CN102528382B - 冷轧辊子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧辊子的制造方法，包括以下步骤：第一步，轧辊坯料的预加工；第二步，轧辊坯料的初步成形；第三步，轧辊坯料的锻造；第四步，轧辊坯料的热处理；第五步，轧辊坯料的机加工。本发明“变被动消除为主动控制”，不是通过被动消除的方式，而是通过研究碳化物形成、长大的机理，采取在锻造过程中，碳化物生成后还没有长大就对其进行控制，使其始终保持在可接受的级别范围内，这就减少了后段许多环节，既达到了目的，又减少了能源消耗。本发明的效果能够达到97％以上。

Description

冷轧辊子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种辊子的制造方法，具体涉及一种冷轧辊子的制造方法。

背景技术

冶金制造业所使用的冷轧辊子(包括工作辊、支撑辊)是主要消耗性工具，也是冶金行业不可缺少的工具。采用轧辊所生产出的产品涉及到汽车、家电、电子、石化、机械等多个国民经济重点行业。

轧机的结构如图1所示，包括轧机机架1、工作辊2、支撑辊3，轧机机架1内设置有一对工作辊2和一对支撑辊3，支撑辊3通过轴瓦4与轧机机架1连接，轴瓦4与轧机机架1通过压下螺丝5固定连接；工作时，所需轧制的工件6设置于两个工作辊2之间，两个工作辊2共同作用，实现对工件6的轧制。

轧机的辊子结构如图2所示。

近几年由于冶金行业的不断发展，对冷轧工作辊、支撑辊的需求量每年以30％的速度增长，同时由于汽车、家电行业的不断进步，对高质量的金属板材、带材、薄材需求不断增加，因此对高质量冷轧辊子的需求也不断增大。

冷轧辊子作为生产这些产品的重要工具，其质量直接影响着板材、带材、薄材的质量。更有甚者，由于冷轧辊子在工作时的剥落，直接造成这些企业大量的废品产生。特别是宝钢、鞍钢、武钢、包钢、中国铝业等国家大型企业不断有新项目的投产，对轧辊要求也越来越高。

目前，虽然在轧辊材质上不断改进，轧辊的材质由原来的Cr2系材质，发展到Cr3系、Cr5系直至新的半高速系和铌--氮合金等，增加了轧辊的抗疲劳性、耐磨性、耐腐蚀性；但无论那种材质，其通性问题是轧辊的网状碳化物问题始终没有得到很好的解决，网状碳化物过大问题始终存在。就是说虽然从材料本身提高了性能，但这些材质固有的问题并没有消除。

这种情况的存在，不但降低了新材料的设计预期，同时也造成不必要的浪费。

由于轧辊所轧制的产品是铝合金、铜合金、钢等金属制品，其工作表面接触的是较硬的材料，因此必须使轧辊的硬度和耐磨性远高于所轧制材料，而轧辊中的碳化物是提高轧辊硬度最有效且成本最低的，故所有轧辊材料都离不开一定级别的碳化物，因此轧辊材料全部采用中碳和高碳合金工具钢。

辊坯中存在一定级别的网状碳化物可以提高轧辊的硬度、增加耐磨性，但当网状碳化物大于一定级别，则其害处大于益处。国家通行性级别是，直径≤Φ650mm的锻制辊坯，网状碳化物≤2.5级；直径＞Φ650mm的辊坯，碳化物应≤3.0级。如果大于这一级别，辊坯在使用中，就会产生问题。

轧辊中的网状碳化物过大的危害表现在以下方面：

1、轧辊在使用时易出现表面剥落现象，造成轧辊的使用耐用性降低，使轧辊报废；同时剥落物会压入产品中和在产品表面产生大的疤痕，造成所轧制的产品废品量增加，因此剥落现象对于所有轧辊生产的产品都是不能接受的问题。

