CN114262783B - 高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊及其制备方法，属于轧辊制造领域。本发明的复合轧辊包括轧辊芯轴、硬质合金轴套、凸度辊环三部分组成，轧辊芯轴为Cr12MoV或Cr12Mo1V1材质，热处理过程采用分级淬火+分级深冷+回火；硬质合金轴套材质为WC或TiC，经盐浴淬火后，用木槌辅助套入轧辊芯轴中部；凸度辊环同样经盐浴淬火，用木槌辅助套入轧辊芯轴两侧。本发明采用Cr12MoV或Cr12Mo1V1与WC或TiC材质相配合的嵌套复合轧辊，在有效提高轧辊的表面硬度的同时，保证足够的韧性满足第二代高温超导基带的复杂生产工况。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊制造技术领域，更具体地说，涉及高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊及其制备方法。
背景技术
轧辊是轧制过程中重要的消耗工具，它直接影响到轧件的尺寸精度和表面质量。第二代高温超导基带轧制过程中，对基带表面质量要求比较高，基带表面粗糙度要求≤0.04μm，而目前轧辊的普遍问题是硬度较低、耐磨性能较差，轧辊寿命达不到要求，甚至在使用过程中使辊面造成裂纹、剥落等破坏性损坏。
目前行业内的轧辊的结构普遍为整体式或复合式结构，整体式轧辊损坏后，只能进行整体更换，使其产品的成本提高。传统的轧辊已不能满足使用寿命和强韧性的要求，以轧辊辊身外层和芯部用不同材质制作的双金属复合轧辊已成为发展趋势和研究热点。如申请号201610760644X的申请案中公开了一种高速钢复合轧辊的生产方法，其辊套采用普碳钢代替部分高速钢使用，在保证辊套强度和耐磨性的同时，大大降低轧辊的生产成本；芯轴和辊套采用可拆卸连接且芯轴可重复使用，进一步降低轧辊的生产成本；芯轴采用锻钢代替球墨铸铁，增强了芯轴的强度，延长了轧辊的使用寿命。但锻钢的整体韧性较差，耐磨性相对较差，在轧辊中添加W、Mo、Cr、V等合金元素，通过控制碳、合金元素的含量，可以得到高显微硬度共晶碳化物来提高轧辊的硬度和耐磨性。
WC或TiC硬质合金辊环因具有较高的硬度和耐磨性，能够满足目前第二代高温超导基带的表面粗糙度要求，并使轧辊硬度高、耐磨性好、不易磨损，使用寿命高。如申请号2010105065127的申请案中公开了硬质合金复合辊，应用了WC硬质合金辊环，减少辊身的损耗，显著改善了产品尺寸精度，减少废品率，轧辊耐磨性好，从而提高轧机有效作业率，使轧机产量提高。
其次，适宜的热处理工艺能有效提高工作辊拉伸强度、疲劳强度、抗事故性和耐磨性，减少产生裂纹、剥落乃至断辊的危险性。随淬火温度升高，奥氏体中的碳含量和合金元素含量逐渐增加，工作辊硬度逐渐增高。如申请号2010105421009的申请案中公开的Cr12MoV轧辊的淬火工艺，淬火加热温度加热至1020℃，采用硝盐等温淬火，保证了轧辊的硬度，增加了使用中的耐磨性。但是Cr12MoV钢碳含量和合金含量高，相变温度高，淬透性好，导热性差而内应力大，在结晶过程中会形成大量的网状共晶碳化物，经等温淬火后，易产生变形或开裂等缺陷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中轧辊难以满足目前高温超导基带质量需求的情况，拟提供高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊及其制备方法，本发明的复合轧辊，结合其特殊的制备工艺，能有效将轧辊硬度、耐磨性提高，提高轧辊的使用寿命，提高第二代高温超导基带的生产效率，降低生产成本，对第二代高温超导基带大规模生产有较强的推动作用。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，包括轧辊芯轴、硬质合金轴套和凸度辊环，硬质合金轴套包覆于轧辊芯轴外侧中部位置，且硬质合金轴套两端分别设有凸度辊环向轧辊芯轴端部位置延伸，其中轧辊芯轴材质为Cr12MoV或Cr12Mo1V1，硬质合金轴套材质为WC或TiC，凸度辊环材质为Cr12MoV或Cr12Mo1V1。
更进一步地，复合轧辊直径为20～60mm，辊面宽度为80～280mm。
