CN112680586A - 一种大型轧辊的热处理方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轧辊热处理技术领域，公开了一种大型轧辊的热处理方法及其产品，所述热处理方法包括以下步骤：S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将所述大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850～900℃；S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，进行正火处理；S3.待正火处理后的上辊颈空冷至580～620℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；S4.待割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至520～580℃，进行高温扩散处理；S5.将高温扩散处理后的大型轧辊冷却，进行正火处理；S6.将正火处理后的大型轧辊冷却，进行回火处理；本发明达到了针对半钢材质的大直径轧辊，能够提高强度、韧性、耐磨性和抗热裂性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊热处理技术领域，具体是一种大型轧辊的热处理方法及其产品。
背景技术
轧辊主要由辊身、辊颈和轴头3部分组成，是在轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具。目前，现有的轧辊一般采用合金铸钢或半钢材质制作，但两者均存在诸多不足。一方面，合金铸钢材质的轧辊在使用中存在耐磨性差和在线磨损严重的缺点。另一方面，半钢材质的轧辊的耐磨性虽然比合金铸钢材质的轧辊有所提升，但其抗热烈性差，致使制造和使用前的准备工序所产生的残余应力和热应力，以及使用时进一步受到的各种周期的应力作用以及冷却不当等因素均会产生不良影响，从而使轧辊经常出现热裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤；而对于大直径的轧辊，因其内外温差大，产生的内应力极大，该现象则更为明显。
中国专利文献CN201310420047.9，申请日2013.09.16，名称为：一种石墨钢材质的粗轧辊，公开了一种粗轧辊，其合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：2.00～2.30％，Si：1.90～2.20％，Mn：1.00～1.20％，P≤0.03％；S≤0.03％，Cr：2.50～3.50％，Ni：1.30～2.00％，Mo：0.80～1.00％，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述专利文献通过合理控制石墨化元素和碳化物形成元素的含量及相应比例，结合对工艺的合理改进，使基体组织中含有一定数量且均匀分布的球型石墨，提高了轧辊的耐磨性能和抗热裂性能。但是，关于如何得到一种能够提高耐磨性和抗热裂性能的半钢材质的大直径轧辊的技术方案，则尚未提出。
因此，我们亟需一种能够提高耐磨性和抗热裂性能的半钢材质的大直径轧辊。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种大型轧辊的热处理方法，以至少达到针对半钢材质的大直径轧辊，能够提高耐磨性和抗热裂性能的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将所述大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850～900℃；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，进行正火处理；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至580～620℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至520～580℃，进行高温扩散处理；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊冷却，进行正火处理；
S6.将正火处理后的大型轧辊冷却，进行回火处理。
进一步的，所述大型轧辊的化学成分为：C：1.4～1.5％，Si：0.45～0.6％，Mn：0.65～0.75％，P≤0.035％，S≤0.03％，Cr：1.30～1.40％，Ni：1.35～1.45％，Mo：0.35～0.4％，V：0.05～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述大型轧辊的辊身直径为1500～1700mm。
进一步的，S1中，所述浇注成型的温度为1425～1435℃，时间为100～120s。
进一步的，S2中，所述正火处理的温度为850～900℃，时间为1.5h。
进一步的，S4中，所述高温扩散处理的温度为1040～1060℃，时间为42～48h。
进一步的，S5中，所述冷却具体为：将高温扩散处理后的大型轧辊风冷至610～650℃，然后空冷至580～600℃。
进一步的，S5中，所述正火处理的温度为920～980℃，时间为25～30h。
进一步的，S6中，所述冷却具体为：将正火处理后的大型轧辊出炉风冷至490～520℃，然后空冷至470～500℃。
进一步的，S6中，所述回火处理的温度为530～560℃，时间为53～55h。
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种由上述热处理方法处理得到的大型轧辊。
值得注意的是，本发明通过在半钢的化学成分中加入0.05～0.15％的V，使之在晶界面上形成弥散分布的难熔V(C、N)质点，阻碍晶介移动，抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而细化晶粒，达到了提高大型半钢轧辊的强度和韧性的效果。
