CN106435370A - 冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法 - Google Patents

冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.80～0.90%；硅0.20～0.45%；锰0.15～0.40%；铬3.55～3.70%；钼4.25～4.40%；钒1.50～1.70%；钨5.30～5.45%；磷≤0.030%；硫≤0.030%；其余为铁和不可避免的杂质。该冷轧高强汽车板专用高速钢轧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；所述最终热处理包括采用保护气氛炉通过亚温淬火+油冷以及两次回火处理。本发明的高速钢轧辊整体硬度≥64HRC，且具有较高的耐磨性和良好的抗事故性，能够满足高强钢和超高强钢的轧制工况要求。

Description

冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法
技术领域
本发明属于高速钢轧辊技术领域，具体涉及一种冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法。
背景技术
高强钢通常是指屈服强度在210MPa以上的钢材，其中屈服强度超过550MPa的又称为超高强钢。高强钢和超高强钢是既能保证汽车轻量化、又能提升汽车安全性的现代汽车制造材料，随着汽车保有量的持续增长，高强钢的需求也呈大幅上升趋势。
相对于普通钢材，高强钢中的合金元素种类多、含量高，轧制过程中变形抗力大，因此其对轧辊的综合性能要求也较高，通常要求其整体硬度≥64HRC，且具有较高的耐磨性和良好的抗事故性。而目前常规用于多辊轧机工作辊的Cr12MoVCo、D2以及X63CrMoV51等材质已难以满足高强钢和超高强钢的轧制工况要求。
W6Mo5Cr4V2材质的高速钢（也即M2高速钢）的化学成分及重量百分比如下：碳0.80～0.90%；硅0.20～0.45%；锰0.15～0.40%；铬3.80～4.40%；钼4.50～5.50%；钒1.75～2.20%；钨5.50～6.75%；磷≤0.030%；硫≤0.030%；其余为铁和不可避免的杂质；其整体硬度可达63～66HRC，抗弯强度可达3.5～4.0GPa，冲击韧性可达0.30～0.40MJ/m2。
但是，对于诸如M2高速钢的钨钼系高速钢而言，由于其C含量高且含有较多Mo、W、V等合金元素，为了满足其轧辊的技术要求，热处理工艺一般都是采用盐浴炉分级淬火，淬火加热温度要求在1220～1240℃，然后再在500～550℃进行分级淬火，最后在550℃左右回火三次。该热处理工艺虽然能够保证所制得的高速钢轧辊整体硬度≥64HRC且具有较高的耐磨性，但是仍然存在以下缺点：（1）盐浴炉能耗较高，且对人体和环境均有害，属于待淘汰设备；（2）淬火加热温度较高，导致轧辊辊身晶粒组织较为粗大，从而影响轧辊的抗事故性；（3）普通高速钢轧辊盐浴炉分级淬火过程中易出现开裂或硬度难以满足要求的现象。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种既能够满足高强钢和超高强钢的轧制工况要求，又能够避免开裂且不影响抗事故性，尤其是对人体和环境友好的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊及其制造方法。
实现本发明上述目的的技术方案是：一种冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.80～0.90%；硅0.20～0.45%；锰0.15～0.40%；铬3.55～3.70%；钼4.25～4.40%；钒1.50～1.70%；钨5.30～5.45%；磷≤0.030%；硫≤0.030%；其余为铁和不可避免的杂质。
上述冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，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；所述最终热处理包括采用保护气氛炉通过亚温淬火+油冷以及两次回火处理。
上述亚温淬火+油冷以及两次回火处理是本发明的高速钢轧辊制造过程中的关键工序，也是制造过程中难度最大、风险最大、技术含量最高的工序。所谓“亚温”是相对于盐浴炉淬火加热温度而言的，也即要求低于1220～1240℃，具体而言是1100～1160℃；若淬火加热温度低于1100℃的话，则会造成轧辊硬度偏低；若淬火加热温度高于1160℃的话，则在油冷过程中轧辊易出现开裂。另外，由于高速钢的导热性差，为了避免轧辊内外温差较大而造成变形或开裂，在亚温淬火前需要进行两次预热，第一次预热的温度为400～450℃，第二次预热的温度为800～850℃。淬火加热到时间后采用淬火油冷却，轧辊出油时表面的温度控制在150～250℃。出油后需及时进行两次回火，两次回火的温度为510～540℃，及时有效的两次回火，既稳定整体淬火后由表及里的组织，又能减少残余奥氏体以及残余应力，避免开裂。
上述最终热处理之前还包括半精加工，加工要求为：辊身粗糙度Ra≤3.2，所有尖角加工为R2以上的圆角，采用球状中心孔确保轧辊内部无尖角。
上述最终热处理之后还包括精加工，加工要求为：精车时采用立方氮化硼刀具，对轧辊的表面，尤其是对中心孔进行加工以去除其脱碳层；磨削时采用刚玉陶瓷砂轮，半精磨进刀量控制在0.02～0.04mm，精磨进刀量控制在0.01mm，防止磨削热变形及开裂。
为了消除亚温淬火后机械加工应力和整体淬火后的残余应力，在上述精加工之前需要及时除应力，除应力的温度为350～450℃。
本发明具有的积极效果：（1）本发明一方面通过降低M2高速钢中钨、钼、铬、钒等合金元素的含量，另一方面以1100～1160℃的亚温淬火+油冷以及两次510～540℃的回火处理与之相匹配，该热处理工艺能最大限度的发挥合金元素的作用，从而不仅能够使得所制得的高速钢轧辊整体硬度≥64HRC，而且还能避免了因冷却速度过快而造成的开裂失效现象，又由于淬火温度较低，可以获得细小的晶粒度和优异的硬度均匀性，有效地增加了轧辊的抗事故性，能够满足高强钢和超高强钢的轧制工况要求。（2）本发明的亚温淬火是在保护气氛炉中进行的，而回火是在箱式炉中进行的，相比于对人体和环境有害、高耗能的盐浴炉，本发明更为绿色环保。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.86%；硅0.35%；锰0.28%；铬3.62%；钼4.34%；钒1.61%；钨5.38%；磷≤0.030%；硫≤0.030%；其余为铁和不可避免的杂质。
该冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法如下：
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：600℃保温4h，直接升温到900℃保温9h，再以40℃/h的速度降温至700℃，保温12h后再炉冷到500℃出炉。
③半精加工，加工要求为：辊身粗糙度Ra≤3.2，所有尖角加工为R2以上的圆角，采用球状中心孔确保轧辊内部无尖角。
④最终热处理：先在保护气氛炉中进行两次预热，第一次预热的温度为425℃，第二次预热的温度为825℃；然后直接加热到1130℃；到时间后采用淬火油冷却，轧辊出油时表面的温度控制在200℃；出油后及时在箱式炉中进行两次回火，温度为525℃。
⑤在400℃的温度下进行除应力。
⑥精加工，加工要求为：精车时采用立方氮化硼刀具，对轧辊的表面，尤其是对中心孔进行加工以去除其脱碳层；磨削时采用刚玉陶瓷砂轮，半精磨进刀量控制在0.03mm，精磨进刀量控制在0.01mm，防止磨削热变形及开裂。
本实施例制得的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的相关性能参数见表1。
（实施例2～实施例5）
各实施例的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的化学成分及重量百分比以及制造方法与实施例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
C 0.86% 0.88% 0.80% 0.90% 0.85%
Si 0.35% 0.38% 0.22% 0.43% 0.32%
Mn 0.28% 0.30% 0.15% 0.40% 0.28%
Cr 3.62% 3.70% 3.58% 3.55% 3.65%
Mo 4.34% 4.38% 4.40% 4.30% 4.25%
V 1.61% 1.50% 1.67% 1.70% 1.55%
W 5.38% 5.34% 5.30% 5.41% 5.45%
P ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030%
S ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030% ≤0.030%
第一次预热温度 425℃ 410℃ 450℃ 400℃ 440℃
第二次预热温度 825℃ 840℃ 810℃ 850℃ 800℃
淬火加热温度 1130℃ 1100℃ 1145℃ 1115℃ 1160℃
轧辊出油表面温度 200℃ 250℃ 150℃ 225℃ 175℃
两次回火温度 525℃ 515℃ 540℃ 510℃ 535℃
除应力温度 400℃ 350℃ 425℃ 375℃ 450℃
整体硬度 65.1HRC 64.5HRC 64.1HRC 64.7HRC 64.2HRC
磨损率 1.81×10-3 mm3/m 1.93×10-3 mm3/m 1.95×10-3 mm3/m 1.88×10-3 mm3/m 1.95×10-3 mm3/m
无缺口试样室温冲击韧性 13.9J 14.3J 14.8J 14.2J 14.8J

