CN103436679A - 小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，将小直径轧辊依次通过焊接辊颈套、预热处理、差温加热、预冷处理、淬火冷却、回火处理、取下辊颈套等步骤，实现了小直径轧辊的差温热处理生产。本发明工艺简单合理，通过为轧辊安装辊颈套和调整差温炉烧嘴的空燃比，可以使炉子的加热能力与小直径轧辊相适应，大幅缩小了炉温的波动范围，提升了加热和保温的稳定性，提高了小直径轧辊的热处理质量。

Description

小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊的热处理方法，具体涉及一种直径较小的轧辊的差温热处理方法，属于轧辊生产领域。

背景技术

近年来，我国的钢铁工业快速发展，钢铁产量已经连续多年排名世界第一。与此同时，我国的轧钢技术也在不断进步，轧钢设备不断更新，轧辊的类型越来越多，对轧辊的性能要求也越来越高。在相同的设计成分以及冶炼条件下，轧辊的性能主要取决于热处理质量的好坏。为了保证轧辊在具有较高表面硬度和耐磨性的同时，使芯部具有较高的韧性，人们开发出了轧辊的差温热处理工艺，并在大型轧辊的热处理方面得到了广泛的应用。

差温热处理炉一般可分为立式差温炉和卧式差温炉两种，其中卧式差温炉由于操作方便、加热均匀等优点得到了更为广泛的应用。常规的卧式差温炉包括两个可以互相扣合的半炉体，两个半炉体的下部设置导轨，通过半炉体在导轨上的运动实现半炉体的扣合和半炉体的分离，从而实现闭炉和开炉。炉体的两端设置两个炉口，两个炉口用于承托轧辊的辊颈，炉口外侧还设有托住辊颈并用于使轧辊转动的支架。差温炉内分布有多个用于加热轧辊的烧嘴，每个烧嘴分别通过压力控制阀与煤气管道和空气管道相连通。并且每个烧嘴都有一个空燃比标准值，包括空气压力标准值和煤气压力标准值。

轧辊进行差温热处理时，一般先将轧辊放在预热炉中预热，保温一定时间后再转入差温炉中进行差温加热。轧辊转入差温炉时，辊身置于差温炉炉体内部，辊身两端的辊颈装夹到差温炉的炉口中，辊颈的端部安装到炉口外侧的支架上。差温加热时加热速度比较快，而且加热的同时要使轧辊缓慢旋转，以保证加热的均匀性。差温加热到一定温度后，进行短时间的保温，使轧辊表层充分奥氏体化，而芯部由于受传热速度的限制还没有发生相变，这时将轧辊取出，进行淬火、回火处理后，可以使轧辊的表层具有较高的硬度和耐磨性而芯部仍保持较高的韧性，从而实现轧辊的差温热处理。

传统技术中，差温热处理时，在差温加热的初始阶段一般使用小火进行加热。所谓小火是指烧嘴的煤气通量没有达到最大值，因而火焰较小，加热较慢但是均匀性好；在温度较高时，一般需要将烧嘴处的煤气通量调整到最大值，使用大火进行加热，一方面促进炉内热对流，使轧辊表面温度均匀，另一方面提高加热速度，保证差温热处理的质量。

但是，一些小直径的热轧工作辊由于尺寸方面的特殊性，无法使用常规的差温炉进行热处理，而设计或购买专门的差温炉又会给企业带来额外的经济负担。于是，寻找一种能够使用现有设备对小直径轧辊进行差温热处理的方法是一个值得研究的问题。

利用传统差温炉对小直径轧辊进行差温热处理的难处在于：a）常规差温炉的加热能力是按辊身直径为600mm～1000mm的轧辊设计的，并且根据差温炉的具体结构和性能制定了火焰调试标准，并确定了火焰空燃比的标准值，但是在处理辊身直径小于600mm的轧辊时，由于轧辊的辊身直径细、蓄热量小，按照火焰空燃比的标准数值进行加热时，会造成炉温的波动范围变大，无法达到加热和保温要求；b）常规差温炉设计生产的轧辊辊颈直径为350mm～750mm，若轧辊的辊颈小于350mm，则无法将辊颈部分安装到使轧辊旋转的支架上，同时还会造成辊颈部分与差温炉炉口之间的缝隙太大，炉口处散热过快，容易造成轧辊靠近炉口的部分温度偏低，导致热处理质量不合格。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，以解决传统差温炉对小直径轧辊进行热处理时无法装炉、炉温波动大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，包括以下步骤：

