CN109763076A - 一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，在含5％铬的冷轧辊进行优化处理，并且在930℃的环境下增加保温时间，进行调质，能够使得轧辊回火后的表面硬度达到52‑57HSD，并且进行深冷保温处理，提高轧辊表面的耐磨性、硬度、淬硬层深度以及后期使用中的抗剥落性；并且通过专用的深冷设备进行深冷处理，使轧辊表面处理更加均匀。通过沉淀管和吹风装置，将沉淀在底部的氮气重新吹回至深冷箱内，减少了液氮的使用，同时也促进了深冷箱内气体的运动。

Description

一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊的制备方法，特别涉及一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法。

背景技术

目前，很多场合需要用到高精度极薄材料，如厚度为0.01mm～0.1mm,的铝箔等，生产过程中对技术和设备的要求很高，其中的工作辊需要达到极高的硬度值、均匀性和强度，才能轧制出极薄的的铝箔。轧辊材质的决定要由其工作条件所决定，冷轧工作辊由于在工作时表面受很高的工作载荷，因此轧辊材质必须有很高的强度，同时工作辊在工作过程中与轧制材料和支承辊之间都有相互的摩擦，因此工作辊材质必须有较高的耐磨性能；工作辊在轧制过程中还经常会遇到轧制事故，所以工作辊还必须有较高的抗事故性能。然而目前，轧制极薄材料的工作辊，其硬度值、均匀性和强度值不能很好兼顾，硬度值一般在90-95HSD，有效淬硬深度在10-20mm，造成轧制出的产品厚薄不均，表面质量差，另外轧辊使用中剥落和裂纹倾向严重，轧制寿命低。

在轧辊铸件中，碳是重要的合金元素，通过固溶在钢的基体中，起到对钢的强化作用，同时部分碳和钢中的其他元素形成碳化物，起到强化和增加耐磨性的作用。化学成分铬含量能够提高钢的力学性能和耐磨性、增加钢的硬度、弹性、耐腐蚀和耐热性，提高表面的淬透性；但是在提高的同时其缺点是降低了轧辊的韧性。另外，铸钢轧辊凝固时由于存在树枝状结晶，会造成合金成分的晶内偏析，随着合金铸钢轧辊合金含量的增多，凝固时产生的偏析指数增大，造成成分的不均匀程度也越大。为了使合金元素的原子充分扩散，得到成分均匀的奥氏体，在铸造工艺后要进行热处理的步骤。常用的热处理类型有：去应力退火、等温球退火、扩散退火、正火、回火、淬火、深冷处理。各步骤中的反应温度、时间等工艺参数也是决定轧辊产品硬度、均匀性、强度值的关键。

综上，对于工作辊表面平整度、硬度具有苛刻的要求，需要改进处理制备方法。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，包括如下步骤，

1)原料，按照重量百分比的组分组成：铬：5wt％，碳：0.5-0.9wt％，硅：0.4-1.1wt％，锰：0.3-0.7wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，铬：5.5-6.5wt％，钼：0.2-0.8wt％，钒：0.1-0.5wt％，余量为铁和其他杂质；

将原料置于中频感应电路内熔炼，充分搅拌，熔炼温度为1580-1680℃，熔炼时间为30-40分钟，制成合金液体；

2)开启所述中频感应炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中；

3)待完全冷却后将所述金属模具去除，形成坯料；

4)将所述坯料在压机上锻造成型；

5)退火后进行超声波探伤；

6)粗车加工、超声波探伤；

7)调质处理，将粗车加工后的坯料进行保温，保温温度为910-950℃，保温时间为至少10小时；

8)半精加工、超声波探伤；

9)淬火；

10)深冷处理；

11)化霜、回火；

12)精加工、二次回火、超声波探伤；

13)检测入库；

其中，步骤10)的深冷处理，将淬火后的轧辊放入深冷处理装置，温度为-120至-190℃，保温4-5小时：

进一步地，步骤9)中淬火温度为950℃，淬火时间为10小时；步骤11)化霜、回火的温度为230℃，时间为90小时；步骤12二次回火温度为200℃，回火保温时间为至少90小时，然后空冷至室温。

