CN103436789A

CN103436789A - 轧制铝材用的热轧辊及其制造方法

Info

Publication number: CN103436789A
Application number: CN2013103436412A
Authority: CN
Inventors: 杨昱东; 田兴飞; 吴小强; 孙满臣; 苗金平
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: CN103436789B

Abstract

本发明公开了一种轧制铝材用的热轧辊及其制造方法，所述轧辊的化学组分及其重量百分含量为：C0.50～0.80%；Si0.20～1.50%；Mn0.20～1.00%；P≤0.025%；S≤0.025%；Cr4.50～6.00%；Mo0.50～2.00%；V0.10～1.00%；其余为Fe和不可避免的杂质。轧制铝材用的热轧辊的制造方法，包括炼制钢锭、锻造辊坯、调质及机械加工、淬火热处理和回火处理等工艺步骤。本发明的轧制铝材用的热轧辊具有高耐磨性、良好的抗热裂性和耐电化学腐蚀性能；与普通Cr3材质制成的轧辊相比，其寿命可提高50%以上。

Description

轧制铝材用的热轧辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊及其制造方法，具体的说，是一种轧制铝材用的热轧辊及其制造方法。

背景技术

轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾轧件，使轧件产生塑性变形并获得理想的设计形状，因此，轧辊质量的好坏直接关系到轧制产品的表面质量和轧钢机的生产作业率。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。

按照工作状态的不同，轧辊通常分为冷轧辊和热轧辊。在热轧过程中，轧辊承受了强大的轧制力、剧烈的磨损和热疲劳的影响，而且热轧辊在高温下工作，须具有足够的硬度以抗磨损，具有足够的强度以保持其尺寸形状不变形，同时还必须具有足够的韧性以耐热冲击和防止热裂。

铝具有一系列优异特性，是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。由于铝具有重量轻和耐腐蚀的特性，使得其在航空航天、建筑、汽车三个重要工业领域内都获得了广泛应用。随着我国经济的迅速发展，对铝及其合金的需求量愈来愈多，对铝材表面质量及精度要求也越来越高，因此对于轧制铝材用的热轧辊的要求也越来越高。

目前，国内用来轧制铝材用的热轧辊的主要材质为Cr3系列材质，但是，

此类材质的热轧辊已经不能满足市场需求和产品表面高质量要求，原因包括以下几点：

（1）Cr3系列材质制造的轧辊耐磨性差，换辊周期短，频繁地更换轧辊严重制约了连轧设备的生产效率，加大了工人的劳动强度，并且使得产品的生产成本居高不下；同时，由于轧辊的磨损，使得辊型保持能力差，轧制出的铝板材的尺寸精度和板型难以保证，产品质量下降；

（2）在轧制过程中，由于轧辊是钢铁材料，与铝板的电极电位不同，所以轧辊、铝板和轧制润滑液组成的加工体系也就成了一个化学原电池体系，在轧制过程中，轧辊同时经受轧制应力条件下的电化学腐蚀和腐蚀条件下的应力疲劳作用，辊身表面很容易出现热裂纹，下机磨削量大，进一步加剧了辊耗，缩短了轧辊寿命；

（3）轧辊表面出现热裂纹后，轧制时很容易印到铝板材上，导致所轧制铝板的板面质量较差，废品率高。

因此，随着对铝材及其合金的需求量及其精度要求的不断增加，研发新的性能优异的轧辊具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种轧制铝材用的热轧辊及其制造方法，该轧辊具有高耐磨性、良好的抗热裂性和耐电化学腐蚀性能。

为达到上述性能要求，本发明所采用的技术方案是：

轧制铝材用的热轧辊，其化学组分及其重量百分含量为：

C，0.50～0.80%；Si，0.20～1.50%；Mn，0.20～1.00%；P≤0.025%；S≤0.025%；Cr，4.50～6.00%；Mo，0.50～2.00%；V，0.10～1.00%；其余为Fe和不可避免的杂质。

轧制铝材用的热轧辊的制造方法，包含以下工艺步骤：

（a）炼制钢锭：按照上述化学组分及其含量配制钢材原料，在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼温度为1580℃～1620℃；待各合金元素和H、O、N含量合适后，调节温度至1525℃～1550℃出钢，采用模铸形式浇注成钢锭，脱模后对钢锭进行退火处理；