a）焊接辊颈套：在轧辊的辊颈的外圆周上套装焊接一个辊颈套，所述辊颈套的外径与差温炉炉口的装夹直径配合，辊颈套的长度与辊颈的长度对应；

b）预热处理：将焊有辊颈套的轧辊在预热炉内预热，预热温度790℃～810℃，保温22～24小时；

c）差温加热：差温加热前首先调整差温炉各个烧嘴的空燃比，调节每个烧嘴处的压力控制阀，将空气压力值调整到该烧嘴空气压力标准值的三分之二，将煤气压力值调整到该烧嘴煤气压力标准值的二分之一；然后将步骤b）处理后的轧辊装入差温炉中，在辊颈套与差温炉炉口之间的缝隙中填补耐火纤维，打开烧嘴将轧辊加热至Ac3温度以上30℃～100℃，加热速度为每小时400℃～700℃，保温3～4小时；

d）预冷处理：停止加热，使轧辊在差温炉中冷却到Ar3温度以上20℃～40℃；

e）淬火冷却：将步骤d）处理后的轧辊取出，进行淬火；

f）回火处理：将步骤e）处理后的轧辊装入回火炉中进行回火处理；

g）取下辊颈套：将步骤f）处理后的轧辊取出，冷却后将辊颈套焊接的部位打断，取下辊颈套。

本发明的进一步改进在于：所述步骤a）中，辊颈套与辊颈间隙配合，配合间隙为1mm～10mm。

本发明的进一步改进在于：所述步骤a）中，辊颈套与辊颈间隙配合，配合间隙为3mm～8mm。

本发明的进一步改进在于：所述步骤a）中辊颈套与辊颈之间以点焊的方式相连接，所述步骤g）中通过砂轮打磨将焊接的部位打断。

本发明的进一步改进在于：所述步骤c）中，将空气压力值调整到6Mpa～8Mpa，将煤气压力值调整到0.9Mpa～1.2Mpa。

本发明的进一步改进在于：所述步骤b）中，预热过程包括如下几个阶段：

b1）将轧辊置于40℃～60℃的预热炉中保温5～8小时；

b2）以每小时不大于10℃的加热速度将轧辊加热至300℃～400℃，保温10～15小时；

b3）以每小时不大于20℃的加热速度将轧辊加热至790℃～810℃，保温22～24小时。

本发明的进一步改进在于：所述步骤b3）中，保温时间为24小时。

本发明的进一步改进在于：所述步骤e）中，淬火冷却的方式为空冷，淬火冷却的终止温度为300℃～400℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤e）中，淬火冷却的终止温度为350℃～400℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤f）中，回火处理包括如下操作步骤：

f1）以每小时不大于30℃的加热速度将轧辊加热到500℃～560℃，保温10小时；

f2）打开回火炉，使轧辊在空气中冷却到室温；

f3）重复步骤f1）、f2）两次，结束。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步如下。

本发明通过在小直径轧辊的辊颈上焊接辊颈套，使小直径轧辊能够符合常规差温炉的装炉尺寸要求，实现了小直径轧辊的正常装炉；本发明通过调整常规差温炉的空燃比，改善了差温炉的加热性能，使小直径轧辊能够在差温炉中稳定的升温、保温，缩小了炉温的波动范围，保证了小直径轧辊热处理工艺的顺利执行；本发明通过制作辊颈套以及调整差温炉空燃比，实现了使用常规差温炉生产小直径轧辊的目的，提高了设备利用率，节约了生产成本。

