CN110791707B - 轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊及其制造方法，该热粗轧工作辊成分如下：碳0.35～0.65%；硅0.80～1.60%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬4.00～6.50%；镍0.10～0.40%；钼1.00～2.50%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；该热粗轧工作辊的最终热处理中的回火处理采用两阶段回火方式；其中，第一阶段回火温度为500～570℃，时间为15～80h；第二阶段回火温度比第一阶段回火温度低10～20℃，时间为15～80h。本发明通过优化合金成分及相应的热处理工艺，最终能够得到高回火温度、高硬度的热粗轧工作辊。

Description

轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊及其制造方法
技术领域
本发明属于热轧辊技术领域，具体涉及一种轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊及其制造方法。
背景技术
轧制有色金属时，例如铝板在粗轧时，因铝板出炉温度一般约500℃，考虑到轧制时有一定的冷却液，因此目前常用的锻钢Cr3材质（例如70Cr3Mo、70Cr3NiMo等）以及Cr5材质基本可以满足使用要求，且与工况条件相匹配的热轧辊辊身表面硬度范围基本限制在60～75HSD。
随着近年来对板材质量的提升，部分客户已要求在热粗轧时辊身表面硬度需大于80HSD，而目前采用的材质在达到此硬度范围时回火温度基本在350℃以下，且部分铝板在轧制时有一定时间的干轧，即在轧制初期没有冷却液的情况，因此导致目前的产品在使用时经常出现热烧伤裂纹，导致无法正常使用，已无法匹配此工况。
中国专利文献CN106011665A公开了一种新材质大型铝热轧机精轧工作辊及其感应淬火方法，该热精轧工作辊的化学组分如下：碳0.40～0.85%；硅0.40～0.80%；锰0.40～0.80%；磷≤0.020%；硫≤0.020%；铬3.50～5.50%；镍0.30～0.70%；钼0.50～1.20%；钒0.30～0.70%。该热精轧工作辊的回火温度为325℃，回火后（辊身表面）硬度只有77-78HSD。
中国专利文献CN103409696A公开了一种轧制有色金属的热轧辊及其制造方法，该热轧辊的化学组分如下：碳0.50～0.80%；硅0.30～1.20%；锰0.20～1.00%；磷≤0.025%；硫≤0.020%；铬4.50～6.00%；镍0.20～0.80%；钼0.20～1.00%；钒0.10～0.50%；其余为铁和不可避免的杂质。该热轧辊的制造方法包括：a、炼制钢锭；b、锻造辊坯；c、调质及机械加工；d、淬火热处理；e、回火处理。该热轧辊的淬火温度为950～1000℃，回火温度为400～450℃，辊身表面硬度为73～83HSD；其中，辊身表面硬度相对较高的实施例3、5的回火温度则是最低的400℃和410℃。
中国专利文献CN103436802A公开了一种轧制钛板用的热轧辊及其制造方法，该热轧辊的化学组分如下：碳0.30～0.50%；硅0.60～2.00%；锰0.20～1.00%；磷≤0.025%；硫≤0.020%；铬4.50～6.00%；镍0.05～0.65%；钼1.00～2.00%；钒0.50～1.50%；其余为铁和不可避免的杂质。该热轧辊的制造方法包括：炼制钢锭、锻造辊坯、调质及机械加工、淬火热处理、回火处理等。该热轧辊的淬火温度为1000～1050℃，回火温度为520～650℃，辊身表面硬度不超过75HSD。
中国专利文献CN103436789A公开了一种轧制铝材用的热轧辊及其制造方法，该热轧辊的化学组分如下：碳0.50～0.80%；硅0.20～1.50%；锰0.20～1.00%；磷≤0.025%；硫≤0.025%；铬4.50～6.00%；钼0.50～2.00%；钒0.10～1.00%；其余为铁和不可避免的杂质。该热轧辊的制造方法包括：炼制钢锭、锻造辊坯、调质及机械加工、淬火热处理、回火处理等。该热轧辊的淬火温度为950～1010℃，回火温度为400～600℃，辊身表面硬度为73～82HSD；其中，实施例3采用500℃的回火温度获得78～82HSD的辊身表面硬度，然而实施例3的热轧辊中锰和钒的含量均达到1.00%，且碳含量也较高，尤其是总合金含量超过10%，属于高合金钢材质。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种在回火温度超过500℃的情况下、辊身表面硬度仍然能够达到80HSD以上的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊及其制造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊，其化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅0.80～1.60%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬4.00～6.50%；镍0.10～0.40%；钼1.00～2.50%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；其中，硅+钼为2.50～3.50%，锰+钒≤1.00%。
作为优选，上述轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅1.10～1.60%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬4.80～5.20%；镍0.10～0.40%；钼1.20～2.10%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；其中，硅+钼为2.80～3.20%，锰+钒≤0.90%；
作为进一步优选，其中，硅+铬+钼为8.00%。
作为更进一步优选，上述轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅1.30%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬5.00%；镍0.10～0.40%；钼1.70%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；其中，锰+钒≤0.80%。
上述轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊总合金元素含量以不超过10%为佳。
上述轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的制造方法，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。
上述预备热处理包括第一次预热、第二次预热、调质淬火处理以及回火处理。
所述第一次预热温度为300～450℃，时间为10～30h。
所述第二次预热温度为550～700℃，时间为15～25h。
所述调质淬火处理温度为930～1030℃，时间为1～5h。
所述回火处理温度为600～650℃，时间为10～30h。
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750～900℃，时间为10～20h。
所述表面淬火方式为工频感应淬火，表面淬火处理温度为1000～1050℃，时间为1～3h。
所述深冷处理温度为-170～-100℃，时间为2～5h。
常规热轧工作辊的回火处理均为一次回火，且回火温度偏低，本发明为了保证碳化物的析出以及残留奥氏体的分解，使得产品在高温回火温度下仍有较高的辊身表面硬度，回火处理采用两阶段回火方式。
其中，第一阶段回火温度为500～570℃，时间为15～80h；第二阶段回火温度比第一阶段回火温度低10～20℃，时间为15～80h。
本发明具有的积极效果：本发明一方面通过优化热粗轧工作辊的合金成分，另一方面通过匹配该合金成分的热处理工艺，最终能够得到回火温度在500℃以上、辊身表面硬度仍然可达80HSD以上的高回火温度、高硬度的热粗轧工作辊，且硬度均匀性以及淬硬层深度均满足技术要求，而且经现场使用未出现裂纹等质量问题。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的化学成分及重量百分比如下：碳0.50%；硅1.30%；锰0.30%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬5.00%；镍0.25%；钼1.70%；钒0.40%；其余为铁和不可避免的杂质。
本实施例的轧制有色金属的高硬度热粗轧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。
②预备热处理。
先将辊坯在加热炉的第一档温度区间（本实施例为380℃）进行第一次预热20h，然后在加热炉的第二档温度区间（本实施例为620℃）进行第二次预热20h，接着在加热炉的第三档温度区间（本实施例为980℃）进行调质淬火处理3h，最后在620℃的温度下进行回火处理20h。
③最终热处理。
首先，在820℃的温度下进行整体预热15h。
然后，采用工频连续感应加热至1020℃进行表面淬火处理2h。
接着，在-130℃的温度下进行深冷处理3.5h。
最后，接着先在520℃的温度下进行第一阶段回火处理40h，再在510℃的温度下进行第二阶段回火处理40h。
本实施例的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的相关性能参数见表1。
（实施例2～实施例5）
各实施例与实施例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 实施例4 实施例5
碳 0.50% 0.35% 0.65% 0.50% 0.50%
硅 1.30% 1.30% 1.30% 1.20% 1.40%
锰 0.30% 0.50% 0.10% 0.30% 0.30%
磷 ≤0.015% ≤0.015% ≤0.015% ≤0.015% ≤0.015%
硫 ≤0.010% ≤0.010% ≤0.010% ≤0.010% ≤0.010%
铬 5.00% 5.00% 5.00% 5.20% 4.80%
镍 0.25% 0.40% 0.10% 0.25% 0.25%
钼 1.70% 1.70% 1.70% 1.60% 1.80%
钒 0.40% 0.20% 0.60% 0.40% 0.40%
辊身表面硬度 83-84HSD 82-83HSD 82-83HSD 80-81HSD 81-82HSD
淬硬层深度 51～53mm 52～54mm 52～53mm 53～55mm 53～54mm
硬度均匀性 ≤2HSD ≤2HSD ≤2HSD ≤2HSD ≤2HSD
（实施例6～实施例9）
各实施例与实施例1的区别在于热处理工艺，具体见表2。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE002

