CN102618788B

CN102618788B - 一种具有高耐磨性能的支承辊及其制造方法

Info

Publication number: CN102618788B
Application number: CN2012100871978A
Authority: CN
Inventors: 吴琼; 孙大乐; 姚利松; 徐长征
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102618788A

Abstract

本发明公开了一种具有高耐磨性能的支承辊，其化学成分重量百分比配比是：C：0.38～0.85％；Cr：6.1～10.0％；Mo：0.4～1.5％；V：0.15～0.8％；还含有Si：0.35～1.20％；Mn：0.35～1.00％；Ni：0.4～0.8％；Co：0.4～0.8％中的一种或一种以上，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开了上述支承辊的制造方法，生产出的支承辊的硬度和而磨性能都有很大的提升。

Description

一种具有高耐磨性能的支承辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金轧辊制造领域，特别涉及一种支承辊及其制造方法。

背景技术

大型板带轧机是现代化冶金企业的关键工艺设备，而支承辊是轧机中的关键核心部件，用来支承工作辊或中间辊，增强其刚度，防止轧制时工作辊出现过度的挠曲变形而影响板形质量。支承辊的使用性能直接决定着轧机稳定、产线顺行、生产消耗及产品质量。

目前，各大钢厂冷、热轧产线的高等级支承辊主要采用5％Cr锻钢系列，C含量在0.4～0.6wt.％之间，Cr含量在2.0～5.0wt.％，此外含有少量的Mo、V等合金元素。5％Cr锻钢支承辊能够满足普通板材的生产需要，但在生产热轧高强钢、高强度汽车板、高牌号无取向硅钢和取向硅钢等高附加值板材时，暴露出了耐磨性能不足的问题，导致辊面出现凹形或凸形磨损轮廓，影响与工作辊(或中间辊)的接触状态，从而影响板材的表面质量和产品合格率。

日本专利公开号JP08269626A涉及一种具备优异耐磨性和抗事故能力的锻钢支承辊，材料成分为C 0.40-0.60％，Si≤1.2％，Mn≤1.0％，Cr 3.0-6.0％，Ni≤1.0％，Mo 0.5-2.5％，W 0-2.0％，V 0-0.5％，Mo当量(Mo％+0.5W％)为1.5-2.5％余量为杂质和Fe。该材质可以在保证抗事故能力的情况下提高耐磨性，从而得到具备优异耐磨性、抗事故性的长寿命锻钢支承辊。此专利年代较早，所述材质是在5％Cr锻钢的基础上的改进型材质，通过提高Mo、V等合金元素的含量来达到提高支承辊耐磨性能的目的，仍属于5％Cr锻钢系列材质；且Mo、V等合金元素不能添加过多，会增加支承辊的制造难度，降低支承辊的成材率，因此对耐磨性能的贡献有限。

随着现代板带钢轧机向着大型化、高速化、高精度方向发展，对板带产品的规格、尺寸精度和表面质量等要求也越来越高，带动了工作辊(或中间辊)材料的升级和使用性能的提升，已向更高性能的半高速钢以及高速钢材质系列发展，其合金元素组成和微观组织发生了较大的变化，淬硬性、耐磨以及抗事故等性能有大幅提高。因此对与之相配套的支承辊其使用性能提出了更高要求，在上述背景下，5％Cr系列锻钢支承辊已不能满足低辊耗、长轧制周期的更高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种支承辊及其制造方法，提高合金元素并相应优化碳含量，进一步采用不烧透加热预备热处理工艺和整体感应加热最终热处理，按照此配比的支承辊耐磨性能优于现有技术的支承辊。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种用于板带冷轧机或热轧机的、具有高耐磨性能的支承辊，其化学成分重量百分比配比是：C：0.38～0.85％；Cr：6.1～10.0％；Mo：0.4～1.5％；V：0.15～0.8％；还含有Si：0.35～1.20％；Mn：0.35～1.00％；Ni：0.4～0.8％；Co：0.4～0.8％中的两种或两种以上，其余为Fe和不可避免的杂质。

其中，C含量优选为与Cr、Mo、V合金元素的质量百分比关系符合下式：

C＝0.060Cr+0.063Mo+0.200V (1)

下面对本发明中合金元素含量的限定理由以及对C含量的优选关系式进行说明。

关于C：0.38～0.85％

C在支承辊材料中的作用包含两个方面，一方面形成马氏体或贝氏体基体，提供轧辊的基本性能；另一方面与Cr、Mo、V等合金元素形成碳化物第二相，提高耐磨性能，因此C的含量不宜过低，但过高则会形成高碳含量的基体，影响塑性和韧性，同时还要考虑到Cr、Mo、V等合金元素形成碳化物与C的质量比，优选出上述关系式。

关于Cr：6.1～10.0％

支承辊材料中Cr元素具有很重要的作用，一方面部分融入基体起到固溶强化的作用，提高材料的淬透性能和抗回火性能；另一方面形成M7C3型碳化物，有效提高材料的耐磨性能。但添加的含量超过10％将增加碳化物的不均匀度，不利于材料的强度和韧性，综合考虑控制在6.1～10.0％。

关于Mo：0.4～1.5％

Mo在支承辊材料中的作用与Cr类似，一方面融入基体起到固溶强化的作用，提高材料的抗回火性能，另一方面形成M2C型碳化物，有效提高材料的耐磨性能，但是由于Mo元素较为昂贵，且添加量过多会提高材料的制造难度，综合考虑控制在0.4～1.5％。