（b）锻造辊坯：加热钢锭至1200℃～1260℃，保温8h；然后按照锻造比不小于2.5锻造成辊坯，并对辊坯进行热处理和车削加工；

（c）调质及机械加工：对步骤（b）得到的辊坯进行粗车和调质处理；所述调质处理的淬火加热温度940℃～960℃，淬火时间8～15h，回火温度480℃～520℃，回火时间10～30h；调质处理后精车热轧辊工作面到规定尺寸；

（d）淬火热处理：对热轧辊工作表面进行双频感应淬火，淬火温度为950℃～1010℃，冷却方式为喷水冷却；

（e）回火处理：将热轧辊进行回火处理，回火温度为400℃～600℃，回火保温时间为30h～100h，然后空冷至室温；回火完成后，按照所需尺寸对热轧辊的各部位再次进行精加工。

本发明的进一步改进在于：所述步骤（a）中，初步熔炼的熔炼温度大于1630℃，电弧炉出钢温度大于1590℃；钢锭退火温度为800℃，退火时间35h。

本发明的进一步改进在于：所述步骤（b）中，锻造完成后进行退火处理，退火处理温度为650℃～700℃，保温时间30h。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明提供了一种轧制铝材用的热轧辊，具有高耐磨性、良好的抗热裂性和耐电化学腐蚀性能。经过生产试验证明，在热轧条件下，该热轧辊的耐磨性能及抗热裂性均明显提高，在轧制时轧辊不易变形，提高了轧辊寿命，降低了轧辊更换频率，提高了连轧设备的生产效率，因而大大降低了生产成本，更加保证了有色金属的轧制质量。在相同的轧制条件下，与普通Cr3材质轧辊相比，本发明的热轧辊寿命可提高50%以上。

在本发明的热轧辊的化学组分中，Cr是轧辊的主要合金元素成分之一，可增加轧辊的淬硬层深度并有二次硬化作用，提高了轧辊强度和耐磨性，降低热冲击引起的拉应力，且不会使钢变脆；因此，通过合理控制Cr的含量，增强了轧辊的强度，阻碍裂纹的形成和发展。另外，C影响钢的整体强度和淬火硬度；Si可以提高材质的热冲击抗力和提高淬透性，还能提高钢的回火稳定性；Mn是一种脱氧剂，用于将杂质S固定；V是最有助于提高耐磨损性碳化物的元素，可以细化钢的组织和晶粒，增加淬火钢的回火稳定性；Mo含量和轧辊工作层的耐热裂性能有一定关系，Mo含量较低时增加含量可提高耐热裂性，Mo含量高时增加含量耐热裂性反而降低；因此本发明通过合理控制Cr、Mo、C、Si、V、Mn的含量，并通过适当的熔炼铸造方法，控制C、P、S、H、O、N的含量，制得用于轧制铝材的超高强度热轧辊，使铝材热轧辊的寿命较Cr3材质大大提高。

本发明还提供了轧制铝材用的热轧辊的制造方法。其中，调质处理保证了热轧辊的整体韧性；对热轧辊进行双频感应淬火热处理，淬火温度为950～1010℃，高于普通材质的淬火温度，控制冷却速度和移动速度，降低了淬火过程后产生的残余应力；淬火处理之后通过回火处理大幅度降低热裂纹的产生几率，进而提升抗事故能力，延长热轧辊的使用周期。

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：

轧制铝材用的热轧辊，其化学组分及其重量百分含量为：

上述有色金属热轧辊的化学组分及其重量百分含量优选为：

C，0.65～0.80%；Si，0.35～0.80%；Mn，0.55～0.80%；P≤0.020%；S≤0.020%；Cr，4.95～5.35%；Mo，0.90～1.20%；V，0.20～0.45%；其余为Fe和不可避免的杂质。

轧制铝材用的热轧辊的制造方法，包含以下工艺步骤：

（a）炼制钢锭：按照上述化学组分及其含量配制钢材原料，在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼温度为1580℃～1620℃；待各合金元素含量合适、H含量≤1.5ppm、O含量≤25ppm、N含量≤120ppm后，调节温度至1525℃～1550℃出钢，采用模铸形式浇注成钢锭，脱模后对钢锭进行退火处理；

