CN111715829B - 一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，属于轧辊锻造方法技术领域。为解决现有大台阶差辊坯锻造过程中超声波探伤合格率低的问题，本发明提供了一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，包括钢锭加热→第一火变形→第二火变形→第三火锻造→热处理；第三火锻造时辊坯的辊身和辊颈变形量均为20～25％，先依次将两侧辊颈锻至产品要求尺寸，再精整辊身；两侧辊颈锻造温度不低于950℃、辊身精整温度为850～900℃。本发明通过优化最后一火次的变形量和精准控制辊身、辊颈锻造温度提高了此类产品超声波探伤一次合格率，在不增加锻造火次的情况下使大台阶差辊坯超声波探伤一次合格率达到96.5％以上。
Description
技术领域
本发明属于轧辊锻造方法技术领域，尤其涉及一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法。
背景技术
提高轧材内在质量和精度，降低生产成本是当今轧钢领域的重要研究课题。轧制新技术的应用可有效地提高轧材的质量，但同时也对轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。改变轧辊材质是提高轧辊性能的首要措施，轧辊材质发展的趋势是广泛使用合金元素，而且合金化程度越来越高。冷轧带钢工作辊材质由Cr2钢发展到Cr3钢、Cr5钢，目前正在生产的一代辊坯主要以Cr5系列为主，占总产量的80％，也是市场上需求量最大的辊坯。
目前生产Cr5系列辊坯常采用大规格改制成小规格，故目前市场上对大规格辊坯的需求与日俱增。大规格辊坯的制备需采用较大的钢锭，钢锭原始偏析更为严重，锻造变形难度更大，需多火次多班组联合锻造。
大台阶差辊坯即辊坯两侧辊颈直径与辊身直径的差值一半≥100mm的辊坯。两侧大台阶差形状的大规格辊坯生产难度更大。现有锻造方法采用两侧辊颈一火次成型，最后成型火次生产时间长，造成锻造温度降低，没有足够时间进行锻造而产生较大的转角余量，且最后一台辊颈变形量大，易产生内裂缺陷，降低辊坯超声波探伤合格率，如遇设备故障等特殊情况，难以控制。为实现对最后火次变形量的控制，在锻造中还常采用两侧辊颈两火次锻造工艺，但这种方法能源消耗较大，不利于实际生产中成本的控制。
现有大台阶差辊坯锻造过程中因变形量大、锻造温度降低等原因往往易产生锻造内裂的缺陷，降低了辊坯的超声波探伤合格率，且辊坯规格越大，偏析对探伤质量的影响越大。辊身直径毛坯尺寸大于φ600mm的辊坯因偏析缺陷影响，超声波探伤合格率仅为89.31％，产生大量质量废品，造成严重的浪费。与此同时，辊坯锻造厂在制定生产工艺过程中为避免因过大的台阶差产生偏心，往往需要增加较大的转角余量，进一步增加了大台阶差辊坯的生产成本。
发明内容
为解决现有大台阶差辊坯锻造过程中因变形量大、锻造温度低造成辊坯内部缺陷，导致辊坯超声波探伤合格率较低的问题，本发明提供了一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法。
本发明的技术方案：
一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，具体包括钢锭加热→第一火镦粗、拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造；其中第二火辊身拔长和辊颈预变形尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20～25％变形量进行控制，使第三火锻造时辊坯的辊身和辊颈变形量均为20～25％，第三火锻造时先依次将两侧辊颈在不低于950℃的锻造温度下锻至产品要求尺寸，再在850～900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸。
进一步的，所述钢锭加热是将其加热至1190～1210℃并保温30～35h。
进一步的，所述钢锭加热具体工艺为将钢锭加热至400～450℃并保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800～850℃并保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190～1210℃并保温30～35h。
进一步的，钢锭进行第一火镦粗前2h将其保温温度由1190～1210℃再提升20℃，即在1210～1230℃保温2h后进行第一火镦粗。
进一步的，所述第一火镦粗的镦粗比为1.5～2.0，变形完成后返炉加热至1190～1210℃保温2～4h。
进一步的，所述第二火镦粗的镦粗比为1.5～2.0。
进一步的，所述第二火拔长时的温度不低于1000℃，拔长的压下量为100～120mm。
进一步的，第二火完成后返炉加热至1180℃并保温2～4h。
进一步的，第三火锻造的终锻温度为850～900℃。
本发明的有益效果：
本发明提供的大台阶差辊坯锻造方法通过优化最后一火次的变形量和精准控制辊身、辊颈锻造温度提高了此类产品超声波探伤一次合格率。利用返炉加热温度的提高和预留合适的锻造比保证在终锻温度前完成两侧辊颈的锻造及辊身精整，在不增加锻造火次的情况下使大台阶差辊坯超声波探伤一次合格率达到90％以上。
本发明锻造方法还能够提高辊坯高倍碳化物网状质量，提高精度尺寸和加工划线一次合格率，减少大台阶差处锻造余量，降低锻件毛坯工艺重量，降低偏心不合格返修率，降低原料投入成本，提升生产过程抵抗突发情况的能力，降低班组之间生产差异性，可基本实现标准化操作。
附图说明