进一步地，所述深冷处理装置包括设置在地上的深冷箱、设置在地下水平设置的沉淀管，所述深冷箱与所述沉淀管连通，所述沉淀管的一端设置吹风装置，另一端通过管路延伸至所述深冷箱内的轧辊的上方，所述深冷箱的侧壁设置液氮入口；所述吹风装置包括叶轮和电机，所述电机驱动所述叶轮转动。

进一步地，还包括驱动装置和进风筒，所述进风筒套装在轧辊外，所述驱动装置设置在所述深冷箱上，驱动所述进风筒转动。

进一步地，所述驱动装置包括设置在所述深冷箱顶部的环形导轨、设置在所述进风筒上与所述环形导轨匹配的滑块、设置在所述进风筒上的传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的致动器，利用所述致动器驱动所述传动齿轮转动使所述进风筒转动。

进一步地，所述进风筒侧壁上阵列设置若干个凸起的进风口。

进一步地，所述进风筒的下部设置用于使所述进风筒外部氮气运动的叶轮。

进一步地，所述深冷箱底部为滤板，所述深冷箱通过漏斗状连接池与所述沉淀管侧壁连通。

进一步地，还包括用于防止液氮直喷的遮挡罩，所述遮挡罩上设置若干个过滤孔。

进一步地，所述吹风装置的进风侧通过管路与所述遮挡罩和所述深冷箱之间连通。

本发明取得的有益效果：

本发明通过在含5％铬的冷轧辊进行优化处理，并且在930℃的环境下增加保温时间，能够使得轧辊回火后的表面硬度达到52-57HSD，并且进行深冷保温处理，提高轧辊表面的耐磨性、硬度、淬硬层深度以及后期使用中的抗剥落性；另外，本发明所提供的工作辊的制备方法中所使用的深冷处理设备，包括沉淀管和吹风装置，将沉淀在底部的氮气重新吹回至深冷箱内，减少了液氮的使用，同时也促进了深冷箱内气体的运动。通过设置遮挡罩，在防止液氮直喷的同时，也对氮气进行了疏导，使氮气分散的更加均匀。另外，通过驱动装置驱动进风筒转动，通过进风筒将氮气引至轧辊处，进一步使轧辊受冷均匀，提高深冷质量；同时在进风筒外壁设置叶轮，借用进风筒的驱动力使叶轮转动，促进深冷箱内气体的运动，使气体分布更加均匀；而且无需额外动力，降低了成本。

附图说明

图1为深冷处理装置的结构示意图；

图2为驱动装置的结构示意图；

图3为进风筒的俯视图；

图4为吹风装置的结构示意图；

附图标记如下：

1、深冷箱，2、沉淀管，3、吹风装置，4、驱动装置，5、进风筒，6、叶轮，7、连接池，8、遮挡罩，9、分散器，10、轧辊，31、叶轮，32、电机，41、环形导轨，42、滑块，43、传动齿轮，44、致动器，51、进风口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

按照重量比为铬：5wt％，碳：0.5wt％，硅：0.4wt％，锰：0.3wt％，磷：0.03wt％，硫：0.02wt％，铬：5.5wt％，钼：0.2wt％，钒：0.1wt％，余量为铁和其他杂质；

将原料置于中频感应电路内熔炼，充分搅拌，熔炼温度为1580℃，熔炼时间为30分钟，制成合金液体；

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷锻造：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，在压机上锻造成型。

退火、超声波探伤：退火后，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。接着进行粗车加工，重复上述超声波探伤。之后进行调质处理。

调质处理：由于感应加热速度快，奥氏体相变温度升高，奥氏体中的碳浓度差增大。钢原始组织粗大，含有大块铁素体较多时，原大块铁素体部位在奥氏体化后往往会成为贫碳奥氏体，硬度下降。将保温温度增加至910℃，保温时间为10小时；在淬火前进行预备热处理，可以获得细小、均匀的组织，使轧辊芯部和辊颈达到良好的机械性能，使轧辊的屈强比提高，有效提高轧辊的疲劳寿命；为后期轧辊表面淬火做组织准备，调质以后轧辊部分碳化物弥散析出，这些碳化物在最终表面淬火中，更加容易溶解；并且可以改善基体组织，尤其是碳化物的分布；

