CN113235001A - 具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有色金属铸轧生产装备技术领域，提出一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法，该辊套中各成分及重量百分含量分别为：C：0.28～0.36，Si：0.4～0.6，Mn：0.35～0.65，Cr：3.0～3.6，Mo：1.4～1.8，V：0.15～0.25，Ni：0.1～0.5，Nb：0.08～0.52，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。该加工方法包括：先按照上述辊套中各成分及重量百分含量进行配料并铸造成钢锭，再对钢锭进行锻制成型、粗加工、热处理、精加工后得设定壁厚的辊套，并再进行时效处理及配研后得终品。本辊套具有高传热效率和高抗热疲劳性能。

Description

具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法
技术领域
本发明属于有色金属铸轧生产装备技术领域，具体涉及一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法，适用在铝带铸轧机的铸轧辊上的关键部件。
背景技术
铸轧生产工艺以其流程短、效率高、能耗低等优势，以成为现代工业生产的共同认识。但高速化连铸连轧工业化生产还尚未成熟，其技术更有待发展，尤其是在如何实现高速铸轧的装备方面尚需解决诸多技术难题，目前还没有可靠成熟的高效冷却和高抗热疲劳的装备。但对于铸轧生产技术而言，其关键核心技术中之一就是铸轧结晶辊，尤其是结晶辊的辊套如何实现高效率冷却和高抗热疲劳的能力是最为关键的核心技术之一，如何确保结晶辊套的高温抗疲劳性能以及高效冷却的传热性能，以是现有高速铸轧生产中的技术难题。因铸轧生产工艺技术实际上就是在两个相对旋转的铸轧辊之间将辊缝区域处的熔融铝液快速进行冷却，并在冷却的同时迅速的进行轧制，所以这种结晶铸轧辊就必须要具备快速冷却的能力和高强抗压能力，才能满足未来高速铸轧生产技术的需求。其中，如何提高铸轧辊辊套的抗热疲劳性能和高效冷却能力，以降低铸轧生产成本，提高生产效率，提高高速铸轧生产的能力，以是现有高速铸轧研究中的重要课题和未来高速化铸轧生产技术的迫切需求。
而现有常规铸轧生产中使用的辊套材质为32Cr3Mo1V，该材质受其合金元素成分的限制，其本身机械性能不够高，且热处理后其本身机械性能的改善不够显著，以及加工工艺技术不够先进，进而这种辊套在实际使用中，不仅铸轧辊的使用寿命短，成本较高，而且辊套厚重，传热效率低，更换操作不易，同时生产效率低下。尽管常规铸轧辊的辊套壁厚度多达70～90mm, 但在实际使用时该辊套仍然出现开裂、塌陷、爆辊或断套等现象。因而要提高铸轧速度，就必须从根本上深入解决铸轧辊套的高效的传热效率和高抗热疲劳性能等问题。具体分析如下：
1.因铸轧工艺条件的特点，其铸轧辊套在生产过程中必须经受周期的交变铸轧载荷和热应力负荷，这迫使辊套使用一段时间后，可能出现热疲劳，出现裂纹或爆破或断套等风险，因而需要研究特种材质的结晶辊套，以具备高能的抗热疲劳性能和高效的传热性能。
2.因加工结晶辊的方式方法不合理或热处理手段不够恰当，或装配不够合适等，导致铸轧辊辊套的累积了加工应力，以及装配缺陷应力，这使得铸轧辊存在潜在的开裂或爆裂或松套等缺陷因素，因而需要研制合理的加工工艺方案和装配工艺，以及合适的数据，以满足特种工况的铸轧辊辊套的使用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法，旨在解决现有技术中因冷却效率低、抗热疲劳低而导致爆裂、断辊等不良问题，使铸轧辊具有优良的高效换热能力和高抗热疲劳能力，从而为满足优质生产提供了一种措施。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，该高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.28～0.36，Si：0.4～0.6，Mn：0.35～0.65，Cr：3.0～ 3.6，Mo：1.4～1.8，V：0.15～0.25，Ni：0.1～0.5，Nb：0.08～0.52，S≤0.12，P≤0.12， B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
进一步，该高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.28，Si：0.4，Mn：0.35，Cr：3.0，Mo：1.8，V：0.25，Ni：0.5，Nb：0.08，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