图1为实施例1制备的大台阶差辊坯中1.5级网状碳化物的高倍照片；
图2为实施例1制备的大台阶差辊坯中2.0级网状碳化物的高倍照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种大台阶差辊坯的锻造方法，所用钢锭钢种为9Cr5Mo，钢锭重量11.2吨，结晶器φ920/950平均直径为φ935mm，长度为2080mm，大台阶差辊坯的目标尺寸为辊身直径φ690+8/-0，两端辊颈直径分别为φ345+5/-5、φ320+5/-5。
本实施例采用30MN水压机锻造，锻造过程具体包括钢锭加热→第一火镦粗、拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造，具体锻造过程如下：
钢锭加热：将钢锭装入燃气加热炉中加热，加热至400～450℃保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800～850℃保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190～1210℃保温30h，使钢锭温度均匀、透烧。为保证依次镦粗到位，在第一火变形镦粗前2h将保温温度提升20℃，即在1210～1230℃保温2h后开始第一火镦粗。
第一火镦粗、拔长：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ1000mm，变形完成后返炉加热至1190～1210℃保温3h。
第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再采用100～120mm的大压下量，在1000℃以上的温度条件下利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ830mm，然后对辊颈进行预变形，辊身拔长和辊颈预变形后的具体尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20～25％变形量进行控制。即在辊坯成品辊身工艺尺寸φ700mm的基础上预留1.4锻比的变形量，在两侧辊坯成品辊颈工艺尺寸φ345mm、φ320mm的基础上预留1.4锻比的变形量，第二火完成后返炉加热至1180℃保温4h。
第三火锻造：在不低于950℃温度条件下先锻造一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸，再锻造另一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸；最后在850～900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸，得到大台阶差辊坯毛坯锻件。
第三火锻造后获得的毛坯锻件空冷至辊身表面温度为400～450℃时装入热处理炉正火，正火温度为960±10℃，保温时间为10h，降温至350～400℃并保温11h，升温至680±10℃并保温50h，继续升温至850±10℃并保温20h，以≤20℃/h的降温速度降温至740±10℃并保温28h，继续以≤30℃/h的降温速度降温至680±10℃并保温90h，最后以≤20℃/h的降温速度降温至150℃出炉完成热处理。热处理过程能够细化晶粒，去氢球化退火，减少锻造应力，降低锻件硬度，利于后续加工。
采用GB/T13314-2008(锻钢冷轧工作辊通用技术条件)方法对本实施例制备的锻件进行超声波探伤，经检测本实施例锻造的辊坯锻件的超声波探伤合格率为96.5％。
本实施例利用第二火对两侧辊颈的预变形减少辊颈一火次成型过大的变形量带来超过材料塑性而产生的锻造裂纹，通过在第二火预留合适的锻造比以及精准控制第三火变形量减少锻造内裂的发生，本实施例锻造的辊坯超声波探伤合格率达到96.5％。同时本实施例的锻造方法还能够避免一火次成型方法中偏析缺陷发生几率，相应的台阶差处转角余量较一火次成型方法可缩减30～40％。相同尺寸的辊坯，与一火次成型方法相比，采用本实施例锻造方法可缩减转角余量100公斤，每侧可缩减50公斤，原料量节省最少0.13吨，减少锻件毛坯工艺重量，降低制造成本，利于实现批量生产。
本实施例锻造方法的终锻温度为850～900℃，在接近终锻温度下对辊身进行精整，能更好的破碎网状碳化物，提升了成品网状碳化物合格率。本实施例生产的辊坯的网状碳化物水平在满足技术要求≤2.5级的同时，部分可达2.0级，少数可达1.5级。具体网状碳化物的高倍照片见图1和图2，其中图1为网状碳化物1.5级，图2为网状碳化物2.0级。
本实施例在锻造过程中通过第二火辊颈的预变形缩短了第三火对辊颈进行锻造的时间，增加了对辊身的精整工序持续时间，使得偏心几率大大降低，锻造余量也大大降低，减少了原料投入，节省原料约0.13吨，使大台阶差辊坯一次超声波探伤合格率达到96.5％，成材率也提升了0.52％。
本实施例通过规范最后一火次锻造过程，使不同班组统一操作流程，降低班组之间生产差异性，可基本实现标准化操作，提升生产过程抵抗突发状况的能力，减少锻件毛坯工艺重量，满足产品质量要求，降低产品制造成本，有效减少偏心返修带来的能源消耗，避免生产周期的延长。
实施例2
本实施例提供了一种大台阶差辊坯的锻造方法，所用钢锭钢种为9Cr5Mo，钢锭重量11.2吨，结晶器φ920/950平均直径为φ935mm，长度为2080mm，大台阶差辊坯的目标尺寸为辊身直径φ690+8/-0，两端辊颈直径分别为φ345+5/-5、φ320+5/-5。
本实施例采用30MN水压机锻造，锻造过程具体包括钢锭加热→第一火镦粗、拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造，具体锻造过程如下：
