CN102644026A - 冷轧辊及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷轧辊及其制造方法，其成份的重量百分比为：C：0.6～1.0％；Si：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.6％；Cr：4.5～5.4％；Ni：0～0.5％；Mo：0.2～1.3％；V：0.4～1.0％；N：0.05～0.10％；S≤0.010％；P≤0.015％；其余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括：电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重熔→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工。本发明的冷轧辊具有更高的耐磨损和抗辊印性能，同时具有优异的抗事故性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金轧辊制造领域，特别涉及一种耐磨损和抗辊印锻钢冷轧辊及其制造方法。
背景技术
随着我国汽车、家电、食品等行业的快速发展，优质冷轧薄板的需求量不断增大，产品表面质量要求不断提高，对冷轧辊的要求也越来越高。
目前，各大钢厂冷轧线的工作辊或中间辊主要采用5％Cr材质系列产品，5％Cr冷轧辊的化学成份(重量百分比)为C：0.6～1.0％；Si：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.6％；Cr：4.5～5.4％；Ni：0～0.5％；Mo：0.2～1.3％；V：0.4～1.0％；S≤0.010％；P≤0.015％；其余为Fe和不可避免的杂质。5％Cr冷轧辊能够满足普通冷轧薄板的生产需要，但在生产高强度汽车板、不锈钢、硅钢等高强度、高表面质量、高附加值的优质冷轧薄板时，暴露出了5％Cr材质冷轧辊的耐磨损、抗辊印、抗事故能力较差，换辊周期短、辊耗高、易产生辊印和划伤等辊面异常损伤及剥落等异常失效事故，既影响冷轧产品的表面质量，又影响生产成本和生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供了一种冷轧辊及其制造方法，能够有效解决5％Cr材质冷轧辊存在的耐磨损、抗辊印、抗事故能力较差的问题。
本发明的冷轧辊是在5％Cr冷轧辊材料中添加N作为功能合金元素，通过钢中增氮后对V、Cr、Mo的析出动力学的影响，优化了V、Cr、Mo的析出状态，增加了析出强化效应，以及细晶强化效应等作用，从而改善钢的性能。
本发明的冷轧辊，其成份的重量百分比为：C：0.6～1.0％；Si：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.6％；Cr：4.5～5.4％；Ni：0～0.5％；Mo：0.2～1.3％；V：0.4～1.0％；N：0.05～0.10％；S≤0.010％；P≤0.015％；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述冷轧辊按照如下工艺流程制造：电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重熔→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工。
所述调质热处理包括油淬和高温回火，所述调质热处理工艺参数为：油淬温度为960～1060℃、时间为0.5～5小时，高温回火温度为600～680℃、时间为5～30小时。
所述最终热处理包括双频感应淬火和高温短时回火工艺，所述双频感应淬火温度为1000～1050℃，所述高温短时回火温度为460～550℃、时间为6～12小时。
本发明的冷轧辊通过N与V、Cr、Mo等合金元素形成更加稳定和弥散分布的细小氮化物、碳氮化物，改进了5％Cr冷轧辊基体组织以及复合碳化物的类型、数量和分布形态，能够强化冷轧辊的基体组织、细化晶粒、提高冷轧辊的强度和韧性。在同等工艺及硬度要求条件下，比5％Cr冷轧辊的屈服强度和抗拉强度高10％以上，韧性也有明显提高，因而具有更高的耐磨损和抗辊印性能，同时具有优异的抗事故性能。
本发明的冷轧辊的制造方法，采用高温短时回火工艺明显改进了冷轧辊的组织和硬度稳定性，残余应力低，同时不影响其耐磨损和抗辊印性能，可以改进冷轧辊对工作温度的适应性及轧制异常情况下辊面材料性能的保持性，大大提高了冷轧辊的抗事故能力；而5％Cr冷轧辊的回火温度必须低于180℃，因而对工作温度要求苛刻、辊面组织性能不易保持。6～12小时的高温短时回火工艺就可以实现本发明冷轧辊组织的二次硬化效果，确保冷轧辊的硬度及耐磨性，大大地提高了生产效率和节省了能耗；而5％Cr冷轧辊的低温长时回火工艺，回火时间需要40小时以上，且没有二次硬化效果。
具体实施方式
受传统观念的影响，认为氮是有害元素，需要通过有效的冶炼工艺严格控制其含量，因此，对冷轧辊等冷作工具钢材料不采用氮合金化。氮对大多数钢种是有害元素，但在部分奥氏体不锈钢、工具钢、模具钢及一些高强韧性结构钢中却是有益的合金化元素，含氮钢可使这些钢种获得良好的强韧性能配合。
