CN102357778A - 一种拉矫辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拉矫辊的制造方法，属于冶金轧辊制造领域，起解决了现有技术制造的拉矫辊易磨损、使用寿命短的缺点。本发明的拉矫辊的制造方法包括配料、铸造、堆焊、热处理、粗加工以及精加工步骤。本发明拉矫辊的制造方法无论是堆焊前辊坯的机械性能、堆焊后辊坯的硬度还是堆焊层本身的机械性能均很好的满足了生产工艺的要求，使得本发明工艺制成的具有堆焊层的拉矫辊具有高耐磨、高耐腐蚀性且使用寿命长的优点。

Description

一种拉矫辊的制造方法

技术领域

本发明属于冶金轧辊制造领域，尤其涉及一种连铸辊中的拉矫辊的制造方法。

背景技术

连铸是提高钢产量、降低能耗、提高成材率的有效途径，因此，连铸技术已成为世界各国钢铁、铜材等加工企业的主要工艺手段。

连铸辊是连铸机的关键部件，而拉矫辊又是连铸辊部件的关键，拉矫辊质量的好坏将直接影响连铸辊输送出来的铸坯的质量。由于连铸过程中恶劣的外部条件且拉矫辊辊面长时间与铸坯接触，使得连铸辊温度上升较快，同时，在连铸工艺的后段，一般需要通过冷却水冷却铸坯。拉矫辊自身的温度在冷热之间快速且多次的变化，使得拉矫辊辊面发生龟裂，且受高温氧化和冷却水腐蚀的作用，拉矫辊辊面极易剥落，造成辊面凹凸不平，严重影响铸坯的质量，同时拉矫辊自身的机械强度也大大降低，使得拉矫辊的使用寿命通常不超过一个月，极大的浪费成本。

中国专利申请(公开号：CN2756353Y)涉及连铸机用辊的硬质覆层，它主要是在连铸机用辊上堆焊有碳化钨药芯不锈钢材料，虽然该硬质覆层可有效地防止在火焰切割铸坯将输送辊割穿，又使拉矫辊具有耐高温和腐蚀性能，但是有拉矫辊和硬质覆层材料属于异种钢焊接，易产生剥落现象，耐磨损性较差，使用寿命短。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提出一种机械强度高、使用寿命长且节约成本的拉矫辊的制造方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种拉矫辊的制造方法，该方法包括以下步骤：

S1：将42CrMo钢材原料熔化后注入拉矫辊箱型腔内冷却凝固，而后送至压力机上采用普通快锻或自由锻工艺锻造成型为辊坯，，将锻造成型的辊坯经过第一次退火，退火温度为400℃-520℃，退火时间2-3小时，然后进行第一次粗加工；

S2：将第一次粗加工得到的辊坯进行调质处理，调质处理后利用火焰加热方式进行表面预热处理，预热温度为100℃-450℃，预热处理时间为7-10小时；

S3：按照如下质量百分比的组分配制堆焊剂：C：0.03％-0.15％，Si：0.2％-1.5％，Mn：1.5％-2.5％，Cr：12.0％-14.5％，Ni：0.5％-1.8％，Mo：0.4％-1.5％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，其余为Fe；然后将堆焊剂堆焊于预热处理后的辊坯表面上形成5-15mm的堆焊层，堆焊条件为：焊接电压U＝30-35V，焊接电流I＝475-490A，焊接速度为300-310mm/min，出丝速度为1.8-2mm/min；

S4：将上述堆焊后的辊坯进行第二次热处理，热处理后出炉空冷，然后经过第二次粗加工后精加工得到拉矫辊。

本发明步骤S1中42CrMo钢材的组分及其质量百分比为C：0.38％-0.45％，Si：≤0.4％，Mn：0.6％-0.9％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：0.9％-1.2％，Mo：0.15％-0.3％，余量为铁；该钢材具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。第一次退火处理可以提高钢材的强度，特别是疲劳强度。

步骤S2中辊坯经过调质处理后使辊坯的机械性能得到进一步的提高，调质处理后还经过机械性能检测、半精加工以及第一次探伤检测步骤，由于辊芯采用42CrMo钢材为中碳合金钢，在堆焊前对辊芯待焊表面进行预热处理，采取火焰预热法方式。预热温度保证辊芯母材整体热透，预热温度优选为：200℃-300℃，温度太低，将会产生开裂等缺陷。

