CN104630637A

CN104630637A - 低合金高速钢冷轧工作辊及其制造方法

Info

Publication number: CN104630637A
Application number: CN201510048666.9A
Authority: CN
Inventors: 胡现龙; 陈伟; 罗昌; 张青; 兰勇; 侯兴慧
Original assignee: BAOGANG ROLLER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BAOGANG ROLLER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: CN104630637B

Abstract

本发明公开了一种低合金高速钢冷轧工作辊及其制造方法，其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～1.00%、硅0.50～1.00%、锰0.30～0.70%、铬7.00～10.00%、钼1.50～3.00%、钒0.40～0.70%、镍≤0.30%、磷≤0.025%、硫≤0.010%、其余为铁和不可避免的杂质；其中铬+钼：8.50～11.50%。其制造方法包括冶炼和锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理；其中预备热处理采用700～720℃的回火，最终热处理采用1060～1080℃的表面淬火。本发明的低合金高速钢冷轧工作辊在具有高耐磨性、高粗糙度保持能力的同时，成本较低，尤其是具有较好的可磨削性。

Description

低合金高速钢冷轧工作辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧工作辊及其制造方法，具体涉及一种低合金高速钢冷轧工作辊及其制造方法。

背景技术

硅钢指的是含硅量为0.5%～4.5%的极低碳硅铁合金，因结构和用途不同而被分为无取向硅钢和取向硅钢。硅钢主要用作各种电机、发电机、压缩机、马达和变压器的铁心，是电力、家电等行业不可或缺的原材料产品。

硅钢片分冷轧和热轧两种，使用较多的是冷轧硅钢片。冷轧硅钢片沿轧制方向有优良的磁性能，不仅在强磁场中具有高饱和磁通密度和低铁损，而且在弱磁场中也有良好的磁性。这是由于冷轧工艺过程使钢片中杂质含量降低，并在钢片中造成粗大晶粒，致使磁导率增大，磁滞损耗减小。

但是，冷轧硅钢片的变形抗力较大，在生产过程中往往容易发生断带、打滑、粘钢等热冲击事故，导致与板面直接接触的工作辊发生剥落，造成轧机停机。此外，冷轧硅钢片对工作辊的粗糙度要求较高，当工作辊粗糙度下降至一定程度时必须更换。

目前，冷轧工作辊的主流材质是3%Cr和5%Cr，由于受到其主要合金元素含量和元素配比的影响，在热处理过程中通常采用低温回火（100～200℃）的工艺来满足轧辊工作层的硬度。但轧辊在轧机上遭受到的热冲击事故往往在300℃以上，轧辊极易遭受热冲击事故从而引发轧辊失效。而且形成的碳化物耐磨性较低，在连轧机轧制硅钢过程中轧辊粗糙度衰减过快，往往还未到换辊周期就会由于粗糙度不足而更换轧辊，从而降低轧制效率。

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可以制造高温轴承和冷挤压模具等。高速钢的含碳量一般在0.70～1.65%之间，而合金元素含量较多，一般在10～25%之间，其中合金元素含量在15%以下的可称为低合金高速钢，而合金元素含量在20%以上的可称为高合金高速钢。

高速钢通常根据所含合金元素不同可分为：（1）钨系高速钢，含钨量为9～18%；（2）钨钼系高速钢，含钨量5～12%，含钼量2～6%；（3）高钼系高速钢，含钨量0～2%，含钼量5～10%；（4）钒系高速钢，含钒量1～5%；（5）钴系高速钢，含钴量5～10%。