进一步，该高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.3，Si：0.45，Mn：0.45，Cr：3.2，Mo：1.72，V：0.22，Ni：0.4，Nb：0.15，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
进一步，该高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.33，Si：0.52，Mn： 0.56，Cr：3.42，Mo：1.55，V：0.18，Ni：0.2，Nb：0.35，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
进一步，该高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.36，Si：0.6，Mn：0.65，Cr：3.6，Mo：1.4，V：0.15，Ni：0.1，Nb：0.52，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
本发明还提供一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，包括：先按照上述的高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量进行配料，并经熔炼、搅拌、除气精炼、清渣后铸造成钢锭；再对钢锭按照不小于三倍压缩比进行锻制成型为辊套粗坯；再对辊套粗坯依次进行粗加工、热处理、精加工后得设定壁厚的辊套；最后，再对辊套进行时效处理及配研后得终品。
优选的，控制：熔炼温度在1520～1540℃，精炼温度在1510～1530℃，钢锭锻制温度在 1000～1200℃。
优选的，将热处理分作两个阶段，第一阶段温度控制在890～910℃，第二阶段温度控制在610～640℃。
优选的，辊套设定的壁厚S满足：5≤S≤20；单位为mm。
优选的，辊套产品的布氏硬度不低于HB480，塑性强度不低于1750Mpa。
本发明的优点在于：本发明具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套及加工方法，能够使铸轧辊具有优良的高效换热能力和高抗热疲劳能力，并能满足于未来高速铝带铸轧快速生产要求，且有效的解决了现有铸轧辊中的换热能力不足、铸辊辊套热疲劳低下、生产效率低等问题，以适应高质量、高效率铝带铸轧生产的要求。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1显示为本实施例提供的高速铝带辊式铸轧辊的双高结晶辊辊套的新型结构示意图；
图2为本实施例提供的双高结晶辊辊套的冷却转变处理曲线；
图3为本实施例提供的双高结晶辊辊套的等温转变热处理曲线。
附图标记：1为高速铸轧辊套。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-3所示，本发明提及的一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，该高速铸轧辊套1中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.28～0.36，Si：0.4～0.6，Mn：0.35～ 0.65，Cr：3.0～3.6，Mo：1.4～1.8，V：0.15～0.25，Ni：0.1～0.5，Nb：0.08～0.52，S ≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
本高速铸轧辊套中涉及的硅元素可使之热裂倾向小；锰元素在铸造中起到提高高温性能的作用，并可以细化材料组织，提高再结晶温度，增强其耐热性；铬元素能提高其强度和硬度；钼元素的作用是具有较强的碳化物形成能力,使较低含碳量的合金钢也具有较高的硬度，并能够阻止奥氏体化的晶粒粗大；钒元素可细化组织晶粒，提高其强度和韧性，且钒与碳形成的碳化物VC具有高熔点、高硬度特性；镍元素和铁元素能无限固溶，能够强化铁素体并细化和增多珠光体，提高其强度；铌元素在辊套粗坯锻制中能推迟晶粒长大和发生再结晶来细化晶粒。这样，采用特种化学成分配制的原材料，并采用定制加工工艺技术，研制成具有特定壁厚和特种物化性质的铸轧辊辊套，能有效满足高效换热能力和高抗热疲劳性能的双高辊套，能很好的适应高速铸轧的生产需求，能有效的解决低效、热疲劳差等问题，这种新型的双高结晶辊辊套既可适用于高强铝合金薄带高速辊式铸轧生产中铸轧辊的要求，也可适用于中低速厚带辊式铸轧生产中铸轧辊的需求，尤其适应高强合金高速薄带辊式铸轧生产中高效结晶铸轧辊的需求。
在本实施例中的高速铸轧辊套1的壁厚S满足：5≤S≤20；单位为mm。