步骤S3中堆焊剂中Ni和Mo等为高温强化合金，在堆焊剂中加入过多的Ni、Mo等合金元素对于提高抗冷热疲劳性能的效果并不明显，但是对于拉矫辊的综合性能的提高是有必要的。其中Cr的含量是以确保耐氧化腐蚀性能为前提的，应有足够的含量，但是过量将劣化堆焊层的综合性能。Ni是保证堆焊层高韧性和针对马氏体组织的脆性而添加的，含量过高将降低堆焊层的相变点温度。C的含量应与Ni的含量平衡，防止铁素体的析出，并且以不生成残余奥氏体和不降低耐氧化腐蚀性为限。加入Mo等合金元素是为了固定C和细化晶粒，提高堆焊层的屈服强度、耐氧化腐蚀能力等综合性能。作为优选，步骤S3中所述的堆焊剂组分的质量百分比为：：C：0.06％-0.12％，Si：0.2％-0.5％，Mn：1.6％-2.0％，Cr：13.0％-14.0％，Ni：0.8％-1.2％，Mo：0.8％-1.2％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，其余为Fe。堆焊方式为现有普通的堆焊如埋弧堆焊等。堆焊后还包括清除堆焊层缺陷的步骤。

步骤S4中第二次热处理的目的是消除焊接应力，作为优选，第二次热处理的具体过程为将温度大于350℃的辊坯送入热处理炉内以8-15℃每小时的温度加热辊坯，并最终使得辊坯温度稳定在570℃至600℃，在该温度下保温8-15小时，而后以5℃至30℃每小时的速度随炉冷却，当辊坯温度冷却至小于150℃后出炉空冷。第二次粗加工后还包括第二次探伤检测步骤，精加工后还包括第三次探伤检测步骤。所述第一次探伤检测、第二次探伤检测以及第三次探伤检测均采用超声波检测方式检测。

在上述拉矫辊的制造方法中，步骤S1中锻造比大于等于4。锻造比≥4的目的是防止辊坯锻件有重皮、缩孔和疏松等缺陷。

在上述拉矫辊的制造方法中，步骤S2中的调质处理包括淬火和高温回火，其具体步骤为将第一次粗加工后的辊坯在780-850℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80-120分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度600-650℃，保温时间2-3小时；出炉空冷至室温。经过调质处理中淬火和高温回火后，可以获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的辊坯。

在上述拉矫辊的制造方法中，骤S3堆焊过程中包括先堆焊过渡层，然后堆焊工作层，所述的过渡层厚度为1-3mm，所述的工作层厚度为4-9mm，所述的过渡层和工作层组成堆焊层。本发明采用过渡层来保证堆焊层和辊坯的结合强度，防止产生堆焊层剥离的现象。

与现有技术相比，本发明拉矫辊的制造方法无论是堆焊前辊坯的机械性能、堆焊后辊坯的硬度还是堆焊层本身的机械性能均很好的满足了生产工艺的要求，使得本发明工艺制成的具有堆焊层的拉矫辊具有高耐磨、高耐腐蚀性且使用寿命长的优点。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例一

将42CrMo钢材原料的化学成分检验合格后，采用顶注法或者底注法将液态原料注入拉矫辊箱型腔内。液态原料凝固后送至压力机上进行锻造加工，经过一至二次锻造成型后使得辊坯的锻造比为5。锻造可采用快锻或自由锻工艺，各类工艺条件符合国家标准JB/T 5000.8即可。锻造后进行第一次退火处理，退火温度400℃-450℃，退火时间3小时。退火后，通过车床和镗床对辊坯第一次粗加工。

将粗加工后的辊坯进行第一次热处理，本实施例中，为提高辊坯的强度、可塑性以及韧性，采用调质处理的热处理方法。调质处理包括淬火和高温回火，辊坯在780-800℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷100分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度600-620℃，保温时间3小时；出炉空冷至室温。经过调质处理后的辊坯的机械性能满足：抗拉强度(σb)≥800MPa；屈服强度(σs)≥550MPa；伸长率(δ5)≥12％；断面收缩率(ψ)≥50％；冲击功Akv≥40J。

将热处理后的辊坯进行机械性能检测，检测是否符合上述各项机械性能要求。检测方法为将四个同一批生产的样品辊坯，一个进行拉伸，另外三个进行冲击。待机械性能检测合格后，对辊坯进行半精加工，而后对半精加工后的辊坯进行第一次探伤检查，查看辊坯内部是否出现裂纹。本实施例中，采用超声波检验技术进行第一次探伤检查。

待确认辊坯内部和表面没有影响后续工艺步骤进行的缺陷后，对辊坯表面进行预热处理。本实施例中，采用火焰加热方式对辊坯进行预热处理，预热温度为200℃-250℃，预热时间8小时以保证辊坯整体热透。