中国专利文献CN103409688A公开了一种大型锻造高速钢冷轧辊及其制造方法，该冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C0.90～1.20%，Si0.20～1.20%，Mn0.20～1.00%，Cr6.00～12.00%，Mo2.00～5.00%，V1.00～4.00%，W0.80～2.00%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。该冷轧辊属于钒高速钢。该冷轧辊的制造方法包括炼制钢锭、锻造钢坯、预备热处理、机加工以及最终热处理。其中预备热处理是先加热至1030℃保温后吹风冷却；再加热至820℃保温后空冷，最后进行回火处理，回火温度为650℃。最终热处理的淬火温度为1100～1180℃，回火温度为450～550℃，回火次数可以为三次。该冷轧辊的辊身表层硬度为88～96HSD，具有优异的耐磨性、高粗糙度保持能力和高组织稳定性。但是仍然存在以下不足：（1）合金元素含量在18%以上，尤其是Cr+Mo含量在12%以上，从而使得成本较高。（2）可磨削性不佳。

发明内容

本发明的目的之一在于解决上述问题，提供一种在具有高耐磨性、高粗糙度保持能力的同时，成本较低、可磨削性较好的低合金高速钢冷轧工作辊。

本发明的另一目的在于提供上述低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种低合金高速钢冷轧工作辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～1.00%、硅0.50～1.00%、锰0.30～0.70%、铬7.00～10.00%、钼1.50～3.00%、钒0.40～0.70%、镍≤0.30%、磷≤0.025%、硫≤0.010%、其余为铁和不可避免的杂质；其中铬+钼：8.50～11.50%。

进一步地，铬优选为7.50～9.20%，钼优选为1.80～2.50%，铬+钼优选为：10.00～11.00%。

更进一步地，铬更优选为8.30%，钼更优选为2.20%。

实现本发明另一目的的技术方案是：上述低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法，包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理。

预备热处理除了需要满足轧辊辊颈的表面硬度、耐磨性以及机械性能，更需要为最终热处理进行组织准备，为了获得均匀的调质组织和表面硬度，同时又能有效的避免开裂，本发明通过细致复杂的实验，最终确定预备热处理工艺如下：（1）调质淬火采用高温箱式炉加热，温度达到1000～1050℃，并控制温度均匀性在±5℃以内，这样可充分溶解合金碳化。（2）冷却方式采用分阶段循环式风冷，有效的控制冷却速度，从而避免开裂，进而获得均匀的表面淬火组织。（3）预备热处理最关键的在于采用700～720℃的高温回火，优选710℃的高温回火。这样在保证辊颈硬度的基础上，不但充分释放淬火应力，而且可获得均匀的回火索氏体组织。

最终热处理是满足轧辊使用性能的最关键的工序，为了获得较高的轧辊表面硬度、均匀的回火马氏体组织、较低的残余压应力，本发明通过细致复杂的实验，结合上述预备热处理，最终确定最终热处理工艺如下：（1）采用高温连续感应表面淬火，关键在于：淬火温度为1060～1080℃，优选1070℃。另外，考虑到淬火温度较高，为了防止感应圈过大震动导致淬火中断，采用一种用M12螺栓固定的、具有四个进水口和四个出水口的高强度加强型感应圈，从而有效控制了高温时感应圈的震动，保证了连续加热温度的均匀性。（2）采用500～550℃的回火温度，且进行2～4次回火，从而获得辊面均匀的回火马氏体组织。

本发明具有的积极效果：（1）本发明的低合金高速钢冷轧工作辊的表面硬度可达90～95HSD，粗糙度衰减值≤0.2，辊身表面残余应力（绝对值）≤550MPa，因此，具有与高速钢冷轧工作辊一样的高耐磨性、高粗糙度保持能力以及强抗事故性。（2）本发明的低合金高速钢冷轧工作辊的事故辊磨削量≤1mm，维护平均磨削量≤0.2mm，维护平均磨削时间≤2.0h/次，因此，还具有较好的可磨削性，不会降低生产效率和使用维护效率。

具体实施方式

（实施例1）

本实施例的低合金高速钢冷轧工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.90%、硅0.60%、锰0.50%、铬8.30%、钼2.20%、钒0.50%、镍0.15%、磷0.010%、硫0.005%、其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例的低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法如下：

