CN110656294A - 镀锡光整机专用工作辊及其制造方法 - Google Patents

镀锡光整机专用工作辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀锡光整机专用工作辊及其制造方法，该工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.70～0.90%；硅0.40～0.80%；锰0.20～0.50%；磷≤0.020%；硫≤0.008%；铬4.00～4.90%；镍0.20～0.60%；钼0.10～0.50%；钒0.05～0.30%；其余为铁和不可避免的杂质。该工作辊的制造方法包括冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理、最终热处理以及精加工。本发明一方面通过优化成分，另一方面通过优化制造环节，从而有效控制成分偏析以及碳化物偏聚等问题，避免由于成分偏析或碳化物偏聚而导致后续镀铬或毛化产生的异常纹理，满足镀锡光整机工况要求。

Description

镀锡光整机专用工作辊及其制造方法
技术领域
本发明属于光整机工作辊技术领域，具体涉及一种镀锡光整机专用工作辊及其制造方法。
背景技术
镀锡板是指两面镀有一层极薄金属锡的冷轧薄钢板，一般厚度＜0.18mm，常用作食品及饮料包装罐体材料，镀锡板对其板面的表面质量及精度有着极高的要求，光整工序是整个镀锡板生产过程中的重要环节，而作为直接接触板面的光整机工作辊的质量更是直接影响后续镀锡板电镀以及成品的表面质量。
光整机工作辊由于碳（0.70%以上）及合金含量高，容易出现材质成分偏析、碳化物偏聚等问题，这些问题会使得轧辊在表面镀铬或毛化后出现异常纹理，而这种纹理会传递到板面上从而形成色差印，严重影响镀锡板表面质量。
中国专利文献CN109609852A公开了一种平整机、光整机工作辊的制备方法，该工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.8～1.2wt%；硅0.4～1.1wt%；锰0.1～0.4wt%；铬5.4～6.4wt%；钼0.4～0.8wt%；钒0.05～0.25wt%；磷≤0.02wt%；硫≤0.03wt%；余量为铁和其它杂质。该文献采用特制深冷设备对淬火后的轧辊进行-190～-185℃的深冷处理，从而获得表面硬度超过100HSD的平整机、光整机工作辊。然而，该深冷设备不适合工业化大生产。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种无需特殊设备即可满足镀锡光整机工况要求的镀锡光整机专用工作辊及其制造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种镀锡光整机专用工作辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～0.90%；硅0.40～0.80%；锰0.20～0.50%；磷≤0.020%；硫≤0.008%；铬4.00～4.90%；镍0.20～0.60%；钼0.10～0.50%；钒0.05～0.30%；其余为铁和不可避免的杂质。
上述镀锡光整机专用工作辊的制造方法，包括冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理、最终热处理以及精加工。
上述冶炼电渣锭坯的具体方法如下：采用碱性电炉炼钢，经过精炼以及真空脱气后浇注成圆形模铸钢锭，模铸钢锭680℃退火后采用表面抛丸去除钢锭表面氧化及夹杂，电渣过程采用气氛保护电渣炉电渣，配以低阻抗二元渣系进行电渣，一支电极熔化形成一支电渣锭坯。
上述冶炼电渣锭坯的关键之处在于：电渣熔速控制在300～400kg/h，这样能够有效降低成分偏析，从而达到控制液析碳化物的目的。
上述锻造辊坯的具体方法如下：
a、高温均质化；先在1200±20℃的温度下进行第一次高温均质化，然后开坯锻造预拔长，再在1200±20℃的温度下进行第二次高温均质化。
b、锻造；采用一次墩粗后拔长、再次墩粗并拔长的工艺。
c、锻后热处理；采用喷雾冷却方式（以避免形成网状碳化物）冷却至500～550℃后，装炉正火加热，正火加热至930～980℃后出炉，再喷雾冷却至500～550℃后，空冷至350℃～450℃，装炉球化退火，球化退火加热至800～850℃后，以10～30℃/h降温至700～750℃，保温后缓慢冷却至200～300℃，出炉后粗加工得到辊坯。
本发明的锻造方法能够最大限度地提高高温均质化的效力，同时能够有效破碎钢中的液析碳化物，可以保证低倍点状偏析≤1.0级，高倍组织液析≤1.0级。
上述预备热处理的调质淬火温度为850℃～950℃，时间为1～5h。
上述最终热处理包括整体预热、表面淬火处理、深冷处理以及回火处理。
所述整体预热温度为250～400℃，时间为15～30h。
所述表面淬火方式为双频感应淬火，表面淬火处理温度为930℃～980℃。
所述双频感应淬火的工频功率为50Hz，中频频率为250～350Hz，工频及中频感应圈加热宽度为100～160mm，感应圈行走速度为0.5～1.5mm/s。