预热后采用普通的方法进行堆焊，堆焊剂的化学成分及其质量百分比为：C：0.06％-0.12％，Si：0.2％-0.5％，Mn：1.6％-2.0％，Cr：13.0％-14.0％，Ni：0.8％-1.2％，Mo：0.8％-1.2％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，余量为Fe。堆焊的工艺参数为：焊接电压U＝30-32V，焊接电流I＝475-490A，堆焊转速为310mm/min，堆焊设备出丝速度为1.8mm/min。首先焊接1-2mm厚度的过渡层，在确认过渡层符合要求后继续焊接4-6mm工作层，工作层和过渡层组成堆焊层。

本实施例中，在堆焊后，还包括清除堆焊缺陷的步骤。清除堆焊缺陷的步骤包括两种情况：一，当堆焊层局部有小于Φ5的缺陷时，可在不接触表面的情况下直接修磨清除即可。二，当堆焊层局部有大于Φ5的缺陷时，重新将辊坯预热到大于350℃，而后重新进行上述堆焊步骤。

堆焊完成后，将附着有堆焊层的辊坯进行第二次热处理。进行第二次热处理前，应保证辊坯整体温度大于350℃，而后送入热处理炉内以8-15℃每小时的温度加热辊坯，并最终使得辊坯温度稳定在570℃至600℃，在该温度下保温8-15小时，而后以5℃至30℃每小时的速度随炉冷却，当辊坯温度冷却至小于150℃后出炉空冷。

将出炉空冷后的辊坯再次粗加工后并进行硬度和探伤检查。而后对辊坯精加工，精加工采用车床、镗床和磨床进行。在精加工后再次对辊坯进行化学成分分析以确保在前序步骤中没有掺入其他杂质而影响辊坯整体性能并进行最后一次探伤检查。而后进行成品辊坯尺寸检查，符合要求后即完成本发明拉矫辊的全部制作流程。

实施例二

将42CrMo钢材原料的化学成分检验合格后，采用顶注法或者底注法将液态原料注入拉矫辊箱型腔内。液态原料凝固后送至压力机上进行锻造加工，经过二次锻造成型后使得辊坯的锻造比为5至8。锻造可采用快锻或自由锻工艺，各类工艺条件符合国家标准JB/T 5000.8即可。锻造后进行第一次退火处理，退火温度480℃至520℃，退火时间2小时。退火后，通过车床和镗床对辊坯第一次粗加工。

将粗加工后的辊坯进行第一次热处理，本实施例中，为提高辊坯的强度、可塑性以及韧性，采用调质处理的热处理方法。调质处理包括淬火和高温回火，辊坯在810-830℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度630-640℃，保温时间2小时；出炉空冷至室温。经过调质处理后的辊坯的机械性能满足：抗拉强度(σb)≥800MPa；屈服强度(σs)≥550MPa；伸长率(δ5)≥12％；断面收缩率(ψ)≥50％；冲击功Akv≥40J。

将热处理后的辊坯进行机械性能检测，检测是否符合上述各项机械性能要求。检测方法为将四个同一批生产的样品辊坯，一个进行拉伸，另外三个进行冲击。待机械性能检测合格后，对辊坯进行半精加工，而后对半精加工后的辊坯进行第一次探伤检查，查看辊坯内部是否出现裂纹。本实施例中，采用超声波检验技术进行第一次探伤检查。

待确认辊坯内部和表面没有影响后续工艺步骤进行的缺陷后，对辊坯表面进行预热处理。本实施例中，采用火焰加热方式对辊坯进行预热处理，预热温度为300℃至400℃，预热时间7小时以保证辊坯整体热透。

预热后采用普通技术进行堆焊，堆焊剂的化学成分及其质量百分比为：C：0.03％-0.15％，Si：0.2％-1.5％，Mn：1.5％-2.5％，Cr：12.3％-14.5％，Ni：0.8％-1.8％，Mo：0.8％-1.5％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，其余为Fe。堆焊的工艺参数为：焊接电压U＝30-35V，焊接电流I＝480-490A，堆焊转速为300mm/min，堆焊设备出丝速度为2mm/min。首先焊接2-3mm厚度的过渡层，在确认过渡层符合要求后继续焊接6-8mm工作层，工作层和过渡层共同组成堆焊层。

本实施例中，在堆焊后，还包括清除堆焊缺陷的步骤。清除堆焊缺陷的步骤包括两种情况：一，当堆焊层局部有小于Φ5的缺陷时，可在不接触表面的情况下直接修磨清除即可。二，当堆焊层局部有大于Φ5的缺陷时，重新将辊坯预热到大于350℃，而后重新进行上述堆焊步骤。

堆焊完成后，将附着有堆焊层的辊坯进行第二次热处理。进行第二次热处理前，应保证辊坯整体温度为350℃至500℃，而后送入热处理炉内以8-15℃每小时的温度加热辊坯，并最终使得辊坯温度稳定在570℃至600℃，在该温度下保温8-15小时，而后以5℃至30℃每小时的速度随炉冷却，当辊坯温度冷却至小于150℃后出炉空冷。