①按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯。

②预备热处理：先采用高温箱式炉加热到1020±5℃进行调质淬火处理；然后采用分阶段循环式风冷；最后进行回火处理，回火温度为710℃。

③最终热处理：采用高温连续感应表面淬火处理，淬火温度为1070℃，并且采用一种用M12螺栓固定的、具有四个进水口和四个出水口的高强度加强型感应圈；然后进行回火处理，回火温度为530℃，回火处理重复3次，总时间约90h。

本实施例的低合金高速钢冷轧工作辊的相关性能参数见表1。

（实施例2～实施例5）

各实施例与实施例1基本相同，不同之处见表1。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						碳	0.90%	0.85%	0.95%	0.90%	0.90%
硅	0.60%	0.75%	0.55%	0.60%	0.60%
						锰	0.50%	0.45%	0.65%	0.50%	0.50%
铬	8.30%	8.30%	8.30%	7.50%	9.20%
						钼	2.20%	2.20%	2.20%	2.50%	1.80%
钒	0.50%	0.60%	0.40%	0.50%	0.50%
						镍	0.15%	0.15%	0.15%	0.15%	0.15%
磷	0.010%	0.010%	0.010%	0.010%	0.010%
						硫	0.005%	0.005%	0.005%	0.005%	0.005%
调质淬火温度	1020±5℃	1045±5℃	1025±5℃	1005±5℃	1030±5℃
						回火温度	710℃	700℃	720℃	700℃	710℃
表面淬火温度	1070℃	1080℃	1060℃	1080℃	1070℃
						回火温度	530℃	500℃	530℃	550℃	520℃
表面硬度	95HSD	92HSD	90HSD	93HSD	95HSD
						粗糙度衰减值	0.1	0.1	0.2	0.1	0.2
辊身表面残余应力	-450MPa	-520MPa	-550MPa	-500MPa	-470MPa
						事故辊磨削量	1mm	1mm	1mm	1mm	1mm
维护平均磨削量	0.15mm	0.16mm	0.17mm	0.16mm	0.17mm
						维护平均磨削时间	1.5h/次	1.8h/次	2.0h/次	1.8h/次	2.0h/次

（对比例1～对比例5）

对比例1～对比例5分别为中国专利文献CN103409688A实施例1～实施例5的冷轧工作辊，各冷轧工作辊的相关性能参数见表2。

表2

Claims

1.一种低合金高速钢冷轧工作辊，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～1.00%、硅0.50～1.00%、锰0.30～0.70%、铬7.00～10.00%、钼1.50～3.00%、钒0.40～0.70%、镍≤0.30%、磷≤0.025%、硫≤0.010%、其余为铁和不可避免的杂质；

其中铬+钼：8.50～11.50%。

2.根据权利要求1所述的低合金高速钢冷轧工作辊，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～1.00%、硅0.50～1.00%、锰0.30～0.70%、铬7.50～9.20%、钼1.80～2.50%、钒0.40～0.70%、镍≤0.30%、磷≤0.025%、硫≤0.010%、其余为铁和不可避免的杂质；

其中铬+钼：10.00～11.00%。

3.根据权利要求2所述的低合金高速钢冷轧工作辊，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～1.00%、硅0.50～1.00%、锰0.30～0.70%、铬8.30%、钼2.20%、钒0.40～0.70%、镍≤0.30%、磷≤0.025%、硫≤0.010%、其余为铁和不可避免的杂质。

4.权利要求1至3之一所述的低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法，包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理；其特征在于：

所述预备热处理采用1000～1050℃的调质淬火处理以及700～720℃的回火处理；

所述最终热处理采用1060～1080℃的表面淬火处理以及500～550℃的回火处理。

5.权利要求4所述的低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法，其特征在于：所述预备热处理采用710℃的回火处理。

6.权利要求4所述的低合金高速钢冷轧工作辊的制造方法，其特征在于：所述最终热处理采用1070℃的表面淬火处理。