所述深冷处理温度为-160～-100℃，时间为2～4h。
所述回火处理温度为100～150℃，时间为60～120h。
上述精加工包括半精磨和精磨，半精磨进刀量控制在0.010～0.035mm，精磨进刀量控制在0.002～0.008mm。
本发明具有的积极效果：
（1）本发明一方面通过优化成分（降低铬含量+增加镍含量），另一方面通过优化制造环节，从而有效控制成分偏析以及碳化物偏聚等问题，避免由于成分偏析或碳化物偏聚而导致后续镀铬或毛化产生的异常纹理，最终能够得到组织成分均匀、碳化物分布合理的工作辊，满足镀锡光整机工况要求。
（2）本发明在冶炼过程中通过控制电渣熔速，从而能够有效降低成分偏析，从而达到控制液析碳化物的目的。
（3）本发明在锻造过程中采用两次分段高温均质化以及两次镦粗+两次拔长的锻造工艺，进一步确保辊坯中液析碳化物的均匀化、细小化。
（4）本发明在锻造过程采用优化的锻后热处理工艺，最大限度的控制二次碳化物的析出，避免由于后续使用时镀铬或毛化所产生的异常纹理。
（5）通过上述优化，本发明采用常规预备热处理以及最终热处理即可得到辊身表面硬度高达95～100HSD、硬度均匀性好、辊面粗糙度达到0.8，同轴度达到0.02的工作辊，满足镀锡光整机工况要求。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的镀锡光整机专用工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.80%；硅0.60%；锰0.35%；磷≤0.020%；硫≤0.008%；铬4.50%；镍0.40%；钼0.40%；钒0.15%；其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的镀锡光整机专用工作辊的制造方法如下：
①冶炼电渣锭坯。
采用碱性电炉炼钢，经过精炼以及真空脱气后浇注成圆形模铸钢锭，模铸钢锭680℃退火后采用表面抛丸去除钢锭表面氧化及夹杂，电渣过程采用气氛保护电渣炉电渣，配以低阻抗二元渣系进行电渣，一支电极熔化形成一支电渣锭坯。
上述冶炼的关键之处在于：电渣熔速控制在350kg/h，这样能够有效降低成分偏析，从而达到控制液析碳化物的目的。
②锻造辊坯，具体包括：
a、高温均质化；先在1200℃的温度下进行第一次高温均质化，然后开坯锻造预拔长，再在1200℃的温度下进行第二次高温均质化。
b、锻造；采用一次墩粗后拔长、再次墩粗并拔长的工艺。
c、锻后热处理；采用喷雾冷却方式（以避免形成网状碳化物）冷却至520℃后，装炉正火加热，正火加热至960℃后出炉，再喷雾冷却至520℃后，空冷至400℃，装炉球化退火，球化退火加热至820℃后，以20℃/h降温至720℃，保温后缓慢冷却至250℃，出炉后粗加工得到辊坯。
本发明的锻造方法能够最大限度地提高高温均质化的效力，同时能够有效的破碎钢中的液析碳化物，可以保证低倍点状偏析≤1.0级，高倍组织液析≤1.0级。
③预备热处理。
先将辊坯加热到400℃进行预热10h，然后加热到900℃，进行调质淬火处理3h，最后在620℃的温度下进行回火处理20h。
这样既能够保证辊颈获得良好的机械性能以及一定的耐磨性，同时也会提高表面淬后使用层硬度及其均匀性，降低后期表面淬火变形。
④最终热处理。
首先，为了满足双频机床淬火时的温度功率要求，同时为了使辊套内部在淬火后获得良好的应力分布，表面淬火处理前，先在350℃的温度下进行充分的整体预热20h。
然后，采用双频表面淬火加热至960℃进行表面淬火处理；工频功率为50Hz，中频频率为300Hz，工频及中频感应圈加热宽度均为130mm，感应圈行走速度均为1.0mm/s。
接着，在-130℃的温度下进行深冷处理3h，以消除淬火残余奥氏体组织。
最后，在120℃的温度下进行低温回火120h，以稳定淬火后表面组织，减少残余应力。
通过上述最终热处理可以获得均匀细晶组织，辊身表面硬度可达99～100HSD，硬度均匀性≤2HSD，淬硬层深度高达28mm。
⑤精加工。
采用60/80#树脂砂轮，为防止磨削热变形及磨削烧伤，半精磨进刀量控制在0.02mm，精磨进刀量控制在0.006mm。
（实施例2～实施例3）
各实施例与实施例1的区别在于化学成分，具体见表1。
（对比例1）
对比例1与实施例1的区别在于化学成分，具体见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
碳 0.80% 0.80% 0.80% 0.80%
硅 0.60% 0.60% 0.60% 0.60%
锰 0.35% 0.35% 0.35% 0.35%
磷 ≤0.020% ≤0.020% ≤0.020% ≤0.020%
硫 ≤0.008% ≤0.008% ≤0.008% ≤0.008%
铬 4.50% 4.75% 4.25% 5.40%
镍 0.40% 0.25% 0.55% /
钼 0.40% 0.40% 0.40% 0.40%
钒 0.15% 0.15% 0.15% 0.15%
辊身表面硬度 99～100HSD 97～98HSD 98～99HSD 90～94HSD
硬度均匀性 ≤2HSD ≤2HSD ≤2HSD ≥3HSD
淬硬层深度 28mm 29mm 27mm 22mm

