CN104928594B

CN104928594B - 具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法

Info

Publication number: CN104928594B
Application number: CN201510284728.6A
Authority: CN
Inventors: 杨昱东; 党坤会; 田兴飞
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN104928594A

Abstract

本发明公开了一种具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，辊套的化学组分及重量百分含量为：C 0.25～0.35；Si 0.20～0.80；Mn 0.30～0.70；Cr 2.80～3.80；Mo1.20～2.00；V 0.10～0.30；Ni 0.05～0.50；Nb 0.05～0.50；S≤0.015；P≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质；还公开了辊套的制造方法，包括炼制钢材、锻造辊套毛坯、对毛坯进行性能热处理和回火处理等工艺步骤；本发明的辊套具有良好的导热性、较高的高温强度、较高的抗热疲劳性能，从而延长铸轧辊套在机轧制时间，降低铸轧成本。

Description

具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铸轧辊套及其制造方法，尤其是一种铝铸轧辊套及其制造方法。

背景技术

铝铸轧过程是把熔融铝液通过铸嘴浇入一对转向相反、内部通冷却水的铸轧辊之间，在这对辊缝中完成浇铸、冷却、结晶、凝固、轧制和出坯等一系列的工艺过程。铝铸轧轧辊通常采用中部为辊芯、外层为辊套、中间通冷却液的复合式结构。

在铸轧过程中，铸轧辊套辊面与铝液接触，内部通过冷却液进行强制冷却，铸轧辊套既要承受铝液凝固而作用于辊面上的热应力，又要承受对凝固坯热加工所引起的金属变形抗力。由于恶劣的工作条件，铸轧辊套表面容易产生热裂纹，铸轧辊套使用寿命较短，如果冷却系统发生故障或因立板时轧辊预热不好等问题，将会使热应力的影响更为严重。同时，铝铸轧辊制造工序复杂，加工周期长，且价格昂贵。因此，如何延长铸轧辊的使用寿命，降低铸轧生产成本，是铝加工业很重视的课题。

由于传统材质32Cr3Mo1V、PCrNi3Mo受制造水平及合金成分限制，使用寿命为3000～5000吨。随着铸轧铝后道轧制工序产品升级及轧制要求更严，合金更高、铸轧铝板更薄、立板次数更多及轧制冲击力更大，导致现有材质辊套主要失效形式为龟裂纹、局部辊面塌陷、辊套断裂等，所以需分析缺陷产生的主要原因、确定产品性能的关键参数，具体分析如下：

1、辊套在使用过程中经受周期性载荷和热应力作用，经过一定时间后引起表面疲劳而产生的微裂纹，随着疲劳积累，裂纹不断延伸，并向内部深层拓展，严重时表面形成网状裂纹，故要求辊套具备较高的冷热疲劳寿命，确定研究冷热疲劳性能及裂纹扩展速率。

2、轧制中存在立板不成功现象，主要为操作原因及辊套本身导热速度慢，同时导热速度影响到轧制速度，因此确定研究热导率。

3、辊套表面塌陷，主要为装配应力及材料本身特点造成，对材料本身来言，长时间的高温作用导致蠕变，如何降低蠕变可能性，需选取耐热钢及提高钢本身的高温强度，同时由于辊套内部存在较大的温度差，辊套内部产生变形量，产生较大应力，需研究高温强度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套及其制造方法，该辊套具有较大的高温强度及较好的抗热疲劳性能，能够减少热疲劳裂纹的产生及扩张，延长铸轧辊套的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，所述辊套的化学组分及重量百分含量为：C0.25～0.35；Si 0.20～0.80；Mn 0.30～0.70；Cr 2.80～3.80；Mo 1.20～2.00；V0.10～0.30；Ni 0.05～0.50；Nb 0.05～0.50；S≤0.015；P≤0.015；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重量百分含量为：C0.25～0.35；Si 0.28～0.56；Mn 0.35～0.52；Cr 2.88～3.52；Mo 1.25～1.80；V 0.12～0.28；Ni0.10～0.17；Nb 0.15～0.34；S≤0.015；P≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的进一步改进在于：所述辊套的表面硬度为380HB～460HB。

