CN108115105B

CN108115105B - 一种高合金离心轧辊的制备方法

Info

Publication number: CN108115105B
Application number: CN201711415451.1A
Authority: CN
Inventors: 肖泽扬
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108115105A

Abstract

本发明公开了一种高合金离心轧辊的制备方法，属于轧辊制备领域，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，包括的步骤为将轧辊先进行缓慢冷却，再快速降温，然后低温退火处理。本发明通过合理控制轧辊的凝固降温过程以及退火温度和时间，使得高合金离心轧辊的制备过程省去了高温淬火处理，从而简化了生产工艺；减小了设备投入、缩短了生产周期、降低了生产成本，并且获得了符合要求且性能稳定的轧辊。

Description

一种高合金离心轧辊的制备方法

技术领域

本发明涉及离心轧辊的制备方法，尤其是一种高合金离心轧辊的制备方法，属于轧辊制备领域。

背景技术

热轧板带轧机工作辊通常选择高合金的工作层以及球墨铁的芯部，通过离心复合制造而成，而经常应用于热连轧粗轧机架以及中宽厚板的粗精轧的工作辊，工作层材质的合金配比较高，为了达到组织性能要求一般需进行高温淬火处理，高温淬火存在设备要求高、生产工艺复杂、能耗大、生产周期长的问题，这些均导致生产成本高、生产效率低。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种高合金离心轧辊的制备方法，可以省去高温淬火处理步骤，缩短生产周期、简化生产工艺、减小设备投入，获得性能稳定的离心轧辊。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高合金离心轧辊的制备方法，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，包括如下步骤：将轧辊先进行缓慢冷却，再快速降温，然后进行低温退火处理。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述缓慢冷却、快速降温是在保温地坑中进行的，低温退火处理是在热处理炉内进行的。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述工作层的材质为高合金过共析钢，包括的化学组分及各组分质量百分含量为C≥1.0％、Cr+Ni+Mo+V+W≥12％。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述缓慢冷却是在工作层材质的固相线温度以下、珠光体转变区温度以上进行的，平均冷却速率≤20℃/h；所述快速降温是在轧辊的工作层材质的珠光体转变区温度进行的，降温速率达到工作层材质避开珠光体转变最小临界冷却速率要求。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述工作层材质的固相线温度、珠光体转变区温度和珠光体转变最小临界冷却速率是通过热膨胀仪测得的。

本发明技术方案的进一步改进在于：快速降温结束时，工作层的铸态珠光体含量≤3％，残余奥氏体含量为20～40％，基体中出现的碳化物含量为10～20％，碳化物的粒径≤400μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：低温退火后工作层的组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，珠光体的含量≤3％，残余奥氏体的含量≤5％；轧辊的辊身硬度为70～85HSD，工作层硬度落差≤3HSD，辊身硬度落差≤4HSD；轧辊基体的硬度≥540HV，碳化物的含量为10～20％；基体碳化物中0～5μm的碳化物颗粒数量占比≥95％，面积在碳化物总面积中的占比≥15％。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述低温退火是将轧辊加热至450～550℃，再保温36～60h，然后空冷至室温；所述低温退火的次数为1～2次。

本发明技术方案的进一步改进在于：低温退火前先检测工作层的残余奥氏体含量，当残余奥氏体含量为30～40％、辊身硬度要求为70～80HSD时，退火温度为500～550℃；当残余奥氏体含量为20～30％、辊身硬度要求为80～85HSD时，退火温度为450～500℃。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明通过合理控制轧辊的凝固降温过程以及退火温度和时间，使得高合金离心轧辊的制备过程省去了高温淬火处理，从而简化了生产工艺；减小了设备投入、缩短了生产周期、降低了生产成本，并且获得了符合要求且性能稳定的轧辊。

本发明的生产工艺简单，能够降低生产成本，提高生产效率。本发明的工艺步骤仅利用保温地坑就实现了高合金离心轧辊的缓慢冷却、快速降温，低温退火处理利用热处理炉进行，热处理炉和保温地坑均是轧辊制备领域常用的设备，保温地坑能对轧辊的温度进行实时监控、调节，且造价较低廉，通过加热、吹风冷却等措施保证轧辊的处理温度在要求范围内，与传统工艺的高温淬火工艺相比，工艺步骤简单、设备要求低、能耗低，整个工艺过程所需时间与传统工艺相比大幅缩短，从而提高了生产效率。

