CN104120341A

CN104120341A - 一种轧制极薄材料的Cr5型锻钢工作辊及其制备方法

Info

Publication number: CN104120341A
Application number: CN201410395150.7A
Authority: CN
Inventors: 蔡友根
Original assignee: JIANGSU RUNFU MECHANICAL ROLL MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: JIANGSU RUNFU MECHANICAL ROLL MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本发明涉及一种制备极薄材料的Cr5型锻钢工作辊及其制备方法。本发明的轧辊由如下重量百分比的组分组成：碳：0.6-1wt％，硅：0.5-1.2wt％，锰：0.2-0.5wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，镉：5.5-6.5wt％，钼：0.3-0.7wt％，钒：0.05-0.25wt％，余量为铁和其他杂质。本发明的轧辊为新型的Cr5型材，具有高均匀性、高硬度、高强度、高耐磨性以及低成本的优点，用于轧制极薄材料，轧制产品质量优良，并且能够延长在实际生产中工作辊的使用寿命。进一步改进了制备轧辊中热处理的工艺，根据本发明的制备方法，可以制备出具有上述性能的轧辊坯材。

Description

一种轧制极薄材料的Cr5型锻钢工作辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊及其制备方法，特别是涉及一种轧制极薄材料的Cr5型锻钢工作辊及其制备方法。

背景技术

光整机、平整机主要由排房、机座、大门、轧辊、液压系统以及其他机构组成。其中，轧辊是用来对产品进行轧制加工的工具，它是整个轧机的关键。利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材，轧辊是车间经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的质量和产量，因此对轧辊的性能(主要是强度、耐磨性和一定的耐热裂性)的要求是很严格的。

目前，很多场合需要用到高精度极薄材料，如厚度为0.01mm～0.1mm,的铝箔等，生产过程中对技术和设备的要求很高，其中的工作辊需要达到极高的硬度值、均匀性和强度，才能轧制出极薄的的铝箔。轧辊材质的决定要由其工作条件所决定，冷轧工作辊由于在工作时表面受很高的工作载荷，因此轧辊材质必须有很高的强度，同时工作辊在工作过程中与轧制材料和支承辊之间都有相互的摩擦，因此工作辊材质必须有较高的耐磨性能；工作辊在轧制过程中还经常会遇到轧制事故，所以工作辊还必须有较高的抗事故性能。然而目前，轧制极薄材料的工作辊，其硬度值、均匀性和强度值不能很好兼顾，硬度值一般在90-95HSD，有效淬硬深度在10-20mm，造成轧制出的产品厚薄不均，表面质量差，另外轧辊使用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。

在轧辊铸件中，碳是重要的合金元素，通过固溶在钢的基体中，起到对钢的强化作用，同时部分碳和钢中的其他元素形成碳化物，起到强化和增加耐磨性的作用。化学成分镉含量能够提高钢的力学性能和耐磨性、增加钢的硬度、弹性、耐腐蚀和耐热性，提高表面的淬透性；但是在提高的同时其缺点是降低了轧辊的韧性。另外，铸钢轧辊凝固时由于存在树枝状结晶，会造成合金成分的晶内偏析，随着合金铸钢轧辊合金含量的增多，凝固时产生的偏析指数增大，造成成分的不均匀程度也越大。为了使合金元素的原子充分扩散，得到成分均匀的奥氏体，在铸造工艺后要进行热处理的步骤。常用的热处理类型有：去应力退火、等温球退火、扩散退火、正火、回火、淬火、深冷处理。各步骤中的反应温度、时间等工艺参数也是决定轧辊产品硬度、均匀性、强度值的关键。

综上，目前需要一种使用寿命场、高强度、高耐磨性以及高均匀性的轧辊用于轧制极薄材料，并且通过改进热处理工艺的制备锻钢轧辊方法。

发明内容

本发明的目的在于，对用于轧制极薄材料的锻钢轧辊合金成分进行改进，提高轧辊的硬度、均匀性、强度值，并且根据合金的特点优化轧辊制备过程中的热处理条件，提供一种新型Cr5材质的工作辊以及该种轧辊的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种Cr5型工作辊，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.6-1wt％，硅：0.5-1.2wt％，锰：0.2-0.5wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，镉：5.5-6.5wt％，钼：0.3-0.7wt％，钒：0.05-0.25wt％，余量为铁和其他杂质。