更进一步地，轧辊芯轴的直径为12～40mm，辊面宽度为80～280mm；硬质合金轴套的WC或TiC层厚度为8～30mm，宽度为50～240mm，内径与轧辊芯轴内径相同为12～40mm，同轧辊芯轴的装配间隙为+0.004～0.03mm；凸度辊环的内径为12～40mm，同轧辊芯轴的装配间隙为+0.004～+0.02mm，凸度辊环呈锥形，凸度辊环内端外径同硬质合金轴套外径相同，凸度辊环外端外径为18～55mm，凸度辊环宽度为20～50mm。
本发明的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊的制备方法，对轧辊芯轴的热处理采用分级淬火+分级深冷+回火工艺，对硬质合金轴套和凸度辊环分别采用盐浴炉处理。
更进一步地，轧辊芯轴的分级淬火工艺具体为：将经车床加工成型后的轧辊芯轴，加热至1020℃～1150℃，保温30～80分钟，随后转入200℃～350℃的盐浴炉中保温15～25分钟，随后取出空冷至15～30℃；再放入深冷箱中进行分级深冷处理，以10～15℃/分钟冷却速率从室温冷却至-80～-110℃，保温5～20分钟，再以5～8℃/分钟冷却速率冷却至-150～-190℃，保温20～60分钟，随后以5～8℃/分钟加热速率加热至200℃～320℃，保温25～90分钟，从深冷箱中取出空冷至15～30℃。
更进一步地，硬质合金轴套的盐浴炉处理工艺具体为：将加工成型的硬质合金轴套放入200～350℃的盐浴炉中，保温30～60分钟，然后套入轧辊芯轴中部。
更进一步地，凸度辊环的盐浴炉处理工艺具体为：将加工成型的凸度辊环放入150～400℃的盐浴炉中，保温30～60分钟，然后分别套入轧辊芯轴两侧，凸度辊环外侧壁端部与硬质合金轴套的外侧壁保持平齐。
更进一步地，轧辊芯轴的制作过程具体为：将冶炼后的Cr12MoV或Cr12Mo1V1经锻造、轧制为直径30～90mm的圆棒，经车床加工为轧辊芯轴，然后开始进入分级淬火+分级深冷+回火阶段。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的复合轧辊，轧辊芯轴、凸度辊环材质选择Cr12MoV或Cr12Mo1V1，Cr12MoV钢具有高的淬透性，截面300mm以下可以完全淬透，淬火时体积变化较小，钢中钼和钒的含量较高，故组织和晶粒度将进一步细化，提高了钢淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好；Cr12Mo1V1钢具有优良的耐磨性、淬透性，其残留碳化物细小，分布均匀，韧性好，淬透性好，有良好的二次硬化特性。因此，此两种材质的钢制备成的轧辊芯轴和凸度辊环能够保证使用中的强度和韧性，为第二代高温超导基带大规模生产提供有利条件。
(2)本发明的复合轧辊，WC或TiC材质的辊套表面硬度高，表面粗糙度易降低至纳米级，在满足第二代高温超导基带表面要求的前提下，能长时间连续工作，有效提高了辊面寿命；同时配合热处理后Cr12MoV或Cr12Mo1V1材质的轧辊芯轴，克服WC或TiC材质本身韧性不足的问题，使得嵌装后的复合轧辊能够较好的适应第二代高温超导基带的生产工况。
(3)本发明的复合轧辊，凸度辊环的设置，能有效减小在基带轧制过程中，复合轧辊边部的有害接触，提高复合轧辊的使用寿命。
(4)本发明的复合轧辊制备方法，轧辊芯轴热处理过程采用分级淬火，根据Cr12MoV或Cr12Mo1V1钢的淬透性，正确选择淬火温度、分级温度和分级时间，将奥氏体并均匀化的工件淬入温度略高于Ms点的低温盐浴中保持一定的时间，使轧辊芯轴心部和表面温度趋于均匀，在空冷条件下完成马氏体转变，获得马氏体及残留奥氏体。因此采用分级淬火产生的淬火应力很小，可以保证淬火质量，降低变形开裂倾向。
附图说明
图1为本发明中的复合轧辊的结构示意图；
图2为本发明中轧辊芯轴分级淬火的工艺示意图。
示意图中的标号说明：
1、轧辊芯轴；2、硬质合金轴套；3、凸度辊环。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，包括轧辊芯轴1、硬质合金轴套2和凸度辊环3，硬质合金轴套2包覆于轧辊芯轴1外侧中部位置，且硬质合金轴套2两端分别设有凸度辊环3向轧辊芯轴1端部位置延伸，凸度辊环3呈锥形状，沿靠近轧辊芯轴1端部位置其外径逐渐缩小。