调质处理之后进行半精加工、超声波探伤：根据加工图纸要求，在车床上进行半精加工，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。然后进行淬火。

淬火：在淬火机床上，将经过预热的轧辊，经过通电的感应圈内时，由于电磁感应在轧辊表面形成感应电流，从而使得表面被加热，通过测温反馈调整功率调节加热温度，使轧辊表面得到一定的淬硬层深度和良好的硬度均匀性，通过中温回火使轧辊内应力减小，减少轧辊使用中的剥落，大大提高了中间辊的使用性。

淬火温度为950℃，淬火时间为10小时；接着进行深冷处理。

深冷处理：此工序使将淬火以后回火以前的轧辊放入-190℃的深冷处理装置内进行深冷保温4小时的一个过程，随着轧辊中合金含量的增加，通过深冷处理，让部分残余奥氏体转变成马氏体，所以轧辊的深冷处理是淬火的延续，降低轧辊中的残余奥氏体含量，来达到轧辊表面的耐磨性、硬度和提高淬硬层深度以及提高轧辊在后期使用中的抗剥落性，减少轧辊断裂的风险。

接着进行化霜、回火：化霜后在230℃下回火，回火时间90小时。

然后完成精加工、二次回火、超声波探伤：经精车加工后二次回火，回火温度200℃，回火时间90为小时。然后空冷至室温。利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到32mm，辊身表面硬度值在达到105HSD，硬度均匀度小于1.48HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的轧制长度增加至42.1公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

实施例2

原料，按照重量百分比的组分组成：铬：5wt％，碳：0.9wt％，硅：1.1wt％，锰：0.7wt％，磷：0.02wt％，硫：0.02wt％，铬：6.5wt％，钼：0.8wt％，钒：0.5wt％，余量为铁和其他杂质；

熔炼合金溶液：按上述重量比将各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为1680℃，熔炼时间为40分钟，制成合金溶液。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷锻造：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，在压机上锻造成型。

退火、超声波探伤：退火后，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。接着进行粗车加工，重复上述超声波探伤。之后进行调质处理。

调质处理：保温温度为950℃，保温时间为11小时。

调质处理之后进行半精加工、超声波探伤：根据加工图纸要求，在车床上进行半精加工，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。然后进行淬火。

淬火：淬火温度为950℃，淬火时间为10小时。接着进行深冷处理。

深冷处理：将淬火以后回火以前的轧辊放入-120℃的深冷处理装置内进行深冷保温5小时。

接着进行化霜、回火：化霜后在230℃下回火，回火时间90小时。

然后完成精加工、二次回火、超声波探伤：经精车加工后二次回火，回火温度200℃，回火时间90为小时。利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到35mm，辊身表面硬度值在达到105HSD，硬度均匀度小于1.48HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

实施例3

原料，按照重量百分比的组分组成：铬：5wt％，碳：0.7wt％，硅：0.7wt％，锰：0.5wt％，磷：0.03wt％，硫：0.02wt％，铬：6wt％，钼：0.5wt％，钒：0.3wt％，余量为铁和其他杂质；

熔炼合金溶液：按上述重量比将各组分置于中频感应炉内熔炼，熔炼温度为1600℃，熔炼时间为40分钟，制成合金溶液。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷锻造：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，在压机上锻造成型。

退火、超声波探伤：退火后，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。接着进行粗车加工，重复上述超声波探伤。之后进行调质处理。

调质处理：保温温度为930℃，保温时间为10小时。

调质处理之后进行半精加工、超声波探伤：根据加工图纸要求，在车床上进行半精加工，利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。然后进行淬火。

淬火：淬火温度为950℃，淬火时间为10小时。接着进行深冷处理。

深冷处理：将淬火以后回火以前的轧辊放入-160℃的深冷处理装置内进行深冷保温5小时。

接着进行化霜、回火：化霜后在230℃下回火，回火时间90小时。

然后完成精加工、二次回火、超声波探伤：经精车加工后二次回火，回火温度200℃，回火时间90为小时。利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷。

根据上述生产工艺制备的轧辊，淬硬层深度达到33mm，辊身表面硬度值在达到104HSD，硬度均匀度小于1.48HSD，可用于轧制极薄材料的工作辊使用。轧辊的更换周期增加至42公里，并且能轧制出高精度极薄材料。