进一步地，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.8-0.95wt％，硅：0.85-1.05wt％，锰：0.25-0.45wt％，磷：≤0.02wt％，硫：≤0.015wt％，镉：5.7-6.1wt％，钼：0.4-0.6wt％，钒：0.1-0.2wt％，余量为铁和其他杂质。

进一步地，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.9wt％，硅：0.9wt％，锰：0.3wt％，磷：0.01wt％，硫：0.015wt％，镉：6wt％，钼：0.5wt％，钒：0.15wt％，余量为铁和其他杂质。

进一步地，其他杂质的重量百分比小于等于0.02％，且包含铅、锡、砷、铋。

本发明还提供一种Cr5型工作辊在轧机中用于轧制极薄材料的用途。

本发明还提供一种Cr5型工作辊的制备方法，具有以下步骤：

1)按重量比将碳、硅、锰、磷、硫、镉、钼、钒和铁置于中频感应电炉内熔炼，充分搅拌，熔炼温度为500-1000℃，熔炼时间为30-40分钟，制成合金液体；

2)开启所述中频感应炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中；

3)待完全冷却后将所述金属模具去除，形成坯料；

4)将所述坯料在压机上锻造成型；

5)退火后进行超声波探伤；

6)粗车加工、超声波探伤；

7)半精加工、超声波探伤；

8)淬火；

9)深冷处理；

10)化霜、回火；

11)精加工、二次回火、超声波探伤；

12)检测入库。

进一步地，在步骤6)之后、步骤7)的半精加工之前还包括调质处理的步骤，保温温度为900-950℃，保温时间为5-10小时。

进一步地，其特征在于，在调质处理中，保温温度为930℃，保温时间为10小时。

进一步地，其特征在于，其中步骤8)中所述淬火的温度为960℃；9)中所述的深冷处理其温度为-190至-195℃，保温4-5小时；步骤10)中所述回火温度为100-150℃，时间为90小时；步骤11)中所述二次回火温度为100-120℃，时间为180小时。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

1、本发明提供了一种轧制极薄材料的工作辊及其制备方法，研发出新型合金成分的Cr5型轧辊，同时满足了对改进材料的高均匀性、高硬度、高强度、高耐磨性以及低成本的多种需要，能轧制出极薄的铝箔。

2、使用本发明的Cr5型工作辊，在实际生产中能够提高冷轧辊的使用寿命、降低企业生产中耗材的成本、降低了事故发生的风险。

3、在本发明中的Cr5型工作辊的制备方法中，通过优化热处理各环节的工艺参数，进一步提高了轧辊坯材的塑硬度、韧性、均质性以及屈服强度。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的Cr5型工作辊，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.6-1wt％，硅：0.5-1.2wt％，锰：0.2-0.5wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，镉：5.5-6.5wt％，钼：0.3-0.7wt％，钒：0.05-0.25wt％，余量为铁和其他杂质。

其中，化学成分碳含量是钢中的重要合金元素，是通过固溶在钢的基体中，起到对钢的强化作用，同时部分碳和钢中的其他元素形成碳化物，起到强化和增加耐磨性的作用。

化学成分镉含量能够提高钢的力学性能和耐磨性、增加钢的硬度、弹性、耐腐蚀和耐热性，提高表面的淬透性；但是在提高的同时其缺点是降低了轧辊的韧性。

化学成分钼的含量能使钢的晶粒细化，提高了表面淬透性和热强性能，在轧辊在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，能提高轧辊的机械性能。

化学成分镍含量是钢中的重要元素之一，可增强钢的硬度、弹性、延展性和抗腐蚀性，并能细化晶粒，提高表面淬透性，使钢具有极高的机械性能，当镍和镉共存时，可大大提高钢的机械强度。

化学成分钒含量可细化组织晶粒，提高钢的强度和韧性，钒和碳形成的碳化物在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