实现本发明的冷轧辊是在5％Cr冷轧辊材料中添加N作为功能合金元素，N含量为0.05～0.10％(重量百分比)。5％Cr冷轧辊材质的化学成份(重量百分比)为C：0.6～1.0％；Si：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.6％；Cr：4.5～5.4％；Ni：0～0.5％；Mo：0.2～1.3％；V：0.4～1.0％；S≤0.010％；P≤0.015％；其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的冷轧辊通过钢中增氮后对V、Cr、Mo的析出动力学的影响，优化了V、Cr、Mo的析出状态，增加了析出强化效应，以及细晶强化效应等作用，从而改善钢的性能。合金钢中增氮后，原来处于固溶状态的V、Cr、Mo转变成析出状态，使V(C，N)等析出相的数量成倍增加，从而充分发挥了沉淀强化作用。一般来讲，V等合金元素的固溶强化作用不如沉淀强化作用大，因此通过增氮来改变其分布状态，充分利用其析出强化作用提高钢的强度。氮与V、Cr、Mo结合不仅可以提高强化效应，而且可以减少其负面影响，充分利用N作为合金元素来进一步提高钢的屈服强度和抗拉强度。
现按表1所示化学成份分别实施本发明的冷轧辊。
表1本发明和对照材质冷轧辊的化学成份(wt.％)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | V | N | P | S | |
| 对照材质 | 0.85 | 0.40 | 0.35 | 5.00 | 0.35 | 0.35 | 0.15 | - | 0.013 | 0.006 |
| 实施例1 | 0.85 | 0.20 | 0.20 | 5.00 | 0.35 | 0.20 | 0.40 | 0.05 | 0.012 | 0.005 |
| 实施例2 | 0.60 | 0.80 | 0.60 | 4.50 | - | 0.80 | 0.60 | 0.10 | 0.014 | 0.005 |
| 实施例3 | 0.70 | 0.80 | 0.50 | 5.00 | - | 1.00 | 1.00 | 0.08 | 0.012 | 0.007 |
| 实施例4 | 0.80 | 1.00 | 0.40 | 5.30 | - | 1.30 | 0.60 | 0.07 | 0.013 | 0.005 |
| 实施例5 | 1.00 | 0.50 | 0.30 | 5.40 | - | 1.10 | 0.80 | 0.06 | 0.014 | 0.006 |
按下述工艺路线制造本发明的冷轧辊：
电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重熔→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工。
在电炉冶炼工序钢水浇注前，根据氮化铬铁、氮化锰铁的纯度计算N含量，按N的吸收率为30～80％计算所需添加氮化铬铁、氮化锰铁，来保证冷轧辊锻坯的N含量。
炉外精炼之后进行电渣重熔制得冷轧辊坯，冷轧辊坯进行预备热处理，预备热处理之后进行粗加工和调质热处理，调质热处理包括油淬和高温回火，所述调质热处理工艺参数为：油淬温度为960～1060℃、时间为0.5～5小时，高温回火温度为600～680℃、时间为5～30小时。
最终热处理包括双频感应淬火和高温短时回火工艺，感应淬火温度为1000～1050℃，高温短时回火温度为460～550℃、时间为6～12小时。
调质热处理和最终热处理的工艺参数如表2所示。实施例1采用与对照材质相近的制造工艺，实施例2～5采用本发明的冷轧辊制造方法进行制造。
表2调质热处理和最终热处理的工艺参数
按本发明的上述材质和生产工艺制作的冷轧辊，工艺可靠和操作方便。实施例成品冷轧辊的辊面及基体硬度如表3所示。
表3对照材质和实施例成品冷轧辊的辊面及基体硬度
| 辊面硬度(HRC) | 基体硬度(HV) | |
| 对照材质 | 63 | 760 |
| 实施例1 | 66 | 840 |
| 实施例2 | 61 | 720 |
| 实施例3 | 61 | 720 |
| 实施例4 | 62 | 740 |
| 实施例5 | 62 | 740 |
实施例成品冷轧辊的力学性能如表4所示。
表4对照材质和实施例成品冷轧辊的力学性能
从表3和表4可以看出：本发明所制备的冷轧辊最终热处理采用长时低温回火处理工艺时，具有高的硬度和强度，提高了冷轧辊的耐磨性能和抗辊印性能；最终热处理采用短时高温回火处理工艺时，在同等硬度条件下，具有更高的抗拉强度、屈服强度、冲击功以及屈强比，提高了冷轧辊的组织稳定性、抗事故性能和抗变形性能。
Claims (4)
1.一种冷轧辊，其成份的重量百分比为：
C：0.6～1.0％；
Si：0.2～1.0％；
Mn：0.2～0.6％；
Cr：4.5～5.4％；
Ni：0～0.5％；
Mo：0.2～1.3％；
V：0.4～1.0％；
N：0.05～0.10％；
S≤0.010％；
P≤0.015％；
其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的冷轧辊的制造方法，其特征在于，包括如下工艺流程：
电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重熔→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工。
3.如权利要求2所述的冷轧辊的制造方法，其特征在于，所述调质热处理包括油淬和高温回火，所述调质热处理工艺参数为：油淬温度为960～1060℃、时间为0.5～5小时，高温回火温度为600～680℃、时间为5～30小时。
4.如权利要求2所述的冷轧辊的制造方法，其特征在于，最终热处理包括双频感应淬火和高温短时回火工艺，所述双频感应淬火温度为1000～1050℃，所述高温短时回火温度为460～550℃、时间为6～12小时。
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