CN109355561A - 铝箔轧机工作辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝箔轧机工作辊及其制造方法，该铝箔轧机工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.90～0.95%、硅0.35～0.45%、锰0.20～0.35%、铬1.70～2.10%、钼0.20～0.30%、镍0.15～0.25%、钒0.10～0.20%、磷≤0.015%、硫≤0.015%、其余为铁和不可避免的杂质。本发明一方面通过优化传统2%Cr材质的合金成分，另一方面针对该材质配合相应的热处理、冷处理以及机加工工艺，最终能够获得辊身直径在200～300mm之间、辊面长度在2000mm以上、辊身辊颈同轴度≤0.002mm、辊身表面硬度在100～105HSD、硬度均匀性≤2HSD、淬硬层深度≥12.5mm，报废硬度≥98HSD的铝箔轧机工作辊，满足轧制双零铝箔的要求。

Description

铝箔轧机工作辊及其制造方法
技术领域
本发明属于铝箔轧机技术领域，具体涉及一种铝箔轧机工作辊及其制造方法。
背景技术
铝箔是指经冷轧后厚度≤0.2mm的铝材，按照厚度划分，铝箔又可以分为厚铝箔（0.1mm≤厚度≤0.2mm）、单零铝箔（0.01mm≤厚度＜0.1mm）以及双零铝箔（0.005≤厚度＜0.01mm）。所谓“单零铝箔”指的就是以mm为厚度计量单位时，小数点后只有“一个零”的铝箔；所谓“双零铝箔”指的就是以mm为厚度计量单位时，小数点后有“两个零”的铝箔。
铝箔因其优良的特性，广泛用于食品、饮料、香烟、药品、照相底板、家庭日用品等的包装材料；电解电容器材料；建筑、车辆、船舶、房屋等的绝热材料；还可以作为装饰的金银线、壁纸以及各类文具印刷品和轻工产品的装潢商标等。在上述各种用途中，能最有效地发挥铝箔性能点的是作为包装材料。
双零铝箔则是迄今为止最好的包装材料，属于铝箔中的高档产品，工作辊则是铝箔轧机最关键的备件之一，也是最主要的消耗备件，因此，轧制双零铝箔的工作辊的技术要求也是最高的，目前主要以进口为主。
目前，满足轧制双零铝箔的工作辊主要技术要求包括：辊身直径较小，一般在200～300mm之间，辊面长度要求在2000mm以上，辊身辊颈同轴度要求≤0.002mm；辊身表面硬度要求在100～105HSD，硬度均匀性要求≤2HSD，淬硬层深度要求≥12.5mm，报废硬度要求≥98HSD。
而目前能够满足上述要求的工作辊基本都是3%Cr（及以上）材质的【中国专利文献CN104032117A公开的即为3%Cr材质，中国专利文献CN103100829A公开的则为4%Cr材质】。
3%Cr（及以上）材质的工作辊由于合金含量较高，从而导致毛坯的生产成本较高，尤其是高合金含量还会导致辊坯冶炼锻造过程中偏析控制难度加大，尤其是对于这种辊面长度要求在2000mm以上的，其辊身硬度均匀性更加难以保证。
传统的2%Cr材质辊坯冶炼锻造难度较低，辊面组织均匀性较好，但是由于淬硬层深度浅、辊身表面硬度低且硬度下降较快，目前很少用于制备轧制双零铝箔的工作辊。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种满足轧制双零铝箔要求的2%Cr材质的铝箔轧机工作辊及其制造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种铝箔轧机工作辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.90～0.95%、硅0.35～0.45%、锰0.20～0.35%、铬1.70～2.10%、钼0.20～0.30%、镍0.15～0.25%、钒0.10～0.20%、磷≤0.015%、硫≤0.015%、其余为铁和不可避免的杂质。
上述铝箔轧机工作辊的辊身直径为200～300mm，辊面长度为2000～2200mm，辊身辊颈同轴度≤0.002mm，辊身表面硬度为100～105HSD，硬度均匀性≤2HSD，淬硬层深度≥12.5mm，报废硬度≥98HSD。
上述铝箔轧机工作辊的制造方法，具有以下步骤：①按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯；②粗加工；③调质处理；④半精加工；⑤表面淬火处理；⑥精加工。
上述步骤②的粗加工辊身辊颈留余量≥10mm。
上述步骤③的调质处理温度为850℃～920℃，保温时间为3～7h；优选为890℃和5h。
上述步骤⑤的表面淬火处理包括：先进行600～700℃的整体预热，然后采用小工频连续感应加热，温度为890～910℃，感应圈行走速度为0.8～1.2mm/s，接着采用了-150～-200℃的深冷处理。
上述步骤⑥的精加工包括半精磨、精磨以及超精磨，它们的磨削余量分别为0.5～0.6mm、0.03～0.05mm以及≥0.05mm，它们的单程横向进给量分别为≤0.05mm、0.01～0.02mm以及0.005～0.01mm。
为了保证极高的尺寸精度要求，整个磨削工艺均采用“强应力定位顶尖”，顶尖和中心孔之间具备自修正、自清洁、自补偿的特点，保证精磨后的圆度类误差≤1μm。
本发明具有的积极效果：
（1）本发明一方面通过优化传统2%Cr材质的合金成分，另一方面针对该材质配合相应的热处理、冷处理以及机加工工艺，最终能够获得辊身直径在200～300mm之间、辊面长度在2000mm以上、辊身辊颈同轴度≤0.002mm、辊身表面硬度在100～105HSD、硬度均匀性≤2HSD、淬硬层深度≥12.5mm，报废硬度≥98HSD的铝箔轧机工作辊，满足轧制双零铝箔的要求。
（2）本发明的工作辊相比于3%Cr（及以上）材质具有毛坯制造成本低（每吨较3%Cr材质降低2000元以上）、辊坯冶炼锻造难度低、辊面组织均匀性好等优点。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的铝箔轧机工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.92%、硅0.40%、锰0.28%、铬1.90%、钼0.25%、镍0.20%、钒0.15%、磷0.010%、硫0.005%、其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的铝箔轧机工作辊的辊身直径为250mm，辊面长度为2150mm，辊身辊颈同轴度≤0.002mm，辊身表面硬度为104HSD，硬度均匀性≤2HSD，淬硬层深度为12.5mm，报废硬度为100HSD。
本实施例的铝箔轧机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。
为了获得材料纯净、组织均匀、偏析低的原始组织，采用电渣钢作为辊坯。
②粗加工：铣平毛坯两端面，钻两端中心孔后按照粗车图车至粗车尺寸，辊身辊颈留余量≥10mm。
粗车后按要求进行超声波探伤。
③调质处理：调质处理至图纸硬度要求，其中调质温度为890℃，保温时间为5h。
④半精加工：修两端中心孔后按半精车图纸车至半精车尺寸，并粗磨辊身外圆，抛光两端倒角。
粗磨后对轧辊分别进行超声波探伤及辊面表面波探伤。
⑤表面淬火处理。
表面淬火处理是本实施例的铝箔轧机工作辊获得较高的表面硬度以及足够的淬硬层深度最为关键的工序。为了保证本实施例的铝箔轧机工作辊获得足够的淬硬层深度以及缓慢下降的硬度梯度分布。
本实施例的表面淬火处理先进行650℃的整体预热，淬火加热采用小工频连续感应加热，淬火温度为900℃，感应圈行走速度为1.0mm/s，淬火后进行了加强冷却，并延长了冷却时间。
为了获得稳定的辊面组织、较高的表面硬度以及减少残余奥氏体含量，淬回火后采用了-170℃的超深冷处理工艺。
另外，为了保证辊面硬度均匀性控制在2HSD以内，整个热处理过程中控制加热温度和炉膛温度均匀性不大于5℃，整个加工过程轧辊不允许矫直。
采用上述热处理工艺处理后，通过对工作辊进行剥层硬度检测，其初始硬度可达到104～105HSD，淬硬层深度达到14mm，报废硬度在100HSD左右。
⑥精加工：先按照精车图车至精车尺寸，然后平两端端面，保证总长及各台阶长度至精车尺寸，重钻中心孔后再进行半精磨、精磨加工。
其中，辊身采用低应力磨削工艺，具体磨削参数见表1。
表1
工序 磨削余量（直径） 单程横向进给量
半精磨 0.5～0.6mm ≤0.05mm
精磨 0.03～0.05mm 0.01～0.02mm
超精磨 ≥0.05mm 0.005～0.01mm，空程2～4次
为了保证极高的尺寸精度要求，整个磨削工艺均采用“强应力定位顶尖”，顶尖和中心孔之间具备自修正、自清洁、自补偿的特点，保证精磨后的圆度类误差≤1μm，通过采用上述磨削工艺后，辊身辊颈圆跳动可达到0.001～0.003mm，辊身表面粗糙度可达到Ra0.05～0.1。
（实施例2～实施例3）
各实施例与实施例1基本相同，不同之处见表2。
表2
实施例1 实施例2 实施例3
碳 0.92% 0.90% 0.95%
硅 0.40% 0.45% 0.35%
锰 0.28% 0.20% 0.35%
铬 1.90% 1.70% 2.10%
钼 0.25% 0.30% 0.20%
镍 0.20% 0.15% 0.25%
钒 0.15% 0.20% 0.10%
磷 0.010% 0.010% 0.010%
硫 0.005% 0.005% 0.005%
辊身直径 250mm 280mm 220mm
辊面长度 2150mm 2050mm 2100mm
辊身辊颈同轴度 ≤0.002mm ≤0.002mm ≤0.002mm
辊身表面硬度 104HSD 102HSD 103HSD
硬度均匀性 ≤2HSD ≤2HSD ≤2HSD
淬硬层深度 12.5mm 12.5mm 12.5mm
报废硬度 100HSD 98HSD 100HSD