本发明中通过在预热处理步骤中设置多个升温、保温阶段，并限制各个阶段的升温速度，可以保证加热过程的均匀、缓慢进行，从而避免由于加热速度过快造成的裂纹。由于轧辊直径较细，而且差温热处理时轧辊表层和芯部温差较大，常规的淬火方法容易导致轧辊表层出现裂纹，本发明中淬火冷却步骤的终止温度为300℃～400℃，即没有冷却到马氏体转变起始点以下，而在第一次回火时才开始发生马氏体相变，可以避免轧辊在淬火时由于组织应力过大导致开裂。在本发明中回火处理阶段通过三次回火，可以提高轧辊表层马氏体转变量，进一步提高轧辊表层的耐磨性，从而提高轧辊性能。

附图说明

图1：本发明的立体结构示意图；

图2：图1中轧辊的结构示意图。

其中：1.轧辊，11.辊身，12.辊颈，2.差温炉，3.辊颈套，4.耐火纤维，5.支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步详细说明：

实施例1：

一种小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，本实施例中，所用的差温炉2为MC3卧式差温炉，该差温炉的加热能力是按照辊身直径为600mm～1000mm、辊颈直径在350mm～750mm的轧辊设计的。差温炉内布置有30多个烧嘴，不同位置的烧嘴具有不同的空燃比标准值，即有不同的空气压力标准值和煤气压力标准值。总体上，这些烧嘴的空气压力的标准值在9Mpa～12Mpa之间，煤气压力的标准值在1.8Mpa～2.4Mpa之间。本实施例中，待处理的轧辊1是KmTBCr20Mo材质的高铬铸铁轧辊，其结构如图2所示，辊身11直径为550mm，长度为2000mm，辊身两端的辊颈12直径为300mm，长度分别为1000mm。由于辊颈部分的直径小于350mm，因此无法安装到用于使轧辊旋转的支架上，辊颈与炉口之间缝隙过大容易导致加热不稳定，炉温波动大。另外，由于待处理轧辊的辊身直径小于600mm，不能适应MC3卧式差温炉的标准加热能力，因此不能使用常规的方法进行差温热处理。

本发明的差温热处理方法包括如下步骤：

a）焊接辊颈套：在辊颈12的外圆周上套装焊接一辊颈套3，辊颈套的内径尺寸为310mm，外径尺寸为350mm，辊颈套3的长度是1000mm，辊颈套与辊颈之间以点焊的方式相连接。

b）预热处理：将焊有辊颈套的小直径轧辊在预热炉内预热，预热处理包括如下工艺步骤：

b1）轧辊置于40℃～60℃的预热炉中保温5～8小时；

b2）以每小时不大于10℃的加热速度将轧辊加热至300℃～400℃，保温10～15小时；

b3）以每小时不大于20℃的加热速度将轧辊加热至790℃～810℃，保温24小时。

c）差温加热：差温加热前首先调整差温炉内各个烧嘴的空燃比，调节每个烧嘴处的压力控制阀，将空气压力值调整到该烧嘴空气压力标准值的三分之二，将煤气压力值调整到该烧嘴煤气压力标准值的二分之一，调整后，这些烧嘴的空气压力值在6Mpa～8Mpa之间，煤气压力值在0.9Mpa～1.2Mpa之间；然后将步骤b）处理后的轧辊转到差温炉中，在辊颈套与差温炉炉口的缝隙中填补耐火纤维4，将辊颈套3的端部安装到支架5上，再打开烧嘴进行加热，将工件快速加热至980℃，加热速度为每小时400℃～700℃，然后保温3～4小时，使辊身外层组织充分奥氏体化同时芯部仍保持原始组织状态。