产生剥落的原因是：由于大的网状碳化物是轧辊内部的一种缺陷，它割裂了轧辊内部晶粒结合，在大的压力下高速旋转时，在轧辊与产品的接触临界面上，从网状碳化物近辊身表面位置产生裂纹，裂纹在外力作用下不断扩展，当裂纹扩展到一定程度时，使该部位表面剥落下来，剥落的轧辊基本报废。

2、降低轧辊的耐磨性；虽然一定级别的碳化物能够增加轧辊的耐磨性，但大于这一级别，耐磨性就会降低。

其机理是：碳化物的韧性很差，属于脆性物。大的碳化物聚集，尤其是在轧辊表面，在压力和扭转力的反复作用下，使碳化物破碎，近而呈质点状脱落。从辊身表面直观看在这些地方出现斑点，这些斑点与轧制材料接触时表现出轧制材料表面出现麻点，使产品表面不光滑，如汽车用蒙皮等钢板，这些材料是绝对不可以出现麻点问题的。出现这种情况轧辊必须下机进行修磨掉表面层。这就减少了轧辊的使用层，近而减少了轧辊的轧制量，同时也增加了轧机更换轧辊所需的停机时间。

3、降低轧辊的耐腐蚀性；

钢中碳化物本身就是不耐腐蚀物质，轧辊表面大的碳化物长期在轧辊润滑液的作用下，开始腐蚀。宏观表现是，腐蚀处的颜色比其他地方发暗，没有了光泽。轧制出的产品表现为粗糙，用手轻轻细摸有不平的感觉，制品也不光滑，出现这种情况也必须修磨轧辊。

以Cr5系工作辊为例，该材质轧辊的使用层是50毫米，其轧制汽车用钢板设计量为轧制5万吨报废。在轧辊的其他指标正常情况下，由于碳化物粗大，其轧制钢板量只能达到3.5～4万吨。轧制量的降低是由于发生不耐腐蚀、不耐磨问题，这就增加了对轧辊的修磨次数，每次修磨都要修磨掉2～5毫米的使用层。修磨次数增加，也就是减少使用层的使用量。

碳化物形成长大的机理：

由于钢在不同温度下其组织不同，其晶体、晶格也不同，对碳化物的溶解度不同，所以碳化物表现也不同。通常情况下，钢在固态时A体温度范围内，碳的溶解度较大，而在A体温度以下碳的溶解度降低。因此高、中碳钢在锻造后冷却到A体温度以下时会有大量的碳化物析出，这种析出随着时间和速度不同，碳化物的长大也不同。

如果在这一温度区域时间长，碳化物就会长大，时间越长，长的越大。最大的可以长大到直径十几毫米，已经远远超出可评定的级别范围。这些大的碳化物就是钢中的缺陷，必须采取措施抑制它们长大或长大后消除，使它们在合理的级别范围内，以更好发挥它们的作用。

为了使网状碳化物达到要求的级别，在生产轧辊时需要对网状碳化物进行消除处理，现有的降低网状碳化物的方法大多采用消除的方法，即网状碳化物长大后采取措施进行消除，使它的级别降低到有益范围内。

现有的冷轧辊子的制造方法包括以下步骤：

第一步，轧辊坯料的预加工；

经过电炉冶炼——精炼炉精炼——真空脱气——浇注钢锭(或电渣重熔钢锭)——钢锭加热——钢锭镦粗——拔长——落料，实现轧辊坯料的预加工；

第二步，轧辊坯料的初步成形；

第三步，轧辊坯料的锻造；

第四步，轧辊坯料的热处理；

将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却后对轧辊坯料进行取试样检验组织、网状碳化物；

第五步，轧辊坯料的机加工；

将轧辊坯料进行(车床)粗加工——探伤——(车床)粗加工——调质——精加工——(磨床)磨削——表面淬火——检验硬度——精磨——精加工——铣、镗，形成轧辊成品，即可上机投入使用。

其中第四步中的正火工序的目的是为了消除网状碳化物，具体操作方法是：网状碳化物长大后通过将轧辊锻制坯料重新加热到一定温度(通常是850℃～950℃)，在此温度下保温一定时间再重新快速冷却下来，以通过A体与新相的相互转化，使碳化物重新生成。在此过程中尽量加快冷却速度，近而减少碳化物长大时间，使碳化物只能长大到要求的级别不在长大，达到消除目的。这种方法的存在不足是：