具体地，本实施例中复合轧辊直径为20mm，辊面宽度为80mm。轧辊芯轴1材质选用Cr12MoV，硬质合金轴套2材质为WC，凸度辊环3材质选用Cr12MoV。轧辊芯轴1直径为12mm，辊面宽度为80mm，硬质合金轴套2中WC层厚度为8mm，宽度为50mm，内径与轧辊芯轴1内径相同为12mm，同轧辊芯轴1装配间隙为+0.004～0.03mm；凸度辊环3内径为12mm，同轧辊芯轴1的装配间隙为+0.004～+0.02mm，凸度辊环3内端外径即与硬质合金轴套2相靠近的一端外径，同硬质合金轴套2外径相同，凸度辊环3外端外径即靠近轧辊芯轴1端部位置的外径，为18mm，凸度辊环3宽度为20mm，即沿轴向的水平延伸长度为20mm。
对应地，本实施例的复合轧辊的制备方法具体如下，包括轧辊芯轴1、硬质合金轴套2和凸度辊环3的各自成型加工，其中轧辊芯轴1具体包括：冶炼后的Cr12MoV经锻造、轧制为直径30mm的圆棒，经车床加工为轧辊芯轴1，然后将经车床加工后的轧辊芯轴轧辊芯轴1，加热至1100℃，保温60分钟，随后转入250℃的盐浴炉中保温20分钟，随后取出空冷至25℃，再放入深冷箱中进行分级深冷处理，以10℃/分钟冷却速率从室温冷却至-100℃，保温15分钟，再以7℃/分钟冷却速率冷却至-160℃，保温50分钟，随后以7℃/分钟加热速率加热至300℃，保温80分钟，从深冷箱中取出空冷至25℃。
硬质合金轴套2加工成型后，将其放入200℃的盐浴炉中，保温30分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1中部。
凸度辊环3加工成型后，放入150℃的盐浴炉中，保温30分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1两侧，凸度辊环3外侧壁端部与硬质合金轴套2的外侧壁保持平齐，即凸度辊环3远离轧辊芯轴1端部的那一端外侧壁与硬质合金轴套2外侧壁保持平齐。
实施例2
本实施例的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，基本同实施例1，更具体的是，本实施例中轧辊芯轴1材质选用Cr12MoV，凸度辊环3材质选用Cr12Mo1V1。复合轧辊直径为40mm，辊面宽度为180mm。轧辊芯轴1直径为30mm，辊面宽度为180mm，凸度辊环3内径为30mm，同轧辊芯轴1的装配间隙为+0.004～+0.02mm，凸度辊环3内端外径同硬质合金轴套2外径相同，凸度辊环3外端外径为45mm，凸度辊环3宽度为47mm。
本实施例的复合轧辊制备方法中，轧辊芯轴1具体为：冶炼后的Cr12MoV经锻造、轧制为直径50mm的圆棒，经车床加工为轧辊芯轴1；将经车床加工后的轧辊芯轴1，加热至1020℃，保温30分钟，随后转入200℃的盐浴炉中保温25分钟，随后取出空冷至15℃，再放入深冷箱中进行分级深冷处理，以12℃/分钟冷却速率从室温冷却至-80℃，保温5分钟，再以5℃/分钟冷却速率冷却至-150℃，保温20分钟，随后以5℃/分钟加热速率加热至200℃，保温25分钟，从深冷箱中取出空冷至15℃。
硬质合金轴套2材质为TiC，TiC层厚度为15mm，宽度为140mm，内径与轧辊芯轴1内径相同为30mm，同轧辊芯轴1装配间隙为+0.004～0.03mm，制备时将加工完成的硬质合金轴套2放入250℃的盐浴炉中，保温45分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1中部。
凸度辊环3的制备为：将加工完成的凸度辊环3放入300℃盐浴炉中，保温45分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1两侧，凸度辊环3外侧壁端部与硬质合金轴套2的外侧壁保持平齐。
实施例3
本实施例的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中轧辊芯轴1材质选用Cr12Mo1V1，凸度辊环3材质选用Cr12Mo1V1。复合轧辊直径为60mm，辊面宽度为280mm。轧辊芯轴1直径为40mm，辊面宽度为280mm，凸度辊环3内径为40mm，同轧辊芯轴1的装配间隙为+0.004～+0.02mm，凸度辊环3内端外径同硬质合金轴套2外径相同，凸度辊环3外端外径为55mm，凸度辊环3宽度为50mm。