化学成分硅含量能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。

通过反复的实验，得到以上各组分的最佳质量配比，以达到Cr5型工作辊的最佳使用性能。

实施例1

按照重量比为碳：0.6wt％，硅：1.2wt％，锰：0.2wt％，磷：0.03wt％，硫：0.02wt％，镉：5.5wt％，钼：0.3wt％，钒：0.05wt％，余量为铁和其他杂质，残余铜含量不大于0.2％、其他杂质铅、锡、砷、铋等均不大于0.02％，准备铸造材料。

熔炼合金溶液：按上述重量比将各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为500℃，熔炼时间为30分钟，制成合金溶液。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷锻造：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，在压机上锻造成型。

退火、超声波探伤：退火后，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。接着进行粗车加工，重复上述超声波探伤。之后进行调质处理。

调质处理：由于感应加热速度快，奥氏体相变温度升高，奥氏体中的碳浓度差增大。钢原始组织粗大，含有大块铁素体较多时，原大块铁素体部位在奥氏体化后往往会成为贫碳奥氏体，硬度下降。因此，在淬火前进行预备热处理，可以获得细小、均匀的组织，使轧辊芯部和辊颈达到良好机械性能，使轧辊的屈强比提高，有效提高轧辊疲劳寿命；同时为后期轧辊表面淬火做组织准备，调质以后轧辊部分碳化物弥散析出，这些碳化物在最终表面淬火中，更加容易溶解；并且可以改善基体组织，尤其是碳化物的分布。原保温温度为860度，现调整到900度，保温时间也加长到10小时，原回火温度轧辊表面硬度达到45-48HSD，现同样回火温度，表面硬度可达到49-52HSD，相对轧辊机械性能随之增加。

调质处理之后进行半精加工、超声波探伤：根据加工图纸要求，在车床上进行半精加工，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。然后进行淬火。

淬火：在淬火机床上，将经过预热的轧辊，经过通电的感应圈内时，由于电磁感应在轧辊表面形成感应电流，从而使得表面被加热，通过测温反馈调整功率调节加热温度，使轧辊表面得到一定的淬硬层深度和良好的硬度均匀性，通过中温回火使轧辊内应力减小，减少轧辊使用中的剥落，大大提高了中间辊的使用性。

淬火温度为960度。接着进行深冷处理。

深冷处理：此工序使将淬火以后回火以前的轧辊放入-190的低温槽内进行深冷保温4小时的一个过程，随着轧辊中合金含量的增加，通过深冷处理，让部分残余奥氏体转变成马氏体，所以轧辊的深冷处理是淬火的延续，因镉含量增加会导致较差的韧性，在本发明的镉和碳的含量基础上，-190至-195℃的深冷温度能降低轧辊中的残余奥氏体含量，来达到轧辊表面的耐磨性、高硬度和提高淬硬层深度，同时也增加了韧性，提高轧辊在后期使用中的抗剥落性，减少轧辊断裂的风险。

接着进行化霜、回火：化霜后在100℃下回火，回火时间60小时。

然后完成精加工、二次回火、超声波探伤：经精车加工后二次回火，回火温度100℃，回火时间180为小时。利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到35mm，辊身表面硬度值在达到102HSD，硬度均匀度小于1.5HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期从25公里增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

实施例2

按照重量比为碳：1wt％，硅：0.5wt％，锰：0.5wt％，磷：0.02wt％，硫：0.015wt％，镉：6.5wt％，钼：0.7wt％，钒：0.25wt％，余量为铁和其他杂质，残余铜含量不大于0.2％、其他杂质铅、锡、砷、铋等均不大于0.02％，准备铸造材料。

熔炼合金溶液：按上述重量比将各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为1000℃，熔炼时间为40分钟，制成合金溶液。

调质处理：保温温度为960℃，保温时间为5小时。

淬火：淬火温度为960度。接着进行深冷处理。

深冷处理：将淬火以后回火以前的轧辊放入-195℃的低温槽内进行深冷保温5小时。

接着进行化霜、回火：化霜后在150℃下回火，回火时间90小时。

然后完成精加工、二次回火、超声波探伤：经精车加工后二次回火，回火温度120℃，回火时间180为小时。利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到40mm，辊身表面硬度值在达到100HSD，硬度均匀度小于1.5HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

实施例3

按照重量比为碳：0.8wt％，硅：1.05wt％，锰：0.25wt％，磷：0.03wt％,硫：0.02wt％，镉：5.7wt％，钼：0.4wt％，钒：0.1wt％，余量为铁和其他杂质，残余铜含量不大于0.2％、其他杂质铅、锡、砷、铋等均不大于0.02％，准备铸造材料。