1、需要将轧辊锻制坯料重新加热到一定温度(通常是850℃～950℃)，并保温相当长的时间；这种方式消耗能源，大大增加了制造成本；

2、重新加热、保温后冷却，要通过快速冷却来达到目的，这种冷却会受环境温度、装炉量大小的限制，达不到快速冷却要求速度，近而使碳化物又长达到不可接受的级别，即没有达到目的，还是要反复进行此项工作；

3、由于碳化物具有“遗传性”，在这样的工作过程中一些大的碳化物又遗传下来，即使反复进行此顶工作，也无法达到目的。

因此，采用消除的方法降低网状碳化物，虽然反复进行消除处理，但仍然达不到目标，进而造成辊子的报废，据统计，这种方法只有75％的达到效果，这就大大增加了企业的制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冷轧辊子的制造方法，它可以提高冷轧工作辊、支撑辊的质量，并能够增加其耐磨性。

为解决上述技术问题，本发明冷轧辊子的制造方法的技术解决方案为：

能够控制辊子中的网状碳化物；其特征在于，包括以下步骤：

第一步，轧辊坯料的预加工；

第二步，轧辊坯料的初步成形；

初步成型过程中，轧辊工件各个部位的余量为该处直径的2～5％。

第三步，轧辊坯料的锻造；

工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；

将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950℃以上时，进行锻造；

锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850℃时停止锻造，使辊坯冷却到750℃～800℃之间；

工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；

将辊坯放置在翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到750℃～800℃之间；

工序三、精锻滚压成型；

采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压；先进行第一次滚压，第一次滚压的压下量不超过2％；

再进行第二次滚压和/或第三次滚压；第二次滚压和/或第三次滚压过程中将辊坯表面温度控制在800℃以下，第二次滚压和/或第三次滚压的压下量小于第一次滚压的压下量；

将辊坯表面温度控制在800℃以下的方法是：一边滚压一边喷雾。

工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；

将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350℃～400℃；

第四步，轧辊坯料的热处理；

将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却；

第五步，轧辊坯料的机加工。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明能够降低轧辊中网状碳化物的级别，改善轧辊的质量，使轧辊网状碳化物合格率由传统工艺的75％提高到97％，从而使碳化物级别较大的轧辊的轧制量提高20％。在增加轧辊的轧制量的同时，能够减少换辊、修磨时间。

本发明“变被动消除为主动控制”，不是通过被动消除的方式，而是通过研究碳化物形成、长大的机理，采取在锻造过程中，碳化物生成(必须要其生成，因为小级别的碳化物是有益的)后还没有长大就对其进行控制，使其始终保持在可接受的级别范围内，这就减少了后段许多环节，既达到了目的，又减少了能源消耗。本发明的效果能够达到97％以上。

本发明能够满足冶金企业对高质量轧辊的要求，轧辊耐磨性、耐腐蚀性增强，大大降低由于轧辊表面剥落造成的突发性事故的发生率。

本发明操作简单方便，在锻造过程中不会因控制碳化物增加过多的劳动，更不会造成锻造停产现象发生，可以确保生产的连续性和紧凑性。

本发明节约能源，减少能源消耗。从本发明的控制方式可以看出，本发明始终是在向低的温度控制，没有进行再加热的步骤；同时能够减少传统工艺的重复加热正火现象发生，大大降低轧辊制造企业的生产成本。

本发明投入成本很低，无需对现有的生产车间的设备进行大的技术改造，只是简单的投入4台75KW的风机和一台造价不超过8万元的辊坯翻转装置，另外风机接入工业用水即可，总的投资造价在10万元以内。

