CN103305664A - 高合金钢热矫直辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高合金钢热矫直辊及其制造方法，该高合金钢热矫直辊的材质为H13热作模具钢，其有效淬硬层为12mm～18mm，硬度均匀性≤2HSD，组织晶粒度为9.5～10级。该高合金钢热矫直辊的制造方法，包括制备坯辊、调质处理、表面淬火处理、回火处理以及机加工处理；所述表面淬火处理采用双频淬火感应器中的中频淬火方式；中频频率为200～250Hz，感应器线圈高度为70～120mm，淬火温度为1070～1125℃。表面淬火处理后对热矫直辊先进行喷水冷却，再进行浸水冷却。本发明的制造方法耗能较低。

Description

高合金钢热矫直辊及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金轧辊技术领域，具体涉及一种高合金钢热矫直辊及其制造方法。
背景技术
目前，国内外宽厚钢板生产线发展较快，宽厚钢板轧制后需要采用热矫直辊进行热矫平，而在热矫平过程中，热矫直辊要承受较高的弯曲疲劳应力和较大的摩擦磨损，因此对热矫直辊的表面硬度、硬度均匀性、有效淬硬层以及组织晶粒度要求很高。
目前，在热矫直辊的制造过程中，对热矫直辊表面进行淬火的方式主要有高频连续淬火和氩气保护电弧燃烧淬火两种。高频连续淬火的缺点是：高频（5000Hz以上）耗能高、有效淬硬层浅（5mm以下）、组织较粗；氩气保护电弧燃烧淬火的缺点是：有效淬硬层浅（5mm以下）、硬度均匀性不好（≥4HSD）。
上述缺点不仅会导致热矫直辊的使用效果较差、使用寿命较短，甚至还会导致使用过程中出现一系列轧制事故。
中国专利文献CN102108469A公开了一种适用于≤60mm厚钢板的热轧热矫直辊及其制备方法，该热矫直辊的材料是改性H13热作模具钢，其制品辊表面硬度在56HRC～63HRC，表面硬度差≤2HRC，有效淬硬层在10mm～15mm。该热轧热矫直辊依次按照制备坯辊、调制处理、机械加工、表面淬火处理、回火处理、精加工制得。其中表面淬火处理采用的是立式2500～3000Hz中频感应快速加热和压力喷水快速冷却的方式，其淬火温度控制在1130℃～1170℃。该文献的不足在于：（1）采用2500～3000Hz的中频进行淬火，耗能仍然较高。（2）这种较高频率的中频淬火制得的热矫直辊的组织仍然较粗，其组织晶粒度只有8级。（3）该文献最终的有效淬硬层虽然可以达到10mm～15mm，但这与其采用改性H13热作模具钢作为材质有较大的关系，而这种改性的材质一方面并没有产业化的成品，从而大大限制了其使用，另一方面，这种材质提高了部分金属元素的含量，特别是增加了Ni的含量，从而材质成本也较高。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述问题，提供一种有效淬硬层较深、硬度均匀性较好、组织较细的高合金钢热矫直辊。
本发明的另一目的在于提供一种上述高合金钢热矫直辊的制造方法，该方法耗能较低。
本发明的技术构思如下：淬火是热矫直辊制造过程中难度最大、风险最大、技术含量最高、也是决定产品最终质量的工序。中频淬火一般分为较高频率的中频淬火（通常为单独的中频，如中国专利文献CN102108469A公开的2500～3000Hz的立式中频）和较低频率的中频淬火（通常与工频组成双频，频率在300Hz以下），前者仍然存在高频淬火的一些问题，而后者虽然也存在类似于工频淬火的问题，但是其淬火温度比工频要高一些。因此，可以考虑提高其淬火温度，从而得到一种效果较好的淬火方法。
现有的双频（工频和中频）淬火感应器的感应线圈高度为150～180mm（也有超过180mm的，比如中国专利文献CN202744597U公开的双频淬火感应器），这种高度的感应器线圈由于加热时比功率较小，影响了淬火温度的提高。因此，若将感应器线圈高度设计的低一点，增加加热时的比功率，有望获得较高的淬火温度，而且奥化时间也充分。
实现本发明目的之一的技术方案是：一种高合金钢热矫直辊，其材质为H13热作模具钢，其有效淬硬层为12mm～18mm，硬度均匀性≤2HSD，组织晶粒度为9.5～10级。
实现本发明另一目的的技术方案是：一种高合金钢热矫直辊的制造方法，包括制备坯辊、调质处理、表面淬火处理、回火处理以及机加工处理；所述表面淬火处理采用双频淬火感应器中的中频淬火方式；中频频率为200～250Hz，感应器线圈高度为70～120mm，淬火温度为1070～1125℃。
表面淬火处理后对热矫直辊先进行喷水冷却，再进行浸水冷却。
本发明具有的积极效果：（1）本发明选择双频淬火感应器中的中频淬火方式，关键在于将感应器线圈高度设计为70～120mm，这样有效增加了加热时的比功率，从而可以获得1070～1125℃的淬火温度，而且奥化时间也充分，最终可以得到有效淬硬层达12mm～18mm、组织晶粒度达9.5～10级的热矫直辊，而且200～250Hz的频率耗能也低。（2）本发明的方法在淬火后采用喷水冷却结合浸水冷却，这样使得冷却均匀，从而使得制得的热矫直辊的硬度均匀性≤2HSD。
具体实施方式
（实施例）
本实施例的高合金钢热矫直辊的制造方法具有以下步骤：
①制备坯辊。
鉴于热矫直辊复杂的工况条件，需要较高的抗事故性和耐磨性，因此，选择H13热作模具钢作为其材质制备坯辊。H13热作模具钢也即4Cr5MoSiV1，其化学成分见表1。
表1
Figure BDA00003404279800021
②调质处理。
对粗磨后的坯辊采用井式炉对坯辊进行调质处理，减少弯曲变形。
③表面淬火处理。
采用双频淬火感应器中的中频感应淬火，其频率为200～250Hz，感应器线圈高度设置为80mm，淬火温度为1100～1110℃。
淬火结束后，先对轧辊进行喷水冷却，再将轧辊进入水中进行浸水冷却，这样使得冷却均匀，从而使得硬度均匀性好，在保证有效淬硬层较深的同时又能防止由于工件自重带来的弯曲变形。
④回火处理。
淬火结束后，在500～550℃的温度下进行两次回火，每次10h左右，从而稳定组织、降低残余应力。
⑤机加工处理。
回火后，进行精磨，得到热矫直辊。
在上述精磨以及步骤②中所述的粗磨过程中，可在热矫直辊中间增加两个配位架，进行多部位支撑，从而有效防止热矫直辊变形。
本实施例最终制得的高合金钢热矫直辊的表面辊身硬度为85HSD～86HSD，硬度均匀性≤2HSD，有效淬硬层为16mm～17mm，组织晶粒度达到10级。

Claims (3)

1.一种高合金钢热矫直辊，其材质为H13热作模具钢，其有效淬硬层为12mm～18mm，硬度均匀性≤2HSD，组织晶粒度为9.5～10级。
2.根据权利要求1所述的高合金钢热矫直辊的制造方法，包括制备坯辊、调质处理、表面淬火处理、回火处理以及机加工处理；其特征在于：所述表面淬火处理采用双频淬火感应器中的中频淬火方式；中频频率为200～250Hz，感应器线圈高度为70～120mm，淬火温度为1070～1125℃。
3.根据权利要求1所述的高合金钢热矫直辊的制造方法，其特征在于：表面淬火处理后对热矫直辊先进行喷水冷却，再进行浸水冷却。
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