CN104593691B - 大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法 - Google Patents

大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法。所述支承辊辊套的化学组分及其质量百分含量为：C 0.40～0.80％，Si 0.20～1.20％，Mn0.20～1.00％，Cr 3.00～8.00％，Mo 0.15～1.50％，V 0.05～0.40％，Ni≤0.80％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述支承辊辊套的制造方法包括炼制钢锭、锻造辊套坯、预备热处理、机加工和最终热处理四个步骤。本发明产品具有优异的抗接触疲劳性能、耐磨性、辊型保持能力，可使复合支承辊可以满足高精度板材的轧制需要，复合支承辊在的工作过程中接触疲劳性能、辊型保持能力、抗机械及热冲击性能明显优于常规支承辊，特别是在可变凸度复合支承辊用套方面性能优异。

Description

大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种辊套及其制造方法，具体的说是一种大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法。
背景技术
轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件。大型锻钢支承辊是一种将巨大的压力通过支承辊的辊颈将轧制力作用到辊身传递到轧件的工具。支承辊在工作过程中要承受很大的轧制应力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂、断带等问题，其工作条件恶劣,长期与工作辊或中间辊接触，容易导致磨损严重、接触应力大，使得支承辊受到巨大疲劳接触应力，容易造成裂纹、粘辊、剥落甚至报废。由于锻钢支承辊在工作过程中所受应力极大，支承辊表面常产生剥离、掉块、磨损等失效形式，因此要求其表面具备相当高的硬度、耐磨性和抗接触疲劳。总之，大型锻钢支承辊不仅要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和机械和热冲击强度，也要有抵抗因弯曲应力、扭转应力和剪切应力引起的开裂和剥落的能力等。
在当前国内外市场上用来制造冷、热轧支承辊的材料主要是Cr3、Cr4和Cr5系列。Cr3系列大多用于小型轧机以及部分装备水平较差的可逆轧机；Cr4系列轧辊大多用于可逆冷、热轧机以及部分大型冷、热轧机；目前Cr5系列是中国锻钢支承辊的主流材质，大多数冷、热连轧机以及单机架可逆冷、热轧机基本全部采用整体常规Cr5系列支承辊。
随着汽车、家电、电子等行业的高速发展，对薄板及硅钢片的质量要求在不断提高，对支承辊的质量要求也越来越高。带材平直度和宽度方向上的厚度均匀性控制，关键在于能够及时补偿板带材轧制时产生的挠度，一般主要借助于原始辊身凸度和弯辊系统来控制，但这些方法效果有限，难于处理带材尺寸和材质变化所引起的挠度变化。
为此国外陆续在板带轧机的支承辊上采用可变凸度装置，简称VC辊系统，装备VC辊的轧机称作为VC轧机。通过实践的摸索和掌握，证明它能够有效的控制板带材板型和辊型，即轧辊凸度可以动态改变。VC轧辊实际上是一种组合式轧辊，在辊芯和辊套之间设有储油室，辊芯通过旋转接头从高性能的液压系统接收高压油来进行辊套辊型调节，当油压连续变化时，就会在辊面上获得连续的凸度变化，实现板形控制。因此，VC轧辊可以极佳的嵌入自动板型控制(AFC)中。VC轧辊生产的核心环节是支承辊辊套的生产。同时，为了节约社会资源，对于支承辊辊身工作层已经使用完的轧辊采用镶套方法进行再利用，既有利于降低生产成本，又有利于将有限的合金资源用在关键部位，提升支承辊使用性能。
随着对支承辊辊套耐磨性、抗接触疲劳能等综合性能要求的不断提高，为得到更高的综合使用性能，不仅要提高支承辊材料合金化水平，也要关注辊套制作过程中的残余应力及组织分布更加合理。目前，支承辊辊套在制造过程中采用常规材质及工艺生产，常规锻造辊套在支承辊生产中用途有限，只能用于制造部分一般用途的小型支承辊，无法满足大型支承辊的使用要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法，该支承辊辊套具有高耐磨性、高接触疲劳性能和高组织稳定性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种大型锻造合金钢支承辊辊套，所述辊套的化学组分及其质量百分含量为：C0.40～0.80％，Si 0.20～1.20％，Mn 0.20～1.00％，Cr 3.00～8.00％，Mo0.15～1.50％，V0.05～0.40％，Ni≤0.80％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的进一步改进在于：所述辊套的化学组分及其质量百分含量为：