同时，由于大型半钢轧辊的上辊颈冒口为砂型铸造，从而冷却速度慢。本发明的热处理方法中，通过将所述上辊颈型内冷却至850～900℃并脱模，再将其空冷至580～620℃，使其上辊颈的组织由奥氏体快速冷却转变为渗碳体和珠光体；随后，通过对所述大型轧辊进行高温扩散处理，并采用风冷使之强制冷却，使其组织由奥氏体转变为渗碳体和珠光体；最后，通过对所述大型轧辊进行正火处理，并采用风冷使之强制冷却，使其组织由奥氏体转变为索氏体基体和均匀分布的颗粒状碳化物，达到了提高所述大型轧辊的耐磨性和抗热裂性的效果。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种大型轧辊的热处理方法，通过在半钢的化学成分中加入0.05～0.15％的V，使之在晶界面上形成弥散分布的难熔V(C、N)质点，阻碍晶介移动，抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而细化晶粒，达到了提高大型半钢轧辊的强度和韧性的效果。
2.本发明的一种大型轧辊的热处理方法，通过包括型内冷却-脱模-正火-空冷、高温扩散处理-风冷、正火处理后-风冷的3次热处理，使得所述大型轧辊的组织由奥氏体依次转变为渗碳体+珠光体、渗碳体+珠光体、索氏体基体+均匀分布的颗粒状碳化物，达到了提高所述大型轧辊的耐磨性和抗热裂性的效果。
附图说明
图1为实施例1制得的大型轧辊的金相组织图；
图2为对照例制得的大型轧辊的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850℃；其中，浇注成型的温度为1425℃，时间为100s；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，在850℃的条件下正火处理1.5h；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至580℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至520℃，在1040℃的条件下高温扩散处理42h；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊吊上旋转装置，用风机吹风冷却至610℃，然后空冷至580℃，再在920℃的条件下正火处理25h；
S6.将正火处理后的大型轧辊出炉并吊上旋转装置，用风机吹风冷却至490℃，然后空冷至470℃，再在530℃的条件下回火处理53h；
其中，大型轧辊的辊身直径为1500m，化学成分为：C：1.4％，Si：0.45％，Mn：0.65％，P：0.012％，S：0.015％，Cr：1.30％，Ni：1.35％，Mo：0.35％，V：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至900℃；其中，浇注成型的温度为1435℃，时间为120s；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，在900℃的条件下正火处理1.5h；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至620℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至580℃，在1060℃的条件下高温扩散处理48h；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊吊上旋转装置，用风机吹风冷却至650℃，然后空冷至600℃，再在980℃的条件下正火处理30h；
S6.将正火处理后的大型轧辊出炉并吊上旋转装置，用风机吹风冷却至520℃，然后空冷至500℃，再在560℃的条件下回火处理55h；
其中，大型轧辊的辊身直径为1700m，化学成分为：C：1.5％，Si：0.6％，Mn：0.75％，P：0.035％，S：0.03％，Cr：1.40％，Ni：1.45％，Mo：0.4％，V：0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例3
一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至880℃；其中，浇注成型的温度为1430℃，时间为115s；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，在860℃的条件下正火处理1.5h；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至600℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至560℃，在1050℃的条件下高温扩散处理45h；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊吊上旋转装置，用风机吹风冷却至630℃，然后空冷至600℃，再在960℃的条件下正火处理28h；
S6.将正火处理后的大型轧辊出炉并吊上旋转装置，用风机吹风冷却至510℃，然后空冷至490℃，再在550℃的条件下回火处理55h；
其中，大型轧辊的辊身直径为1700m，化学成分为：C：1.5％，Si：0.6％，Mn：0.75％，P：0.035％，S：0.03％，Cr：1.3％，Ni：1.4％，Mo：0.35％，V：0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例4
一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850℃；其中，浇注成型的温度为1435℃，时间为120s；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，在870℃的条件下正火处理1.5h；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至620℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至520℃，在1040℃的条件下高温扩散处理42～48h；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊吊上旋转装置，用风机吹风冷却至610℃，然后空冷至580℃，再在980℃的条件下正火处理25h；