d）预冷处理：停止加热，使轧辊在差温炉中冷却到850℃。

e）淬火冷却：将步骤d）处理后的轧辊取出，在空气中淬火冷却，直至轧辊冷却到350℃。

f）回火处理：将步骤e）处理后的轧辊装入回火炉中进行回火处理，回火处理的工艺包括如下步骤：

f1）以每小时不大于30℃的加热速度将轧辊加热到500℃，保温10小时；

f2）保温结束后，打开回火炉，使工件在空气中冷却到室温；

f3）将步骤f1）、f2）重复执行两次，回火结束。

g）取下辊颈套：将步骤f）处理后的轧辊吊出，冷却后用砂轮机将焊点割掉，取下辊颈套。

实施例2～5：

与实施例1的区别见下表，其他条件均相同。

经测试，炉温的波动范围与辊颈和辊颈套之间的配合间隙有一定的相关性，当配合间隙在3mm～8mm之间时，即采用实施例2、4、5中的辊颈套内径尺寸时，炉温的波动范围在-3℃～+4℃之间，波动范围小，炉子性能更稳定。当配合间隙在3mm以下时，炉温的正偏差较大，实施例3中炉温的波动范围在-2℃～+7℃之间。当配合间隙在8mm以上时，炉温的负偏差较大，实施例1中炉温的波动范围在-6℃～+3℃之间。因此，优选的配合间隙为3mm～8mm之间。

实施例1、3、4生产的轧辊硬度为HS85～88，实施例2和实施例5生产的轧辊硬度为HS80～84，说明当预热处理保温时间为24小时，淬火冷却终止温度为350℃～400℃时，制得的轧辊碳化物更加均匀，可以取得更好的热处理效果。

本发明通过为轧辊安装辊颈套和调整烧嘴空燃比，可以使炉子的加热能力与小直径轧辊相适应，实现了小直径轧辊的差温热处理生产，并且大幅缩小了炉温的波动范围，提升了加热和保温的稳定性，提高了小直径轧辊的热处理质量。

Claims (10)

1.小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于包括以下步骤：

a）焊接辊颈套：在轧辊的辊颈的外圆周上套装焊接一个辊颈套，所述辊颈套的外径与差温炉炉口的装夹直径配合，辊颈套的长度与辊颈的长度对应；

b）预热处理：将焊有辊颈套的轧辊在预热炉内预热，预热温度790℃～810℃，保温22～24小时；

c）差温加热：差温加热前首先调整差温炉各个烧嘴的空燃比，调节每个烧嘴处的压力控制阀，将空气压力值调整到该烧嘴空气压力标准值的三分之二，将煤气压力值调整到该烧嘴煤气压力标准值的二分之一；然后将步骤b）处理后的轧辊装入差温炉中，在辊颈套与差温炉炉口之间的缝隙中填补耐火纤维，打开烧嘴将轧辊加热至Ac3温度以上30℃～100℃，加热速度为每小时400℃～700℃，保温3～4小时；

d）预冷处理：停止加热，使轧辊在差温炉中冷却到Ar3温度以上20℃～40℃；

e）淬火冷却：将步骤d）处理后的轧辊取出，进行淬火；

f）回火处理：将步骤e）处理后的轧辊装入回火炉中进行回火处理；

g）取下辊颈套：将步骤f）处理后的轧辊取出，冷却后将辊颈套焊接的部位打断，取下辊颈套。

2.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤a）中，辊颈套与辊颈间隙配合，配合间隙为1mm～10mm。

3.根据权利要求2所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤a）中，辊颈套与辊颈间隙配合，配合间隙为3mm～8mm。

4.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤a）中辊颈套与辊颈之间以点焊的方式相连接，所述步骤g）中通过砂轮打磨将焊接的部位打断。

5.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤c）中，将空气压力值调整到6Mpa～8Mpa，将煤气压力值调整到0.9Mpa～1.2Mpa。

6.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤b）中，预热过程包括如下几个阶段：

b1）将轧辊置于40℃～60℃的预热炉中保温5～8小时；

b2）以每小时不大于10℃的加热速度将轧辊加热至300℃～400℃，保温10～15小时；

b3）以每小时不大于20℃的加热速度将轧辊加热至790℃～810℃，保温22～24小时。

7.根据权利要求6所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤b3）中，保温时间为24小时。

8.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤e）中，淬火冷却的终止温度为300℃～400℃。

9.根据权利要求8所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤e）中，淬火冷却的终止温度为350℃～400℃。

10.根据权利要求1所述的小直径高铬铸铁轧辊的差温热处理方法，其特征在于：所述步骤f）中，回火处理包括如下操作步骤：

f1）以每小时不大于30℃的加热速度将轧辊加热到500℃～560℃，保温10小时；

f2）打开回火炉，使轧辊在空气中冷却到室温；

f3）重复步骤f1）、f2）两次，结束。

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