实施例1

一、本实施例的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.60～0.70%；Si，0.20～0.30%；Mn，0.20～0.30%；P≤0.025%；S≤0.025%；Cr，5.60～6.00%；Mo，0.60～0.80%；V，0.20～0.40%；其余为Fe和不可避免的杂质。

二、本实施例的一种轧制铝材用的热轧辊的制造方法为：

（a）炼制钢锭：按照上述化学组分及其含量配制钢材原料，在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼温度大于1630℃，控制元素C、P、S含量合适后出钢，电弧炉出钢温度大于1590℃；熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼温度为1580℃～1620℃；待各合金元素含量合适、H含量≤1.5ppm、O含量≤25ppm、N含量≤120ppm后，调节温度至1525℃～1550℃出钢，采用模铸形式浇注成钢锭，脱模后对钢锭进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间35h。

经对钢锭进行化学成分分析，钢锭的最终化学成分的含量（重量百分含量）为：C，0.65%；Si，0.20%；Mn，0.20%；P，0.025%；S，0.025%；Cr，6.00%；Mo，0.70%；V，0.30%；其余为Fe和不可避免的杂质。

（b）锻造辊坯：加热钢锭至1200℃～1260℃，保温8h；然后按照锻造比不小于2.5锻造成辊坯，然后对辊坯进行退火处理，退火温度650℃～700℃，热处理时间30小时，最后进行车削加工。

（c）调质及机械加工：对步骤（b）得到的辊坯进行粗车和调质处理；所述调质处理的淬火加热温度940℃～960℃，淬火时间8～15h，回火温度480℃～520℃，回火时间10～30h；调质处理后精车热轧辊工作面到规定尺寸。

（d）淬火热处理：对热轧辊工作表面进行双频感应淬火，淬火温度为970℃，冷却方式为喷水冷却。

（e）回火处理：将热轧辊进行回火处理，回火温度为460℃，回火保温时间为100h，然后空冷至室温；回火完成后，按照所需尺寸对热轧辊的各部位再次进行精加工，即制得轧制铝材用的热轧辊。

实施例2

实施例2的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例2的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.70～0.80%；Si，0.50～0.70%；Mn，0.50～0.70%；P≤0.020%；S≤0.015%；Cr，4.80～5.20%；Mo，0.50～0.70%；V，0.10～0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对钢锭进行化学成分分析，钢锭的最终化学成分的含量（重量百分含量）为：

C，0.75%；Si，0.55%；Mn，0.65%；P，0.018%；S，0.015%；Cr，5.05%；Mo，0.50%；V，0.10%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为960℃；步骤（e）中的回火温度为440℃，回火时间80h。

实施例3

实施例3的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例3的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.70～0.80%；Si，0.80～1.10%；Mn，0.80～1.00%；P≤0.020%；S≤0.015%；Cr，4.80～5.20%；Mo，1.00～1.20%；V，0.80～1.00%；其余为Fe和不可避免的杂质。

C，0.80%；Si，1.00%；Mn，1.00%；P，0.016%；S，0.013%；Cr，4.90%；Mo，1.15%；V，1.00%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为980℃；步骤（e）中的回火温度为500℃，回火时间70h。

实施例4

实施例4的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例4的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.50～0.60%；Si，1.20～1.50%；Mn，0.70～0.80%；P≤0.015%；S≤0.010%；Cr，4.50～4.80%；Mo，1.40～2.00%；V，0.40～0.80%；其余为Fe和不可避免的杂质。

C，0.50%；Si，1.50%；Mn，0.72%；P，0.015%；S，0.008%；Cr，4.50%；Mo，2.00%；V，0.40%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为1000℃；步骤（e）中的回火温度为590℃，回火时间80h。

实施例5

实施例5的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例5的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.65～0.75%；Si，0.30～0.50%；Mn，0.30～0.60%；P≤0.020%；S≤0.020%；Cr，5.10～5.50%；Mo，1.00～1.40%；V，0.10～0.50%；其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对钢锭进行化学成分分析，钢锭的最终化学成分含量（重量百分含量）为：

C，0.70%；Si，0.35%；Mn，0.55%；P，0.020%；S，0.017%；Cr，5.35%；Mo，1.20%；V，0.30%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为990℃；步骤（e）中的回火温度为440℃，回火时间80h。