调质处理：保温温度为960℃，保温时间为5小时。

淬火：淬火温度为960度。接着进行深冷处理。

深冷处理：将淬火以后回火以前的轧辊放入-190℃的低温槽内进行深冷保温5小时。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到45mm，辊身表面硬度值在达到102HSD，硬度均匀度小于1.5HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

实施例4

按照重量比为碳：0.95wt％，硅：0.85wt％，锰：0.45wt％，磷：0.01wt％，硫：0.015wt％，镉：6.1wt％，钼：0.6wt％，钒：0.2wt％，余量为铁和其他杂质，残余铜含量不大于0.2％、其他杂质铅、锡、砷、铋等均不大于0.02％，准备铸造材料。

调质处理：保温温度为960℃，保温时间为5小时。

淬火：淬火温度为960度。接着进行深冷处理。

实施例5

按照重量比为碳：0.9wt％，硅：0.9wt％，锰：0.3wt％，磷：0.01wt％，硫0.015wt％，镉：6wt％，钼：0.5wt％，钒：0.15wt％，余量为铁和其他杂质，残余铜含量不大于0.2％、其他杂质铅、锡、砷、铋等均不大于0.02％，准备铸造材料。

熔炼合金溶液：按上述重量比将各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为800℃，熔炼时间为40分钟，制成合金溶液。

调质处理：保温温度为930℃，保温时间为10小时。

淬火：淬火温度为960度。接着进行深冷处理。

深冷处理：将淬火以后回火以前的轧辊放入-195℃的低温槽内进行深冷保温4小时。

接着进行化霜、回火：化霜后在100℃下回火，回火时间90小时。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到40mm，辊身表面硬度值在达到102HSD，硬度均匀度小于1.5HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种Cr5型工作辊，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.6-1wt％，硅：0.5-1.2wt％，锰：0.2-0.5wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，镉：5.5-6.5wt％，钼：0.3-0.7wt％，钒：0.05-0.25wt％，余量为铁和其他杂质。

2.根据权利要求1所述的Cr5型工作辊，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.8-0.95wt％，硅：0.85-1.05wt％，锰：0.25-0.45wt％，磷：≤0.02wt％，硫：≤0.015wt％，镉：5.7-6.1wt％，钼：0.4-0.6wt％，钒：0.1-0.2wt％，余量为铁和其他杂质。

3.根据权利要求1所述的Cr5型工作辊，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：碳：0.9wt％，硅：0.9wt％，锰：0.3wt％，磷：0.01 wt％，硫：0.015wt％，镉：6wt％，钼：0.5wt％，钒：0.15wt％，余量为铁和其他杂质。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的Cr5型工作辊，其特征在于，其他杂质的重量百分比小于等于0.02％，且包含铅、锡、砷、铋。

5.根据权利要求1-4任一项所述的Cr5型工作辊在轧机中用于轧制极薄材料的用途。

6.根据权利要求1-4任一项所述的Cr5型工作辊的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：

3)待完全冷却后将所述金属模具去除，形成坯料；

4)将所述坯料在压机上锻造成型；

5)退火后进行超声波探伤；

6)粗车加工、超声波探伤；

7)半精加工、超声波探伤；

8)淬火；

9)深冷处理；

10)化霜、回火；

11)精加工、二次回火、超声波探伤；

12)检测入库。

7.根据权利要求6所述的Cr5型工作辊的制备方法，其特征在于，在步骤6)之后、步骤7)的半精加工之前还包括调质处理的步骤，保温温度为900-950℃，保温时间为5-10小时。

8.根据权利要求7所述的Cr5型工作辊的制备方法，其特征在于，在调质处理中，保温温度为930℃，保温时间为10小时。

9.根据权利要求7所述的Cr5型工作辊的制备方法，其特征在于，其中步骤8)中所述淬火的温度为960℃；9)中所述的深冷处理其温度为-190至-195℃，保温4-5小时；步骤10)中所述回火温度为100-150℃，时间为90小时；步骤11)中所述二次回火温度为100-120℃，时间为180小时。