Claims (5)

1.一种铝箔轧机工作辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.90～0.95%、硅0.35～0.45%、锰0.20～0.35%、铬1.70～2.10%、钼0.20～0.30%、镍0.15～0.25%、钒0.10～0.20%、磷≤0.015%、硫≤0.015%、其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝箔轧机工作辊，其特征在于：铝箔轧机工作辊的辊身直径为200～300mm，辊面长度为2000～2200mm，辊身辊颈同轴度≤0.002mm，辊身表面硬度为100～105HSD，硬度均匀性≤2HSD，淬硬层深度≥12.5mm，报废硬度≥98HSD。
3.权利要求1或2所述铝箔轧机工作辊的制造方法，具有以下步骤：①按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造辊坯；②粗加工；③调质处理；④半精加工；⑤表面淬火处理；⑥精加工；其中，步骤⑤的表面淬火处理包括：先进行600～700℃的整体预热，然后采用小工频连续感应加热，温度为890～910℃，感应圈行走速度为0.8～1.2mm/s，接着采用了-150～-200℃的深冷处理。
4.根据权利要求1所述的铝箔轧机工作辊的制造方法，其特征在于：上述步骤③的调质处理温度为850℃～920℃，保温时间为3～7h。
5.根据权利要求1所述的铝箔轧机工作辊的制造方法，其特征在于：上述步骤⑥的精加工包括半精磨、精磨以及超精磨，它们的磨削余量分别为0.5～0.6mm、0.03～0.05mm以及≥0.05mm，它们的单程横向进给量分别为≤0.05mm、0.01～0.02mm以及0.005～0.01mm。
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