其中，深冷处理装置，如图1-4所示，包括设置在地上的深冷箱1、设置在地下水平设置的沉淀管2，将深冷箱1与地面水平，方便轧辊10搬运至深冷箱1内。深冷箱1与沉淀管2连通，冷气沉于深冷箱1底部，底部温度相较于上部温度过低，无法保证轧辊10受冷均匀，用过设置沉淀管2，使得氮气不会在轧辊10下端积聚。另外，在沉淀管2的一端设置吹风装置3，另一端通过管路延伸至深冷箱1内部的轧辊10的上方，将氮气回送至深冷箱1内，继续回收利用，进而节约能源；同时，氮气从上方进入能够使氮气与轧辊10充分接触。深冷箱1上设置液氮入口，其与液氮罐连接，将液氮喷射入深冷箱1内，对轧辊10进行加工处理。

在一实施例中，还包括驱动装置4和进风筒5，进风筒5套装在轧辊10外，驱动装置4设置在深冷箱1上，驱动进风筒5转动使进风筒5外的氮气被进风筒5吸入至进风筒5内。进风筒5内的氮气相对于进风筒5外的氮气更加平稳，进一步地使轧辊10受冷均匀。具体的，驱动装置4包括设置在深冷箱1顶部的环形导轨41、设置在进风筒5上与环形导轨41匹配的滑块42、设置在进风筒5上的传动齿轮43和驱动传动齿轮43转动的致动器44，其中，传动齿轮43设置在进风筒5的上端，并且突出与深冷箱1。致动器44包括电机和齿轮，电机通过支架设置在深冷箱1上，通过齿轮与传动齿轮43啮合，通过电机驱动传动齿轮43转动，使进风筒5转动。将所有的致动设备均设置在深冷箱1外，进一步保护致动设备，提高其使用寿命，降低加工成本。

在一具体实施例中，进风筒5侧壁上阵列设置若干个凸起的进风口51，如图3所示，具体的，进风口51呈碗状，通过进风筒5的转动，进风口51将氮气扣入进风筒5内。能够理解的，只要在进风筒5的侧壁上设置凸起的斜挡板，通过进风筒5的转动，将氮气引入进风筒5内。

在一优选实施例中，进风筒5的下部设置叶轮6，该叶轮6用于吹散进风筒5外部的氮气，使其运动。因为如果外部静止不动，较冷的会积聚在下方，使上下温度不均匀。因此，在进风筒5上设置叶轮6，无需额外的动力即可驱动叶轮6转动，促进氮气的运动。

在一实施例中，如图4所示，吹风装置3包括叶轮31和电机32，通过电机32驱动叶轮31转动，使其产生风，通过沉淀管2引导，将深冷箱1流入沉淀管2的氮气通过管路重新排至深冷箱1的上部。通常，吹风装置3进气通过大气进气，但这样还会增加液氮的消耗，因此，在叶轮31的进风侧通过管路与深冷箱1靠近液氮入口处，在进一步防止较冷氮气积聚在底部的同时，驱动氮气重新回到深冷箱1上部对轧辊10进行冷却。同时，能够想到的，电机32驱动叶轮31转动，叶轮31转动，从进风侧吸气，出风侧喷气，流至进风侧的氮气立马被叶轮31吸走，进而保护降低氮气对电机32的损伤。

在一实施例中，深冷箱1底部为滤板，深冷箱1通过漏斗状连接池7将氮气聚拢送至沉淀管2内。

在一实施例中，液氮从液氮入口喷出，可能会有部分液氮直接喷射至轧辊10上。会造成轧辊10局部冷却过度，影响轧辊10的质量。因此，还包括用于防止液氮直喷的遮挡罩8，遮挡罩8上设置若干个过滤孔。首先，遮挡罩8防止液氮直喷，起到对轧辊10的保护作用，另外，通过设置过滤孔，使液氮在深冷箱1与遮挡罩8之间气化稳定后，均匀的从过滤孔进入到遮挡罩8内，过滤孔起到疏导作用。