关于V：0.15～0.8％

V在支承辊材料中的作用主要是形成MC型碳化物，细化晶粒并有效提高材料的耐磨性能，同样由于V元素较为昂贵，且添加量过多会提高材料的制造难度，综合考虑控制在0.15～0.8％。

关于Si、Mn、Ni、Co

上述4种合金元素在支承辊材料中的主要作用是强化基体，添加量过多则会影响材料的塑性和韧性，综合考虑添加两种或两种以上，控制在Si：0.35～1.20％；Mn：0.35～1.00％；Ni：0.4～0.8％；Co：0.4～0.8％。

另外，本发明还提供一种支承辊的制造方法，上述百分配比的支承辊按照如下工艺流程制造：冶炼→锻造→锻后热处理→粗加工→超声波探伤→预备热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。

其中冶炼采用电炉+炉外真空精炼+真空吹氩铸锭双真空工艺保证钢液的纯净度，锻造采用宽砧强力压下锻造工艺，经预拔长+墩粗+再拔长三火锻造而成，墩粗比和拔长比均在2～3左右，辊坯整体长度上得到充分压实，打碎粗大的碳化物，细化晶粒。锻后热处理采用900～1000℃正火+球化退火工艺，以获得细晶粒的球状珠光体组织。

特别在预备热处理，包括不烧透加热、油淬和高温回火，所述调质热处理工艺参数为：不烧透加热温度为950～1050℃、保温时间为0.5～5小时，油淬冷却5～30小时，高温回火温度为600～700℃、保温时间为5～30小时。

采用不烧透加热工艺能够使得支承辊表层一定深度加热到奥氏体化温度而芯部仍处于较低的温度，大幅减少支承辊油淬时的热容量，工作层淬火、回火后能够得到更细的组织形态，为最终淬火做好组织准备，同时能够提高辊颈的力学性能。

特别在最终热处理，包括整体感应加热、喷雾淬火和高温短时回火，所述最终热处理工艺参数为：整体感应加热温度为1000～1050℃，保温时间为0.5～5小时，喷雾冷却5～30小时，所述高温短时回火温度为500～550℃、保温时间为5～10小时。

采用整体感应加热能够实现工作层的快速、均匀加热，淬火后得到更多的马氏体组织，并提高工作层的硬度均匀性。

增强基体的强度、控制碳化物的形态和分布以增强其与基体的结合性能是提高支承辊耐磨性能的有效方法。本发明大幅提高了支承辊材料中的主要合金元素Cr的含量，并依据碳平衡理论确定了在此条件下最优的C含量，结合优化的热处理方法，制造的支承辊取得如下技术进步：

1.碳化物种类丰富，包括M7C3、M2C以及MC类型，体积分数可达到10％以上，且形态多为颗粒状，绝大多数碳化物尺寸在0.5～2μm，分布弥散，这些碳化物颗粒硬度均较基体高，尤其是MC型碳化物，在磨损过程中起到耐磨质点的作用，保护基体不被过度磨损。

2.马氏体、贝氏体相变研究理论表明：基体中C含量质量分数在0.2～0.4％，有利于形成韧性较好的板条状马氏体和下贝氏体，本发明的C含量落入上述质量分数范围内；且含有较高含量的Si或Mn或Ni或Co等固溶强化元素，能够使基体强度得到大幅提高，包裹碳化物的能力也相应提升。

采用本发明的材料和制造方法生产的支承辊，通过强化基体，改善碳化物形态、分布，增强基体对碳化物的包裹能力，更好的发挥碳化物的耐磨质点作用，能够有效的提高耐磨性能，满足高强钢等产品生产时低辊耗、长轧制周期的高要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

各实施例的制造方法工艺步骤与实施例1基本相同，不同之处见表1。

表1

按照以上实施例的材质和制造工艺制作了φ1300mm×1550mm实物支承辊，辊面平均硬度值为71HSD，在某冷轧产线上机使用，平均轧制吨位达14万吨，平均下机径向磨损量为0.108mm。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有高耐磨性能的支承辊，其化学成分重量百分比配比是：C：0.38～0.85％；Cr：6.1～10.0％；Mo：0.4～1.5％；V：0.15～0.8％；还含有Si：0.35～1.20％；Mn：0.35～1.00％；Ni：0.4～0.8％；Co：0.4～0.8％中的两种或两种以上，其余为Fe和不可避免的杂质；且C含量与Cr、Mo、V合金元素的质量百分比关系符合下式：C=0.060Cr+0.063Mo+0.200V。

2.如权利要求1所述的具有高耐磨性能的支承辊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）冶炼；

（2）锻造；

（3）锻后热处理；

（4）粗加工；

（5）超声波探伤；

（6）预备热处理：包括不烧透加热、油淬和高温回火，其中不烧透加热温度为950～1050℃、保温时间为0.5～5小时，油淬冷却5～30小时，高温回火温度为600～700℃、保温时间为5～30小时；

（7）半精加工；

（8）最终热处理：包括整体感应加热、喷雾淬火和高温短时回火，其中整体感应加热温度为1000～1050℃，保温时间为0.5～5小时，喷雾冷却5～30小时，所述高温短时回火温度为500～550℃、保温时间为5～10小时；

（9）精加工。