本发明制备的高合金离心轧辊的各种组织成分及性能符合要求，且性能稳定。本发明通过控制高合金离心轧辊在其工作层材质固相线温度以下、珠光体转变区温度以上进行缓慢冷却，平均冷却速率≤20℃/h，在珠光体转变区温度范围内快速降温，降温速率达到工作层材质避开珠光体转变最小临界冷却速率要求，以及进行1～2次低温退火，退火温度为450～550℃，保温时间为36～60h，经过以上处理，轧辊组织状态发生转变、性能得到提高，最终轧辊工作层组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，珠光体的含量降至3％以下，残余奥氏体的含量降至5％以下；轧辊的辊身硬度达到70～85HSD，工作层硬度落差缩小到3HSD以下，辊身硬度落差缩小到4HSD以下；轧辊基体的硬度达到540HV以上，碳化物的含量在10～20％范围内；基体中获得较多的细致碳化物颗粒，其中0～5μm的碳化物颗粒数量占比达到95％以上，面积在碳化物总面积中的占比达到15％以上，轧辊各方面性能均符合要求且性能稳定。

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：

一种高合金离心轧辊的制备方法，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，其中工作层的材质为高合金过共析钢，包括的化学组分及各组分质量百分含量为C≥1.0％、Cr+Ni+Mo+V+W≥12％。

将制备好的轧辊的工作层钢水浇入离心铸造机中，一段时间后填入芯部钢水，然后转运至保温地坑中，在工作层材质的固相线温度以下、珠光体转变区温度以上进行温度控制，缓慢冷却，使平均冷却速率≤20℃/h；当温度降至工作层材质的珠光体转变区温度时进行快速降温处理，珠光体转变区温度内的降温速率达到工作层材质避开珠光体转变最小临界冷却速率要求；快速降温结束时，工作层的铸态珠光体含量≤3％，残余奥氏体含量为20～40％，基体中出现的碳化物含量为10～20％，碳化物的粒径≤400μm；其中工作层材质的固相线温度、珠光体转变区温度和最小临界冷却速率是通过热膨胀仪测得的。

最后将轧辊移入热处理炉中进行低温退火处理，低温退火是将轧辊加热至450～550℃，并在此温度下保温36～60h，然后空冷至室温；低温退火的次数为1～2次；低温退火依据检测出的产品工作层残余奥氏体含量及辊身硬度选择，当检测出工作层的残余奥氏体含量为30～40％、辊身硬度要求为70～80HSD时，退火温度为500～550℃，保温时间为36～60h；当检测出工作层的残余奥氏体含量为20～30％、辊身硬度要求为80～85HSD时，退火温度为450～500℃，保温时间为36～60h；一次退火后对工作层组织进行金相检测，若残余奥氏体含量和辊身硬度达到要求则无需进行二次退火，若没有达到要求则需进行二次退火。

低温退火后工作层的组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，珠光体的含量≤3％，残余奥氏体的含量≤5％；轧辊的工作层硬度落差≤3HSD，辊身硬度落差≤4HSD；轧辊基体的硬度≥540HV，碳化物含量为10～20％；基体碳化物中0～5μm的碳化物颗粒数量占比≥95％，面积在碳化物总面积中的占比≥15％。。

实施例1

一种高合金离心轧辊的制备方法，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，轧辊辊身直径为1200mm，工作层使用50mm(半径)，硬度要求为72～78HSD。设计轧辊工作层的C含量为1.9～2.1％、Cr+Ni+Mo+V+W含量为18.5％。

将制备好的轧辊的工作层钢水浇入离心铸造机中，一段时间后填入芯部钢水，用热膨胀仪进行检测，测得工作层材质的固相线约为1140℃，珠光体区间约为740～620℃，临界冷速要求0.01℃/s。将轧辊转运至保温地坑中，并在轧辊外增加保护罩，使工作辊在1140～740℃温度范围内进行缓慢降温，使平均冷却速率≤20℃/h，22h后冷却至800℃，核算评价冷却速率≤20℃/h，符合要求。然后撤去保护罩，增加风循环，至第6h测得辊温550℃，核算满足临界冷速要求。铸态监控组织由马氏体、残余奥氏体、碳化物和极少量珠光体组成，工作层的铸态珠光体含量为3％，残余奥氏体含为40％，基体中出现的碳化物含量为16.5％，碳化物的粒径≤390μm。

最后将轧辊移入热处理炉中进行低温退火处理，将轧辊加热至550℃，并在此温度下保温36h，然后空冷至室温，之后进行金相检测，未满足要求；然后进行二次退火，将轧辊加热至510℃，并在此温度下保温60h，再空冷至室温，之后进行检测，经检测，符合要求。

实施例2

一种高合金离心轧辊的制备方法，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，轧辊辊身直径为760mm，工作层使用40mm(半径)，硬度要求为78～85HSD。设计轧辊工作层的C含量为1.4～1.7％、Cr+Ni+Mo+V+W含量为13.5％。