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详细的说明：

图1是轧机的结构示意图；

图2是轧机的辊子结构示意图；

图3是本发明冷轧辊子的制造方法的流程图。

图中附图标记说明：

1为轧机机架，    2为工作辊，

3为支撑辊，      4为轴瓦，

5为压下螺丝，    6为所需轧制的工件。

具体实施方式

如图3所示，本发明冷轧辊子的制造方法，能够控制辊子中的网状碳化物，使其达到要求的级别，即直径≤Φ650mm的锻制辊坯，网状碳化物≤2.5级；直径＞Φ650mm的辊坯，碳化物应≤3.0级；

包括以下步骤：

第一步，轧辊坯料的预加工；

经过电炉冶炼——精炼炉精炼——真空脱气——浇注钢锭(或电渣重熔钢锭)——钢锭加热——钢锭镦粗——拔长——落料，实现轧辊坯料的预加工；

第二步，轧辊坯料的初步成形；

初步成型过程中，将辊坯各个部位的直径比成品尺寸多留有一定的余量；

根据辊坯的直径不同，选取欲留余量；轧辊工件各个部位的余量为该处直径的2～5％。

第三步，轧辊坯料的锻造；锻造过程中控制锻造温度；

工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；

将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950℃以上时，进行锻造；

锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850℃时停止锻造，使辊坯冷却到750℃～800℃之间；

工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；

将辊坯放置在可翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到750℃～800℃之间；喷雾冷却应均匀；

工序三、精锻滚压成型；

冷却后的辊坯不再加热，直接进行精锻滚压，使辊坯表面滚圆滚光；即采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压，压下量不超过2％；

轻滚压一遍后，对于小的锻造设备，由于锻造速度快，辊坯有升温的情况，此时要进行第二次或第三次滚压时，一边滚压一边喷雾，将滚压时的辊坯表面温度控制在800℃以下；第二次或第三次滚压的压下量应小于第一次的滚压的压下量；

经过2～3次滚压，每次滚压时发现温度升高必须喷雾冷却，直至完工锻制出轧辊坯料。

工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；

将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350℃～400℃。

至此网状碳化物控制结束，即可送入待料炉进行预备热处理工艺。

第四步，轧辊坯料的热处理；

将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却后对轧辊坯料进行取试样检验组织、网状碳化物；

第四步中的正火工序的目的是为了细化晶粒。

第五步，轧辊坯料的机加工；

将轧辊坯料进行(车床)粗加工——探伤——(车床)粗加工——调质——精加工——(磨床)磨削——表面淬火——检验硬度——精磨——精加工——铣、镗，形成轧辊成品，即可上机投入使用。

本发明适用于所有锻制的冷轧工作辊及所有Cr2～Cr5系的中、高碳合金工具钢支撑辊。

本发明适用于工业化批量、多批次生产，也适用于单件生产。

Claims (3)

1.一种冷轧辊子的制造方法，能够控制辊子中的网状碳化物；其特征在于，包括以下步骤：

第一步，轧辊坯料的预加工；

第二步，轧辊坯料的初步成形；

第三步，轧辊坯料的锻造；

工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；

将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950℃以上时，进行锻造；

锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850℃时停止锻造，使辊坯冷却到750℃～800℃之间；

工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；

将辊坯放置在翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到750℃～800℃之间；

工序三、精锻滚压成型；

采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压；先进行第一次滚压，第一次滚压的压下量不超过2%；

再进行第二次滚压和/或第三次滚压；第二次滚压和/或第三次滚压过程中将辊坯表面温度控制在800℃以下，第二次滚压和/或第三次滚压的压下量小于第一次滚压的压下量；

工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；

将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350℃～400℃；

第四步，轧辊坯料的热处理；

将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却；

第五步，轧辊坯料的机加工。

2.根据权利要求1所述的冷轧辊子的制造方法，其特征在于，所述第二步初步成型过程中，将辊坯各个部位的直径比成品尺寸多留有一定的余量；轧辊工件各个部位的余量为直径的2～5%。

3.根据权利要求1所述的冷轧辊子的制造方法，其特征在于，所述第三步工序三中将辊坯表面温度控制在800℃以下的方法是：一边滚压一边喷雾。

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