在一优选实施例中，吹风装置3的进风侧通过管路与遮挡罩8和深冷箱1之间连通。

在一实施例中，为了防止轧辊10上方的氮气对轧辊10进行直吹，因此，在轧辊10上方设置分散器9，分散器9呈圆锥体，将氮气从中间向其四周引导。使氮气区分的更加均匀，进一步保证了冷却效果。

在一实施例中，还包括泄压阀(未示出)，以保证深冷箱1内的气压在安全范围内，防止意外发生。

本发明在使用时，将轧辊10放置在进风筒5内，启动设备，液氮通过液氮入口进入深冷箱1内，通过遮挡罩8的阻挡和稳流，使稳定的氮气进入遮挡罩8内，通过进风筒5转动，将遮挡罩8内的氮气吸入进风筒5内，对氮气进行冷却，通过多级稳流，使轧辊10能够受冷均匀。同时积聚在进风筒5底部的氮气通过连接池7流入沉淀池2内，通过吹风装置3将遮挡罩8外的氮气吸入与进风筒5积聚的氮气混合后重新打入深冷箱1的上部，对轧辊10再次冷却，并且通过冲入的氮气，促进深冷箱1内的气体运动。同时，在进风筒5转动的同时，也促进深冷箱1内的氮气运动，避免积聚在深冷箱1的底壁，造成轧辊10受冷不均，影响深冷质量。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，

1)原料，按照重量百分比的组分组成：铬：5wt％，碳：0.5-0.9wt％，硅：0.4-1.1wt％，锰：0.3-0.7wt％，磷：≤0.03wt％，硫：≤0.02wt％，铬：5.5-6.5wt％，钼：0.2-0.8wt％，钒：0.1-0.5wt％，余量为铁和其他杂质；

将原料置于中频感应电路内熔炼，充分搅拌，熔炼温度为1580-1680℃，熔炼时间为30-40分钟，制成合金液体；

2)开启所述中频感应炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中；

3)待完全冷却后将所述金属模具去除，形成坯料；

4)将所述坯料在压机上锻造成型；

5)退火后进行超声波探伤；

6)粗车加工、超声波探伤；

7)调质处理，将粗车加工后的坯料进行保温，保温温度为910-950℃，保温时间为至少10小时；

8)半精加工、超声波探伤；

9)淬火；

10)深冷处理；

11)化霜、回火；

12)精加工、二次回火、超声波探伤；

13)检测入库；

其中，步骤10)的深冷处理，将淬火后的轧辊放入深冷处理装置，温度为-120至-190℃，保温4-5小时。

2.根据权利要求1所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，步骤9)中淬火温度为950℃，淬火时间为10小时；步骤11)化霜、回火的温度为230℃，时间为90小时；步骤12二次回火温度为200℃，回火保温时间为至少90小时，然后空冷至室温。

3.根据权利要求1所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述深冷处理装置包括设置在地上的深冷箱、设置在地下水平设置的沉淀管，所述深冷箱与所述沉淀管连通，所述沉淀管的一端设置吹风装置，另一端通过管路延伸至所述深冷箱内的轧辊的上方，所述深冷箱的侧壁设置液氮入口；所述吹风装置包括叶轮和电机，所述电机驱动所述叶轮转动。

4.根据权利要求3所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，还包括驱动装置和进风筒，所述进风筒套装在轧辊外，所述驱动装置设置在所述深冷箱上，驱动所述进风筒转动。

5.根据权利要求4所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述驱动装置包括设置在所述深冷箱顶部的环形导轨、设置在所述进风筒上与所述环形导轨匹配的滑块、设置在所述进风筒上的传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的致动器，利用所述致动器驱动所述传动齿轮转动使所述进风筒转动。

6.根据权利要求4所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述进风筒侧壁上阵列设置若干个凸起的进风口。

7.根据权利要求4所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述进风筒的下部设置用于使所述进风筒外部氮气运动的叶轮。

8.根据权利要求3所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述深冷箱底部为滤板，所述深冷箱通过漏斗状连接池与所述沉淀管侧壁连通。

9.根据权利要求3所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，还包括用于防止液氮直喷的遮挡罩，所述遮挡罩上设置若干个过滤孔。

10.根据权利要求9所述的一种轧制极薄材料的锻钢工作辊的制造方法，其特征在于，所述吹风装置的进风侧通过管路与所述遮挡罩和所述深冷箱之间连通。