钢锭加热：将钢锭装入燃气加热炉中加热，加热至400～450℃保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800～850℃保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190～1210℃保温30h，使钢锭温度均匀、透烧。为保证依次镦粗到位，在第一火变形镦粗前2h将保温温度提升20℃，即在1210～1230℃保温2h后开始第一火镦粗。
第一火镦粗、拔长：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ1000mm，变形完成后返炉加热至1190～1210℃保温3h。
第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再采用100～120mm的大压下量，在1000℃以上的温度条件下利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ900mm，然后对辊颈进行预变形，辊身拔长和辊颈预变形后的具体尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20～25％变形量进行控制。即在辊坯成品辊身工艺尺寸φ700mm的基础上预留1.6锻比的变形量，在两侧辊坯成品辊颈工艺尺寸φ345mm、φ320mm的基础上预留1.6锻比的变形量，第二火完成后返炉加热至1180℃保温4h。
第三火锻造：在不低于950℃温度条件下先锻造一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸，再锻造另一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸；最后在850～900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸，得到大台阶差辊坯毛坯锻件。
第三火锻造后获得的毛坯锻件空冷至辊身表面温度为400～450℃时装入热处理炉正火，正火温度为960±10℃，保温时间为10h，降温至350～400℃并保温11h，升温至680±10℃并保温50h，继续升温至850±10℃并保温20h，以≤20℃/h的降温速度降温至740±10℃并保温28h，继续以≤30℃/h的降温速度降温至680±10℃并保温90h，最后以≤20℃/h的降温速度降温至150℃出炉完成热处理。热处理过程能够细化晶粒，去氢球化退火，减少锻造应力，降低锻件硬度，利于后续加工。
采用GB/T13314-2008(锻钢冷轧工作辊通用技术条件)方法对本实施例制备的锻件进行超声波探伤，经检测本实施例锻造的辊坯锻件的超声波探伤合格率为90％。
实施例3
本实施例提供了一种大台阶差辊坯的锻造方法，所用钢锭钢种为9Cr5Mo，钢锭重量11.2吨，结晶器φ920/950平均直径为φ935mm，长度为2080mm，大台阶差辊坯的目标尺寸为辊身直径φ690+8/-0，两端辊颈直径分别为φ345+5/-5、φ320+5/-5。
本实施例采用30MN水压机锻造，锻造过程具体包括钢锭加热→第一火镦粗、拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造，具体锻造过程如下：
钢锭加热：将钢锭装入燃气加热炉中加热，加热至400～450℃保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800～850℃保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190～1210℃保温30h，使钢锭温度均匀、透烧。为保证依次镦粗到位，在第一火变形镦粗前2h将保温温度提升20℃，即在1210～1230℃保温2h后开始第一火镦粗。
第一火镦粗、拔长：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ1000mm，变形完成后返炉加热至1190～1210℃保温3h。
第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再采用100～120mm的大压下量，在1000℃以上的温度条件下利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ780mm，然后对辊颈进行预变形，辊身拔长和辊颈预变形后的具体尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20～25％变形量进行控制。即在辊坯成品辊身工艺尺寸φ700mm的基础上预留1.24锻比的变形量，在两侧辊坯成品辊颈工艺尺寸φ345mm、φ320mm的基础上预留1.4锻比的变形量，第二火完成后返炉加热至1180℃保温4h。
第三火锻造：在不低于950℃温度条件下先锻造一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸，再锻造另一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸；最后在850～900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸，得到大台阶差辊坯毛坯锻件。