本高速铸轧辊套的加工方法包括：首先，按照上述的高速铸轧辊套1中各成分及其重量百分含量进行配料，并经熔炼、搅拌、除气精炼、清渣后铸造成钢锭，其中需确保化学成分百分比及均匀性，并且材料制备的熔炼温度准确控制在1520～1540℃，精炼温度准确控制在 1510～1530℃；再对钢锭按照不小于三倍压缩比进行锻制成型为辊套粗坯，并控制钢锭锻制温度在1000～1200℃；再对辊套粗坯依次进行粗加工、热处理、精加工后得设定壁厚的辊套半成品，并将热处理分作两个阶段，第一阶段温度控制在890～910℃，第二阶段温度控制在 610～640℃；最后，再对辊套半成品进行时效处理及配研后得辊套终品，且辊套产品的布氏硬度不低于HB480，塑性强度不低于1750Mpa。本加工方法通过原材料组织、工艺条件控制及成品尺寸规定，从根本上深入解决铸轧辊套的高效的传热效率和高抗热疲劳性能，使得其相比于现有辊套形式，不会因冷却效率低、抗热疲劳低而导致爆裂、断辊等不良问题。
具体的，如下面的表1所示的实施例1-4辊套中成分及其重量百分含量。
表1：实施例1-4辊套中成分及其重量百分含量
Figure BDA0003049233570000051
经试验结果为表2所示。
表2：实施例1-4的实验结果
Figure BDA0003049233570000052
上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱开本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，其特征在于，所述高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.28～0.36，Si：0.4～0.6，Mn：0.35～0.65，Cr：3.0～3.6，Mo：1.4～1.8，V：0.15～0.25，Ni：0.1～0.5，Nb：0.08～0.52，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，其特征在于，所述高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.28，Si：0.4，Mn：0.35，Cr：3.0，Mo：1.8，V：0.25，Ni：0.5，Nb：0.08，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，其特征在于，所述高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.3，Si：0.45，Mn：0.45，Cr：3.2，Mo：1.72，V：0.22，Ni：0.4，Nb：0.15，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，其特征在于，所述高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.33，Si：0.52，Mn：0.56，Cr：3.42，Mo：1.55，V：0.18，Ni：0.2，Nb：0.35，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
5.根据权利要求1所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套，其特征在于，所述高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量分别为：C：0.36，Si：0.6，Mn：0.65，Cr：3.6，Mo：1.4，V：0.15，Ni：0.1，Nb：0.52，S≤0.12，P≤0.12，B≤0.01；其余为Fe及不可避免杂质。
6.一种具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，其特征在于，包括：先按照如权利要求1-5任一项所述的高速铸轧辊套中各成分及其重量百分含量进行配料，并经熔炼、搅拌、除气精炼、清渣后铸造成钢锭；再对钢锭按照不小于三倍压缩比进行锻制成型为辊套粗坯；再对辊套粗坯依次进行粗加工、热处理、精加工后得设定壁厚的辊套半成品；最后，再对辊套半成品进行时效处理及配研后得辊套产品。
7.根据权利要求6所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，其特征在于，控制：熔炼温度在1520～1540℃，精炼温度在1510～1530℃，钢锭锻制温度在1000～1200℃。
8.根据权利要求6所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，其特征在于，将热处理分作两个阶段，第一阶段温度控制在890～910℃，第二阶段温度控制在610～640℃。
9.根据权利要求6所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，其特征在于，辊套设定的壁厚S满足：5≤S≤20；单位为mm。
10.根据权利要求6所述的具有高传热率和高抗热疲劳的高速铸轧辊套加工方法，其特征在于，辊套产品的布氏硬度不低于HB480，塑性强度不低于1750Mpa。
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