将制备好的轧辊的工作层钢水浇入离心铸造机中，一段时间后填入芯部钢水，用热膨胀仪进行检测，测得工作层材质的固相线约为1150℃，珠光体区间约为720～640℃，临界冷速要求0.02℃/s。将轧辊转运至保温地坑中，并在轧辊外增加保护罩，使工作辊在1150～720℃温度范围内进行缓慢降温，使平均冷却速率≤20℃/h，16h后冷却至760℃，核算评价冷却速率≤20℃/h，符合要求。然后撤去保护罩，增加风循环，至第2h测得辊温600℃，核算满足临界冷速要求。铸态监控组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，工作层的铸态珠光体含量为2％，残余奥氏体含量为20％，基体中出现的碳化物含量为11％，碳化物的粒径≤320μm。

最后将轧辊移入热处理炉中进行低温退火处理，将轧辊加热至450℃，并在此温度下保温48h，然后空冷至室温，之后进行金相检测，经检测，符合要求。

对照试验

将制备好的轧辊的工作层钢水浇入离心铸造机中，一段时间后填入芯部钢水，凝固一段时间后脱模，脱模后将轧辊转运至高温电阻炉中，加热至1150℃，并在此温度下保温8h，然后出炉空冷，空冷至室温后转运至低温电阻炉进行三段回火处理；三段回火的第一段回火处理的温度为530℃，保温时间为30h，之后打开炉门进行冷却，再进行第二段回火，二段回火温度为500℃，保温时间为25h，之后打开炉门进行冷却，最后进行第三段回火，回火温度为480℃，保温时间为20h，出炉空冷至室温,然后对对轧辊进行检测。

为说明本发明的优势，将实施例1和2及对照试验制备的轧辊进行检测，检测结果如表1所示，其中0-5μm碳化物数量占比指在基体中总碳化物中的数量占比，面积占比也是相对于总碳化物的面积的占比。

表1

由表1可以看出，本发明实施例1和2制备的轧辊工作层组织包括马氏体、残余奥氏体和碳化物，与对照试验的工作层组织构成成分相同；基体硬度为600HV以上，较高于对照试验的590HV的基体硬度；工作层硬度为78～83HSD，较高于对照试验的76HSD硬度；工作层硬度落差为2.5～3，与对照试验的3的工作层硬度均匀性相近；残余奥氏体含量为2～4％，与对照3％的残余奥氏体含量也相近；珠光体含量小于1％，较低于对照试验1％的珠光体含量；碳化物含量为10～16％，与对照试验15的碳化物含量也相近；0-5μm的小尺寸碳化物数量占比≥95％，面积占比≥15％，优于对照试验92.77％、13.7％。综上，本发明制备的轧辊各方面性能符合要求且性能稳定，而且本发明步骤更简单，能耗更低，对设备要求更低，生产周期更短，所以用本发明的方法制备轧辊能降低生产成本，提高生产效率。

Claims

1.一种高合金离心轧辊的制备方法，高合金离心轧辊包括工作层和芯部，所述工作层的材质为高合金过共析钢，包括的化学组分及各组分质量百分含量为C≥1.0%、Cr+Ni+Mo+V+W≥12%，其特征在于包括如下步骤：将轧辊先进行缓慢冷却，再快速降温，然后进行低温退火处理；所述缓慢冷却、快速降温是在保温地坑中进行的，低温退火处理是在热处理炉内进行的；快速降温结束时，工作层的铸态珠光体含量≤3％，残余奥氏体含量为20～40％，基体中出现的碳化物含量为10～20％，碳化物的粒径≤400μm；所述缓慢冷却是在工作层材质的固相线温度以下、珠光体转变区温度以上进行的，平均冷却速率≤20℃/h；所述快速降温是在轧辊的工作层材质的珠光体转变区温度进行的，降温速率达到工作层材质避开珠光体转变最小临界冷却速率要求；低温退火后工作层的组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物以及含量≤3％的珠光体组成，残余奥氏体的含量≤5％；轧辊的辊身硬度为70～85HSD，工作层硬度落差≤3HSD，辊身硬度落差≤4HSD；轧辊基体的硬度≥540HV，碳化物的含量为10～20％；基体碳化物中0～5μm的碳化物颗粒数量占比≥95%，面积在碳化物总面积中的占比≥15%；低温退火前先检测工作层的残余奥氏体含量，当残余奥氏体含量为30～40％、辊身硬度要求为70～80HSD时，退火温度为500～550℃；当残余奥氏体含量为20～30％、辊身硬度要求为80～85HSD时，退火温度为450～500℃；所述低温退火是将轧辊加热至450～550℃，再保温36～60h，然后空冷至室温；所述低温退火的次数为1～2次。

2.根据权利要求1所述的一种高合金离心轧辊的制备方法，其特征在于：所述工作层材质的固相线温度、珠光体转变区温度和珠光体转变最小临界冷却速率是通过热膨胀仪测得的。