第三火锻造后获得的毛坯锻件空冷至辊身表面温度为400～450℃时装入热处理炉正火，正火温度为960±10℃，保温时间为10h，降温至350～400℃并保温11h，升温至680±10℃并保温50h，继续升温至850±10℃并保温20h，以≤20℃/h的降温速度降温至740±10℃并保温28h，继续以≤30℃/h的降温速度降温至680±10℃并保温90h，最后以≤20℃/h的降温速度降温至150℃出炉完成热处理。热处理过程能够细化晶粒，去氢球化退火，减少锻造应力，降低锻件硬度，利于后续加工。
采用GB/T13314-2008(锻钢冷轧工作辊通用技术条件)方法对本实施例制备的锻件进行超声波探伤，经检测本实施例锻造的辊坯锻件的超声波探伤合格率为92.5％。
实施例4
本实施例提供了一种大台阶差辊坯的锻造方法，所用钢锭钢种为9Cr5Mo，钢锭重量11.2吨，结晶器φ920/950平均直径为φ935mm，长度为2080mm，大台阶差辊坯的目标尺寸为辊身直径φ690+8/-0，两端辊颈直径分别为φ345+5/-5、φ320+5/-5。
本实施例采用30MN水压机锻造，锻造过程具体包括钢锭加热→第一火镦粗、拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造，具体锻造过程如下：
钢锭加热：将钢锭装入燃气加热炉中加热，加热至400～450℃保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800～850℃保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190～1210℃保温30h，使钢锭温度均匀、透烧。为保证依次镦粗到位，在第一火变形镦粗前2h将保温温度提升20℃，即在1210～1230℃保温2h后开始第一火镦粗。
第一火镦粗、拔长：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ1000mm，变形完成后返炉加热至1190～1210℃保温3h。
第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形：利用镦粗平台进行镦粗，将钢锭镦粗至φ1200mm，高度1270mm，镦粗比为1.6，再采用100～120mm的大压下量，在1000℃以上的温度条件下利用拔长平台进行拔长，将钢锭拔长至φ750mm，然后对辊颈进行预变形，辊身拔长和辊颈预变形后的具体尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20～25％变形量进行控制。即在辊坯成品辊身工艺尺寸φ700mm的基础上预留1.15锻比的变形量，在辊坯成品辊颈工艺尺寸φ320mm的基础上预留1.4锻比的变形量，第二火完成后返炉加热至1180℃保温4h。
第三火锻造：在不低于950℃温度条件下先锻造一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸，再锻造另一侧辊颈至辊坯成品辊颈工艺尺寸；最后在850～900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸，得到大台阶差辊坯毛坯锻件。
第三火锻造后获得的毛坯锻件空冷至辊身表面温度为400～450℃时装入热处理炉正火，正火温度为960±10℃，保温时间为10h，降温至350～400℃并保温11h，升温至680±10℃并保温50h，继续升温至850±10℃并保温20h，以≤20℃/h的降温速度降温至740±10℃并保温28h，继续以≤30℃/h的降温速度降温至680±10℃并保温90h，最后以≤20℃/h的降温速度降温至150℃出炉完成热处理。热处理过程能够细化晶粒，去氢球化退火，减少锻造应力，降低锻件硬度，利于后续加工。
采用GB/T13314-2008(锻钢冷轧工作辊通用技术条件)方法对本实施例制备的锻件进行超声波探伤，经检测本实施例锻造的辊坯锻件的超声波探伤合格率为93.5％。
Claims (3)
1.一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，其特征在于，具体包括钢锭加热→第一火镦粗及拔长→第二火镦粗、拔长及两侧辊颈预变形→第三火锻造；钢锭进行第一火镦粗前2h将其保温温度由1190~1210℃再提升20℃，即在1210~1230℃保温2h后进行第一火镦粗，所述第一火镦粗的镦粗比为1.5~2.0，变形完成后返炉加热至1190~1210℃保温2~4h；所述第二火镦粗的镦粗比为1.5~2.0，所述第二火拔长时的温度不低于1000℃，第二火拔长的压下量为100~120mm，第二火拔长和辊颈预变形尺寸均按照辊坯产品尺寸基础上预留20~25%变形量进行控制，使第三火锻造时辊坯的辊身和辊颈变形量均为20~25%；第二火辊颈预变形完成后返炉加热至1180℃并保温2~4h，第三火锻造时先依次将两侧辊颈在不低于950℃的锻造温度下锻至产品要求尺寸，再在850~900℃温度下精整辊身至产品要求尺寸，所述第三火锻造的终锻温度为850~900℃；大台阶差辊坯的目标尺寸为辊身直径φ690+8/-0，两端辊颈直径分别为φ345+5/-5、φ320+5/-5。
2.根据权利要求1所述一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，其特征在于，所述钢锭加热是将其加热至1190~1210℃并保温30~35h。
3.根据权利要求2所述一种提高大台阶差辊坯超声波探伤合格率的锻造方法，其特征在于，所述钢锭加热具体工艺为将钢锭加热至400~450℃并保温3h，以小于100℃/h的升温速度升至800~850℃并保温3h，再以小于150℃/h的升温速度升至1190~1210℃并保温30~35h。
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