本实施例的复合轧辊制备方法中，轧辊芯轴1具体为：冶炼后的Cr12MoV经锻造、轧制为直径90mm的圆棒，经车床加工为轧辊芯轴1；将经车床加工后的轧辊芯轴1，加热至1150℃，保温80分钟，随后转入350℃的盐浴炉中保温15分钟，随后取出空冷至30℃，再放入深冷箱中进行分级深冷处理，以15℃/分钟冷却速率从室温冷却至-110℃，保温20分钟，再以8℃/分钟冷却速率冷却至-190℃，保温60分钟，随后以8℃/分钟加热速率加热至320℃，保温90分钟，从深冷箱中取出空冷至30℃。
硬质合金轴套2的WC层厚度为30mm，宽度为240mm，内径与轧辊芯轴1内径相同为40mm，同轧辊芯轴1装配间隙为+0.004～0.03mm，制备时将加工完成的硬质合金轴套2放入350℃的盐浴炉中，保温60分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1中部。
凸度辊环3的制备为：将加工完成的凸度辊环3放入400℃盐浴炉中，保温60分钟，用木槌辅助套入轧辊芯轴1两侧，凸度辊环3外侧壁端部与硬质合金轴套2的外侧壁保持平齐。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊的制备方法，其特征在于：复合轧辊包括轧辊芯轴（1）、硬质合金轴套（2）和凸度辊环（3），硬质合金轴套（2）包覆于轧辊芯轴（1）外侧中部位置，且硬质合金轴套（2）两端分别设有凸度辊环（3）向轧辊芯轴（1）端部位置延伸；凸度辊环（3）呈锥形，凸度辊环（3）内端外径同硬质合金轴套（2）外径相同；其中轧辊芯轴（1）材质为Cr12MoV或Cr12Mo1V1，硬质合金轴套（2）材质为WC或TiC，凸度辊环（3）材质为Cr12MoV或Cr12Mo1V1；
对轧辊芯轴（1）的热处理采用分级淬火+分级深冷+回火工艺，对硬质合金轴套（2）和凸度辊环（3）分别采用盐浴炉处理；
其中轧辊芯轴（1）的分级淬火工艺具体为：将经车床加工成型后的轧辊芯轴（1），加热至1020℃~1150℃，保温30~80分钟，随后转入200℃~350℃的盐浴炉中保温15~25分钟，随后取出空冷至15~30℃；再放入深冷箱中进行分级深冷处理，以10~15℃/分钟冷却速率从室温冷却至-80~-110℃，保温5~20分钟，再以5~8℃/分钟冷却速率冷却至-150~-190℃，保温20~60分钟，随后以5~8℃/分钟加热速率加热至200℃~320℃，保温25~90分钟，从深冷箱中取出空冷至15~30℃；
硬质合金轴套（2）的盐浴炉处理工艺具体为：将加工成型的硬质合金轴套（2）放入200~350℃的盐浴炉中，保温30~60分钟，然后套入轧辊芯轴（1）中部；
凸度辊环（3）的盐浴炉处理工艺具体为：将加工成型的凸度辊环（3）放入150~400℃的盐浴炉中，保温30~60分钟，然后分别套入轧辊芯轴（1）两侧，凸度辊环（3）外侧壁端部与硬质合金轴套（2）的外侧壁保持平齐。
2.根据权利要求1所述的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊的制备方法，其特征在于：轧辊芯轴（1）的制作过程具体为：将冶炼后的Cr12MoV或Cr12Mo1V1经锻造、轧制为直径30~90mm的圆棒，经车床加工为轧辊芯轴（1），然后开始进入分级淬火+分级深冷+回火阶段。
3.高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，其特征在于：采用如权利要求1或2的制备方法制备而成。
4.根据权利要求3所述的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，其特征在于：复合轧辊直径为20~60mm，辊面宽度为80~280mm。
5.根据权利要求3所述的高温超导基带用嵌套式表面超硬复合轧辊，其特征在于：轧辊芯轴（1）的直径为12~40mm，辊面宽度为80~280mm；硬质合金轴套（2）的WC或TiC层厚度为8~30mm，宽度为50~240mm，内径与轧辊芯轴（1）内径相同为12~40mm，同轧辊芯轴（1）的装配间隙为+0.004~0.03mm；凸度辊环（3）的内径为12~40mm，同轧辊芯轴（1）的装配间隙为+0.004~+0.02mm，凸度辊环（3）外端外径为18~55mm，凸度辊环（3）宽度为20~50mm。
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