Claims (9)

1.一种轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的制造方法，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：所述最终热处理中的回火处理采用两阶段回火方式；其中，第一阶段回火温度为500～570℃，时间为15～80h；第二阶段回火温度比第一阶段回火温度低10～20℃，时间为15～80h；
其化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅0.80～1.60%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬4.00～6.50%；镍0.10～0.40%；钼1.00～2.50%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；
其中，硅+钼为2.50～3.50%，锰+钒≤1.00%。
2.根据权利要求1所述的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的制造方法，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅1.10～1.60%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬4.80～5.20%；镍0.10～0.40%；钼1.20～2.10%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；
其中，硅+钼为2.80～3.20%，锰+钒≤0.90%。
3.根据权利要求2所述的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的制造方法，其特征在于：其中，硅+铬+钼为8.00%。
4.根据权利要求3所述的轧制有色金属的高硬度热粗轧工作辊的制造方法，其特征在于：其化学成分及重量百分比如下：碳0.35～0.65%；硅1.30%；锰0.10～0.50%；磷≤0.015%；硫≤0.010%；铬5.00%；镍0.10～0.40%；钼1.70%；钒0.20～0.60%；其余为铁和不可避免的杂质；
其中，锰+钒≤0.80%。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述预备热处理的调质淬火处理温度为930～1030℃，回火处理温度为600～650℃。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述预备热处理的调质淬火处理之前包括两次预热，第一次预热温度为300～450℃，第二次预热温度为550～700℃。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述最终热处理的表面淬火处理温度为1000～1050℃，表面淬火方式为工频感应淬火。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述最终热处理的表面淬火处理与回火处理之间还包括-170～-100℃的深冷处理。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述最终热处理的表面淬火处理之前还包括750～900℃的整体预热。
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