Claims (7)

1.一种冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊，其特征在于其化学成分及重量百分比如下：碳0.80～0.90%；硅0.20～0.45%；锰0.15～0.40%；铬3.55～3.70%；钼4.25～4.40%；钒1.50～1.70%；钨5.30～5.45%；磷≤0.030%；硫≤0.030%；其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，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：所述最终热处理包括采用保护气氛炉通过亚温淬火+油冷以及两次回火处理。
3.根据权利要求2所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，其特征在于：所述最终热处理之前还包括半精加工，加工要求为：辊身粗糙度Ra≤3.2，所有尖角加工为R2以上的圆角，采用球状中心孔确保轧辊内部无尖角。
4.根据权利要求2所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，其特征在于：所述最终热处理之后还包括精加工，加工要求为：精车时采用立方氮化硼刀具，对轧辊的表面，尤其是对中心孔进行加工；磨削时采用刚玉陶瓷砂轮，半精磨进刀量控制在0.02～0.04mm，精磨进刀量控制在0.01mm。
5.根据权利要求4所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，其特征在于：所述精加工之前需要及时除应力，除应力的温度为350～450℃。
6.根据权利要求2至5之一所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，其特征在于：所述亚温淬火的加热温度为1100～1160℃；两次回火处理的温度为510～540℃。
7.根据权利要求6所述的冷轧高强汽车板专用高速钢轧辊的制造方法，其特征在于：所述亚温淬火前需要进行两次预热，第一次预热的温度为400～450℃，第二次预热的温度为800～850℃。
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