C0.40～0.60％，Si 0.60～1.00％，Mn 0.60～1.00％，Cr 4.50～6.00％，Mo0.80～1.40％，V 0.10～0.30％，Ni≤0.80％，P≤0.02％，S≤0.02％。其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的进一步改进在于：所述辊套的表层硬度为55～75HSD，残余压应力分布为-100～-500MPa。
一种大型锻造合金钢支承辊辊套的制造方法，包括以下工艺步骤：
A、炼制钢锭
将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水精炼，钢水精炼完成后，模铸成钢锭；
B、锻造辊套坯
将步骤A制得的钢锭加热至1160～1240℃，保温4～12h，然后锻造制成辊套坯；
C、预备热处理
对辊套坯进行预备热处理，先加热至880～980℃，保温4～10h后吹风冷却至300～450℃；然后进行回火处理，回火温度为600～710℃，回火保温时间8～30h；
D、机加工和最终热处理
将辊套坯进行粗加工，经超声波探伤检验合格之后进行半精加工；对半精加工的辊套表层进行感应加热淬火，淬火温度为980～1100℃，淬火加热时间0.2～1h；然后再将半精加工辊套进行回火处理，回火温度450～550℃，回火保温时间8～12h，然后空冷至室温；最后按所需尺寸对辊套进行精加工，制成大型锻造合金钢支承辊辊套辊套。
本发明的进一步改进在于：所述步骤A中，精炼温度为≥1580℃，精炼时间为4～8h。
本发明的进一步改进在于：所述步骤D中的回火处理重复两次，两次回火保温时间共计15～30h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供了一种大型锻造合金钢支承辊辊套。在辊套的化学组分中，Cr增加了钢的淬透性，提高了钢的硬度和耐磨性而且不会使钢变脆；Mo提高了钢的淬透性、热强性、组织稳定性，防止回火脆性，提高抗接触疲劳性能，增加了钢对变形、开裂和磨损等的抗力。本发明Cr、Mo、V等碳化物形成元素的含量较高，形成的少量细小弥散分布的高硬度碳化物Mo2C、VC赋予了材料良好的热处理工艺性能，基体在高温回火下得到高硬度并具有极高的组织稳定性，保证了大型锻造合金钢支承辊辊套辊具有优异的抗接触疲劳性能、耐磨性、辊型保持能力，因而可使复合支承辊满足高精度板材的轧制需要，复合支承辊在的工作过程中接触疲劳性能、辊型保持能力、抗机械及热冲击性能明显优于常规支承辊，特别是在可变凸度复合支承辊用套方面性能优异。
采用本发明材料制得的辊套，其辊套表层硬度为55～75HSD，内层硬度为35～45HSD具有优异的抗接触疲劳性、耐磨性和高组织稳定性。在事故率较高的轧机上应用，其综合使用性能明显提高；支承辊辊套具有优异的耐磨损性能，在连轧机后架及平整机及VC轧机上应用，提高板带材产品质量和生产效率，大大降低了生产成本，充分利用有限的资源，实现绿色循环发展。
本发明的辊套制造方法为钢锭采用均匀定向快速凝固方式，避免了钢锭凝固不佳，提高了钢锭质量。热处理方法保证了辊套的性能，其淬火、回火的温度和时间，使支承辊辊套具有最佳机械性能和使用性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
一种大型锻造合金钢支承辊辊套，其化学组分及其质量百分含量为：C0.40～0.80％，Si 0.20～1.20％，Mn 0.20～1.00％，Cr 3.00～8.00％，Mo 0.15～1.50％，V 0.05～0.40％，Ni≤0.80％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述化学组分及其质量百分含量可以进一步优选为：C0.40～0.60％，Si0.60～1.00％，Mn 0.60～1.00％，Cr 4.50～6.00％，Mo 0.80～1.40％，V 0.10～0.30％，Ni≤0.80％，P≤0.02％，S≤0.02％。其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例1
一种大型锻造合金钢支承辊辊套，所述辊套的化学组分及其质量百分含量设计目标为：C 0.45～0.55％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～0.80％，Cr 4.80～5.80％，Mo 0.80～1.20％，V0.20～0.30％，Ni≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述辊套的制作方法包括以下工艺步骤：