将出炉空冷后的辊坯再次粗加工后并进行硬度和探伤检查。而后对辊坯精加工，精加工采用车床、镗床和磨床进行。在精加工后再次对辊坯进行化学成分分析以确保在前序步骤中没有掺入其他杂质而影响辊坯整体性能并进行最后一次探伤检查。而后进行成品辊坯尺寸检查，符合要求后即完成本发明拉矫辊的全部制作流程。

产品测试

堆焊前辊坯机械性能测试如表1所示：

表1

堆焊后辊坯表面洛氏硬度测试

测试工具为依考特普硬度计；测试方法为：分别取辊坯前端、后端和中间三个点测试，取三点平均值。测试结果如表2所示：

表2

	前端点	中间点	后端点	平均值
					实施例一	50	52	49	50.3
实施例二	53	52	52	52.3

堆焊层机械性能测试

堆焊层性能包括常温时机械性能和高温时机械性能，现分别测试结果如下：

常温时如表3所示：

表3

温度为500℃时如表4所示：

表4

温度为650℃时如表5所示：

表5

温度为750℃时如表6所示：

表6

从以上测试结果可知，无论是堆焊前辊坯的机械性能、堆焊后辊坯的硬度还是堆焊层本身的机械性能均很好的满足了生产工艺的要求，使得本发明工艺制成的具有堆焊层的拉矫辊具有高耐磨、高耐腐蚀性且使用寿命长的优点。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种拉矫辊的制造方法，该方法包括以下步骤：

S1：将42CrMo钢材原料熔化后注入拉矫辊箱型腔内冷却凝固，而后送至压力机上采用普通快锻或自由锻工艺锻造成型为辊坯，，将锻造成型的辊坯经过第一次退火，退火温度为400℃-520℃，退火时间2-3小时，然后进行第一次粗加工；

S2：将第一次粗加工得到的辊坯进行调质处理，调质处理后利用火焰加热方式进行表面预热处理，预热温度为100℃-450℃，预热处理时间为7-10小时；

S3：按照如下质量百分比的组分配制堆焊剂：C：0.03％-0.15％，Si：0.2％-1.5％，Mn：1.5％-2.5％，Cr：12.0％-14.5％，Ni：0.5％-1.8％，Mo：0.4％-1.5％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，其余为Fe；然后将堆焊剂堆焊于预热处理后的辊坯表面上形成5-15mm的堆焊层，堆焊条件为：焊接电压U＝30-35V，焊接电流I＝475-490A，焊接速度为300-310mm/min，出丝速度为1.8-2mm/min；

S4：将上述堆焊后的辊坯进行第二次热处理，热处理后出炉空冷，然后经过第二次粗加工后精加工得到拉矫辊。

2.根据权利要求1所述的的拉矫辊的制造方法，其特征在于：步骤S1中锻造比大于等于4。

3.根据权利要求1所述的拉矫辊的制造方法，其特征在于：步骤S2中的调质处理包括淬火和高温回火，其具体步骤为将第一次粗加工后的辊坯在780-850℃条件下用淬火油进行淬火处理，油冷80-120分钟空冷，冷至200℃左右时回火，回火温度600-650℃，保温时间2-3小时；出炉空冷至室温。

4.根据权利要求1所述的拉矫辊的制造方法，其特征在于：步骤S3中所述的堆焊剂组分的质量百分比为：：C：0.06％-0.12％，Si：0.2％-0.5％，Mn：1.6％-2.0％，Cr：13.0％-14.0％，Ni：0.8％-1.2％，Mo：0.8％-1.2％，S：＜0.03％，P：＜0.04％，其余为Fe。

5.根据权利要求1或4所述的的拉矫辊的制造方法，其特征在于：步骤S3堆焊过程中包括先堆焊过渡层，然后堆焊工作层，所述的过渡层厚度为1-3mm，所述的工作层厚度为4-9mm，所述的过渡层和工作层组成堆焊层。

6.根据权利要求1所述的拉矫辊的制造方法，其特征在于：步骤S4中第二次热处理的具体过程为将温度大于350℃的辊坯送入热处理炉内以8-15℃每小时的温度加热辊坯，并最终使得辊坯温度稳定在570℃至600℃，在该温度下保温8-15小时，而后以5℃至30℃每小时的速度随炉冷却，当辊坯温度冷却至小于150℃后出炉空冷。

7.根据权利要求1或6所述的拉矫辊的制造方法，其特征在于，步骤S4中，第二次粗加工后还包括探伤检测步骤，精加工后也包括探伤检测步骤。

8.根据权利要求7所述的拉矫辊的制造方法，其特征在于，所述探伤检测均采用超声波方式进行检测。