本发明还公开了所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，包括下列工艺步骤：

①炼制钢材，配制钢材原料，采用电弧炉进行初步熔炼，再用LF/VD精炼炉进行钢水精炼，冶炼过程按照各化学组分及含量添加微量元素进行微合金化处理，浇铸制得钢锭；

②锻造辊套毛坯，对钢锭加热到锻造温度后进行锻造，车削加工成辊套毛坯；

③对毛坯进行性能热处理，在淬火温度下对毛坯进行加热，保温一定时间后进行水淬；

④对性能热处理后的毛坯进行回火处理。

本发明的进一步改进在于：所述步骤①中的初步熔炼温度为1600～1650℃，钢水精炼温度为1590～1630℃，浇注温度为1530～1550℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤②中的锻造温度为1200～1260℃。

本发明的进一步改进在于：所述步骤③中的淬火温度为880～930℃，保温时间为3～6小时。

本发明的进一步改进在于：所述步骤中④中回火温度为600～650℃，回火时间为10～18小时。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，具有良好的导热性，从而尽可能地减小热应力；具有较高的高温强度，能抵抗高温变形；具有较高的抗热疲劳性能，减少热疲劳裂纹产生及扩展，延长铸轧辊套使用寿命，从而延长铸轧辊套在机轧制时间，降低铸轧成本。经生产实践证明，在使用条件和承受载荷相同的情况下，本发明的辊套能够经受周期性载荷和热应力作用，使用寿命比原有普通铸轧辊套提高了50％以上。

本发明的铝铸轧辊套的化学组分中，优化合金配比，C的含量为0.25～0.35，能够提高基体的强度和硬度；Si的含量为0.20～0.80，优选0.28～0.56，能够提高基体强度和回火稳定性；Mn的含量为0.30～0.70，优选0.35～0.52，能够提高基体强度；Cr的含量为2.80～3.80，优选2.88～3.52，能够提高基体的淬透性和耐磨性；Mo的含量为1.20～2.00，优选1.25～1.80，能够提高基体组织的热稳定性；V的含量为0.10～0.30，优选0.12～0.28，能够提高基体耐磨性并且能够细化晶粒；Ni的含量为0.05～0.50，优选0.10～0.17，能够提高淬透性和韧性；Nb的含量0.05～0.50，优选0.15～0.34，能够细化组织晶粒度同时使合金变质；通过各组分间的相互协调与配合，本发明的铝铸轧辊套具有的优点为：具有较高的常温机械性能、高温强度和细小的晶粒度和金相组织。

本发明的铝铸轧辊套在制造工艺上，通过电弧炉进行初步熔炼及LF/VD精炼炉进行钢水精炼，提高钢水的纯净度，以提高材料的抗疲劳性能；通过微合金化处理，细化晶粒，经过适当的热处理后得到细小的索氏体组织和弥散的碳化物颗粒，使辊套塑性和强韧性合理匹配。同时，具有较高的高温强度，检测600℃下材料的高温强度，新材质较32Cr3Mo1V高温强度提高21.2％。本发明的机械性能要求和热处理方法保证了铸轧辊套具有高的热疲劳性能，其淬火、回火的温度和时间，也是使本发明的材料具有最佳性能的合理选择。本发明制得的轧辊套具有较高的常温机械性能、高温强度和细小的晶粒度。

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：

具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，辊套的化学组分及重量百分含量为：

C 0.25～0.35；Si 0.20～0.80；Mn 0.30～0.70；Cr 2.80～3.80；Mo 1.20～2.00；V0.10～0.30；Ni 0.05～0.50；Nb 0.05～0.50；S≤0.015；P≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质。