A、炼制钢锭
将所需原料在电弧炉中进行初步冶炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中，开始对钢水进行精炼，LF精炼温度为1600～1800℃，精炼时间6h。当钢水精炼完毕后，采用模铸形式浇注成钢锭。
对钢锭进行化学组分分析，得到钢锭的化学组分及其质量百分含量为：C0.51％，Si 0.60％，Mn 0.72％，Cr 5.2％，Mo 0.90％，V 0.22％，P 0.02％，S 0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
B、锻造辊套坯
将步骤A得到的钢锭加热至1230℃，保温6h后出炉；然后将钢锭锻造成辊套坯。
C、预备热处理
将辊套坯先加热至980℃，保温4h后吹风冷却360℃；，然后进行回火处理，回火温度为650℃，回火保温时间16h。
D、机加工和最终热处理
将辊套坯按照要求的尺寸先进行机械粗加工，通过超声波探伤检验合格之后进行半精加工，然后利用感应淬火机床对半精加工的辊套表层进行感应淬火，淬火温度为1010℃，淬火加热时间0.5h。淬火完成后对半精加工的辊套进行回火处理，回火处理共进行两次；一次回火温度为500℃，一次回火保温时间为12h，然后空冷至室温；二次回火温度为480℃，二次回火保温时间为10h；两次回火处理的保温时间共计22h。
回火完成后，按照交货尺寸要求进行精加工，制得最终要求的大型锻造合金钢支承辊辊套。
实施例2
实施例2中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中大型锻造合金钢支承辊辊套的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：
C 0.40～0.50％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～0.80％，Cr 4.80～5.80％，Mo0.80～1.20％，V 0.20～0.30％，Ni≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
经过对钢锭进行化学组分分析，钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C0.45％，Si 0.65％，Mn 0.7％，Cr 4.8％，Mo 1.2％，V 0.25％，Ni 0.2％，P 0.014％，S 0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤D中的淬火温度为1030℃，淬火时间为0.6h；一次回火温度为550℃，一次回火保温时间为10h；二次回火温度为530℃，二次回火保温时间为12h。
实施例3
实施例3中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中大型锻造合金钢支承辊辊套的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：
C 0.40～0.50％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～0.80％，Cr 4.8～5.80％，Mo 0.20～0.6％，V 0.08～0.12％，Ni≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
经过对钢锭进行化学组分分析，钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C0.48％，Si 0.57％，Mn 0.62％，Cr 4.8％，Mo 0.3％，V 0.09％，Ni 0.4％，P 0.01％，S 0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤D中的淬火温度为980℃，淬火时间为0.4h；一次回火温度为480℃，一次回火保温时间为12h；二次回火温度为500℃，二次回火保温时间为16h。
实施例4
实施例4中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中大型锻造合金钢支承辊辊套的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：
C 0.45～0.60％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.60～0.80％，Cr 4.50～5.50％，Mo0.40～0.80％，V 0.05～0.15％，Ni≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