Claims (7)

1.一种镀锡光整机专用工作辊，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.70～0.90%；硅0.40～0.80%；锰0.20～0.50%；磷≤0.020%；硫≤0.008%；铬4.00～4.90%；镍0.20～0.60%；钼0.10～0.50%；钒0.05～0.30%；其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的镀锡光整机专用工作辊的制造方法，包括冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理、最终热处理以及精加工；其特征在于所述锻造辊坯的具体方法如下：
a、高温均质化；先在1200±20℃的温度下进行第一次高温均质化，然后开坯锻造预拔长，再在1200±20℃的温度下进行第二次高温均质化；
b、锻造；采用一次墩粗后拔长、再次墩粗并拔长的工艺；
c、锻后热处理；采用喷雾冷却方式冷却至500～550℃后，装炉正火加热，正火加热至930～980℃后出炉，再喷雾冷却至500～550℃后，空冷至350℃～450℃，装炉球化退火，球化退火加热至800～850℃后，以10～30℃/h降温至700～750℃，保温后缓慢冷却至200～300℃，出炉后粗加工得到辊坯。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述冶炼电渣锭坯中，电渣熔速控制在300～400kg/h。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述预备热处理的调质淬火温度为850℃～950℃。
5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述最终热处理包括整体预热、表面淬火处理、深冷处理以及回火处理；所述整体预热温度为250～400℃，所述表面淬火处理温度为930℃～980℃，所述深冷处理温度为-160～-100℃，所述回火处理温度为100～150℃。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述表面淬火方式为双频感应淬火，工频功率为50Hz，中频频率为250～350Hz，工频及中频感应圈加热宽度为100～160mm，感应圈行走速度为0.5～1.5mm/s。
7.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述精加工包括半精磨和精磨，半精磨进刀量控制在0.010～0.035mm，精磨进刀量控制在0.002～0.008mm。
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