辊套的化学组分及重量百分含量进一步优选为：

C 0.25～0.35；Si 0.28～0.56；Mn 0.35～0.52；Cr 2.88～3.52；Mo1.25～1.80；V0.12～0.28；Ni 0.10～0.17；Nb 0.15～0.34；S≤0.015；P≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质。

辊套的表面硬度为380HB～460HB。

具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，包括下列工艺步骤：

①炼制钢材，配制钢材原料，采用电弧炉进行初步熔炼，再用LF/VD精炼炉进行钢水精炼，冶炼过程按照各化学组分及含量添加微量元素进行微合金化处理，浇铸制得钢锭；初步熔炼温度为1600～1650℃，钢水精炼温度为1590～1630℃，浇注温度为1530～1550℃。

②锻造辊套毛坯，对钢锭加热到锻造温度后进行锻造，车削加工成辊套毛坯；锻造温度为1200～1260℃。

③对毛坯进行性能热处理，在淬火温度下对毛坯进行加热，保温一定时间后进行水淬；淬火温度为880～930℃，保温时间为3～6小时。

④对性能热处理后的毛坯进行回火处理；回火温度为600～650℃，回火时间为10～18小时。

高温强度的测试方法：利用Gleeble3500对取样大小为15*15*140mm的标准试样棒进行600℃真空下拉伸试验，每秒0.001的应变速率进行拉伸。

实施例1

本实施例的铝铸轧辊套的制造方法包括以下步骤:

①炼制钢材，配制钢材原料，采用电弧炉进行初步熔炼，再用LF/VD精炼炉进行钢水精炼，冶炼过程按照各化学组分及含量添加微量元素进行微合金化处理，浇铸制得钢锭；初步熔炼温度为1630℃，钢水精炼温度为1600℃，浇注温度为1550℃。

经最终化验，本实施例的铸轧辊套的材质中的化学组分及含量如下表(表中单位为wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。)：

C	Si	Mn	Cr	Mo	V	Ni	Nb	P	S
										0.29	0.32	0.40	2.93	1.40	0.18	0.11	0.20	0.010	0.005

②锻造辊套毛坯，对钢锭加热到锻造温度后进行锻造，车削加工成辊套毛坯；锻造温度为1250℃，锻造时的压下量为20％，进砧量为300mm。

③对毛坯进行性能热处理，在淬火温度下对毛坯进行加热，保温一定时间后进行水淬；淬火温度为900℃，保温时间为4小时。

④对性能热处理后的毛坯进行回火处理；回火温度为600℃，回火时间为10小时。

通过上述处理后，用专用的硬度计测定，测得本实施例的铸轧辊套的表面硬度为390HB-412HB。

实施例2-实施例8

各实施例的制造方法工艺步骤与实施例1基本相同，不同之处见下表。

Claims

1.具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述辊套的化学组分及重量百分含量为：

C 0.25～0.35；Si 0.20～0.80；Mn 0.30～0.70；Cr 2.80～3.80；Mo 1.20～2.00；V0.10～0.30；Ni 0.05～0.50；Nb 0.05～0.50；S ≤0.015；P ≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质；

包括下列工艺步骤：

④对性能热处理后的毛坯进行回火处理，回火温度为620～635℃，回火时间为10～18小时。

2.根据权利要求1所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述辊套的化学组分及重量百分含量为：

C 0.25～0.35；Si 0.28～0.56；Mn 0.35～0.52；Cr 2.88～3.52；Mo 1.25～1.80；V0.12～0.28；Ni 0.10～0.17；Nb 0.15～0.34；S ≤0.015；P ≤0.015；其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2任一项所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述辊套的表面硬度为380HB～460HB。

4.根据权利要求1所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述步骤①中的初步熔炼温度为1600～1650℃，钢水精炼温度为1590～1630℃，浇注温度为1530～1550℃。

5.根据权利要求1所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述步骤②中的锻造温度为1200～1260℃。

6.根据权利要求1所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，其特征在于：所述步骤③中的淬火温度为880～930℃，保温时间为3～6小时。