S6.将正火处理后的大型轧辊出炉并吊上旋转装置，用风机吹风冷却至520℃，然后空冷至470℃，再在530℃的条件下回火处理55h；
其中，大型轧辊的辊身直径为1500m，化学成分为：C：1.4％，Si：0.45％，Mn：0.65％，P：0.035％，S：0.03％，Cr：1.30％，Ni：1.35％，Mo：0.35％，V：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例5
一种大型轧辊的热处理方法，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850～900℃；其中，浇注成型的温度为1428℃，时间为105s；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，在890℃的条件下正火处理1.5h；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至590℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至530℃，在1045℃的条件下高温扩散处理42～48h；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊炉冷至620℃，然后空冷至585℃，再在930℃的条件下正火处理27h；
S6.将正火处理后的大型轧辊出炉风冷至500℃，然后空冷至480℃，再在540℃的条件下回火处理54h；
其中，大型轧辊的辊身直径为1600m，化学成分为：C：1.45％，Si：0.5％，Mn：0.7％，P：0.03:％，S：0.02％，Cr：1.35％，Ni：1.40％，Mo：0.4％，V：0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对照例
采用本发明实施例1中的热处理方法得到的大型轧辊的各项指标与对照例1进行对比，其中，对照例1的热处理方法中，在步骤S1～S3替换为：提供浇注成型的大型轧辊，并将大型轧辊的上辊颈在型内冷却至200℃，将其脱模并快速割除冒口；其他如用量、步骤等条件与本发明实施例1均相同(本对照例相比于实施例1，直接将大型轧辊冷却至200℃，将其脱模并快速割除冒口，用于证明本发明的热处理方法效果更好)。
试验效果
1.为了验证本发明的热处理方法得到的大型轧辊的性能，对实施例1～5以及对照例制得的大型轧辊的硬度、碳化物、抗拉强度、延伸率和开裂情况等性能进行了测试。结果如下表所示：
由上表可知，相比于实施例1～5，对照例的硬度和碳化物含量无明显差异，但抗压强度和延伸率明显降低，并且出现了严重开裂的情况。
2.为了验证本发明的热处理方法得到的大型轧辊的性质，对实施例1以及对照例制得的大型轧辊的金相组织进行了测试。
由图1可知，实施例1制得的大型轧辊的金相组织为索氏体和均匀分布的颗粒状碳化物；由图2可知，对照例制得的大型轧辊的金相组织为索氏体、颗粒碳化物和大量长状的魏氏体形碳化物。
综上所述，本发明的一种大型轧辊的热处理方法，针对半钢材质的大直径轧辊，达到了提高耐磨性和抗热裂性能的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种大型轧辊的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.提供浇注成型的大型轧辊，并将所述大型轧辊的上辊颈在型内冷却至850～900℃；
S2.将型内冷却后的上辊颈脱模，进行正火处理；
S3.待正火处理后的上辊颈空冷至580～620℃，将大型轧辊脱模并快速割除冒口；
S4.将割除冒口后的大型轧辊进一步冷却至520～580℃，进行高温扩散处理；
S5.将高温扩散处理后的大型轧辊冷却，进行正火处理；
S6.将正火处理后的大型轧辊冷却，进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述大型轧辊的化学成分为：C：1.4～1.5％，Si：0.45～0.6％，Mn：0.65～0.75％，P≤0.035％，S≤0.03％，Cr：1.30～1.40％，Ni：1.35～1.45％，Mo：0.35～0.4％，V：0.05～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述大型轧辊的辊身直径为1500～1700mm。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S1中，所述浇注成型的温度为1425～1435℃，时间为100～120s。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S2中，所述正火处理的温度为850～900℃，时间为1.5h。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S4中，所述高温扩散处理的温度为1040～1060℃，时间为42～48h。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S5中，所述冷却具体为：将高温扩散处理后的大型轧辊风冷至610～650℃，然后空冷至580～600℃。
7.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S5中，所述正火处理的温度为920～980℃，时间为25～30h。
8.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S6中，所述冷却具体为：将正火处理后的大型轧辊出炉风冷至490～520℃，然后空冷至470～500℃。
9.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，S6中，所述回火处理的温度为530～560℃，时间为53～55h。
10.由权利要求1～9任一项所述的热处理方法处理得到的大型轧辊。
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