实施例6

实施例6的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例6的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.70～0.80%；Si，0.50～0.85%；Mn，0.50～0.80%；P≤0.020%；S≤0.015%；Cr，4.80～5.10%；Mo，0.70～1.00%；V，0.10～0.40%；其余为Fe和不可避免的杂质。

C，0.75%；Si，0.55%；Mn，0.65%；P，0.018%；S，0.015%；Cr，5.05%；Mo，0.90%；V，0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为970℃；步骤（e）中的回火温度为470℃，回火时间80h。

实施例7

实施例7的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例7的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.70～0.90%；Si，0.70～1.20%；Mn，0.55～0.90%；P≤0.020%；S≤0.015%；Cr，5.20～5.60%；Mo，0.90～1.30%；V，0.20～0.50%；其余为Fe和不可避免的杂质。

C，0.78%；Si，0.80%；Mn，0.78%；P，0.016%；S，0.013%；Cr，5.30%；Mo，1.15%；V，0.25%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为950℃；步骤（e）中的回火温度为460℃，回火时间70h。

实施例8

实施例8的制备方法与实施例1的制备方法相同，其区别在于：

实施例8的热轧辊的化学组分含量（重量百分含量）的设计目标为：

C，0.68%；Si，0.65%；Mn，0.72%；P，0.015%；S，0.008%；Cr，4.95%；Mo，0.95%；V，0.45%；其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤（d）的淬火温度为1010℃；步骤（e）中的回火温度为435℃，回火时间65h。

将实施例1～实施例8制备的热轧辊进行性能测试，包括表面硬度检测、耐磨性试验和冷热疲劳试验，并与传统的Cr3材质轧辊进行了对比，测试数据见表1。

表1 轧制铝材用的热轧辊性能测试结果

	表面硬度（HSD）	耐磨系数	裂纹深度（微米）
				普通Cr3材质轧辊	60～68	1.83	76.5
实施例1	73～75	2.85	25.9
				实施例2	75～78	4.62	31.2
实施例3	78～82	5.27	35.2

实施例4	77～78	4.26	9.8
				实施例5	77～81	3.85	20.8
实施例6	76～80	3.96	25.2
				实施例7	77～80	4.25	25.5
实施例8	76～79	4.85	28.2

其中，表面硬度是使用专用的轧辊肖氏硬度计检测；表面硬度和耐磨系数均用来表征耐磨性，表面硬度越大，耐磨系数越大，耐磨性越好。冷热疲劳试验是在采用相同温度600℃相同冷热疲劳转数条件下检测试样裂纹深度，用于表征抗热裂性；裂纹深度越浅，抗热裂性越好。

综合上述实施例及相关结果数据可以发现，与普通Cr3材质轧辊相比，本发明提供的轧制铝材用的热轧辊具有显著的优越性能，不仅表面硬度和耐磨系数明显提高，而且其裂纹深度仅为普通Cr3材质轧辊裂纹深度的一半左右，因此，轧制铝材用的热轧辊的使用寿命得以大大提高，在铝材轧制领域具有重要的意义。

本发明虽然仅仅列举了上述8个实施例的轧制铝材用的热轧辊及其制备方法，并对其进行了性能测试；但是在上述实施例的基础上，通过对其化学组分的重量百分含量进行进一步拓展和修改，并辅以对步骤（d）中的淬火温度、步骤（e）中的回火温度和回火保温时间进行适当调整，均能达到本发明的目的。

Claims

1.轧制铝材用的热轧辊，其特征在于：所述轧辊的化学组分及其重量百分含量为：

2.一种权利要求1所述的轧制铝材用的热轧辊的制造方法，其特征在于：包含以下工艺步骤：

3.根据权利要求2所述的轧制铝材用的热轧辊的制造方法，其特征在于：所述步骤（a）中，初步熔炼的熔炼温度大于1630℃，电弧炉出钢温度大于1590℃；钢锭退火温度为800℃，退火时间35h。

4.根据权利要求2或3任一项所述的轧制铝材用的热轧辊的制造方法，其特征在于：所述步骤（b）中，锻造完成后进行退火处理，退火处理温度为650℃～700℃，保温时间30h。