温速度：以≤20℃/h升温至360±20℃时，进行12小时的均匀化保温处理，继续以≤25℃/h升温至680±20℃，进行12小时的均匀化保温处理；再以≤50℃/h升温至1000±20℃时，进行36小时左右的扩散处理，吊下平车空冷并清除灰尘；

(3).待空冷至450-500℃时，将轧辊翻边，重新装炉预热保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行5.5～6.5小时的保温均匀处理，在以≤50℃/h升温至920±20℃，进行20小时的正火或雾化处理，据要求采取雾冷、风冷、空冷或组合处理；

(4).待轧辊冷却至400±20℃时，重新装炉、保温5.5～6.5小时、待内外温度相近时开始以≤30℃/h升温至680±20℃，进行36～40小时的去应力退火处理，然后随炉冷却至200℃时开炉门吊保温坑或出炉冷却。

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