经过对钢锭进行化学组分分析，钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C0.58％，Si 0.20％，Mn 0.76％，Cr 4.77％，Mo0.55％，V 0.08％，Ni 0.02％，P 0.016％，S0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤D中的淬火温度为990℃，淬火时间为0.7h；一次回火温度为510℃，一次回火保温时间为8h；二次回火温度为520℃，二次回火保温时间为10h。
实施例5
实施例5中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中大型锻造合金钢支承辊辊套的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：
C 0.40～0.50％，Si 0.50～0.70％，Mn 0.60～0.80％，Cr 5.00～6.80％，Mo0.80～1.20％，V 0.20～0.30％，Ni≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
经过对钢锭进行化学组分分析，钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C0.49％，Si 0.62％，Mn 0.72％，Cr 6.6％，Mo 1.10％，V 0.25％，Ni 0.25％，P 0.011％，S0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤D中的淬火温度为1080℃，淬火时间为0.4h；一次回火温度为540℃，一次回火保温时间为8h；二次回火温度为520℃，二次回火保温时间为12h。
将实施例1～实施例5制备的大型锻造合金钢支承辊辊套进行性能检测，并与传统的支承辊辊套进行对比，检测数据见表1。
所述性能检测包括超声波探伤检测、表面硬度检测、金相组织检测和残余应力检测。超声波探伤检测执行国家标准GB/T1503-2008；表面硬度检测使用专用的轧辊肖氏硬度计；金相组织检测为回火马氏体；残余应力用X射线衍射仪检测。
表1 大型锻造合金钢支承辊辊套性能测试结果
通过以上数据可以看出，与常规辊套相比，本发明的大型锻造合金钢支承辊辊套明显具有更高的表面硬度并实现工作层残余压应力分布，显著提高辊套的耐磨性能和接触疲劳性能。在工作过程中，本发明产品的机械及抗热冲击性能更好，接触抗疲劳性能更高并延长了支承辊的使用寿命，无需再频繁更换支承辊，加快了生产进度，降低了生产成本。

Claims (4)

1.一种大型锻造合金钢支承辊辊套，其特征在于：所述辊套的化学组分及其质量百分含量为：
C 0.40~0.80%，Si 0.60～1.00%，Mn 0.20~1.00%，Cr 4.50~6.00%，Mo 0.15~1.50%，V0.05~0.40%，Ni ≤0.40%，P ≤0.02%，S ≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质；
大型锻造合金钢支承辊辊套的制造方法，包括以下工艺步骤：
A、炼制钢锭
将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水精炼，钢水精炼完成后，模铸成钢锭；
B、锻造辊套坯
将步骤A制得的钢锭加热至1160~1240℃，保温4~12h，然后锻造制成辊套坯；
C、预备热处理
对辊套坯进行预备热处理，先加热至880~980℃，保温4~10h后吹风冷却至300~450℃；然后进行回火处理，回火温度为600~710℃，回火保温时间8~30h；
D、机加工和最终热处理
将辊套坯进行粗加工，经超声波探伤检验合格之后进行半精加工；对半精加工的辊套表层进行感应加热淬火，淬火温度为980~1100℃，淬火加热时间0.2~1h；然后再将半精加工辊套进行回火处理，回火温度450~550℃，回火保温时间8~12h，然后空冷至室温；最后按所需尺寸对辊套进行精加工，制成大型锻造合金钢支承辊辊套。
2.根据权利要求1所述的大型锻造合金钢支承辊辊套，其特征在于：所述辊套的表层硬度为55~75HSD，残余压应力分布为-100~ -500MPa。
3.根据权利要求1所述的大型锻造合金钢支承辊辊套，其特征在于：所述步骤A中，精炼温度为≥1580℃，精炼时间为4~8h。
4.根据权利要求1所述的大型锻造合金钢支承辊辊套，其特征在于：所述步骤D中的回火处理重复两次，两次回火保温时间共计18~30h。
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