CN116060466A - 一种轧辊复合挤压方法及轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧辊复合挤压方法及轧辊，涉及轧辊塑性成形技术领域，所述轧辊复合挤压方法包括：利用锻造法或铸造法制备芯部基体，芯部基体包括第一连接部和第二连接部，第二连接部设置于两个第一连接部之间，且第一连接部与第二连接部的连接处截面为第一斜面；利用电渣堆熔方法在第二连接部的外部形成堆焊层，得到第一挤压坯料；将第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料；将第二挤压坯料挤压成形后经加工得到目标轧辊。本发明堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量，不仅增强金属致密度及表面性能，还可减小合金消耗，降低成本，另外，本发明借助挤压成形的三向压应力状态，使组织更加致密，提高铸件质量。

Description

一种轧辊复合挤压方法及轧辊

技术领域

本发明涉及轧辊塑性成形技术领域，具体而言，涉及一种轧辊复合挤压方法及轧辊。

背景技术

轧辊作为轧机上使金属连续塑性变形的重要工作工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件，其是利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。

由于轧辊主要承受轧制时的动静载荷，其辊面不仅处于循环不断的高压环境中，还需承受剧烈磨损和热疲劳影响。因此，轧辊辊面要求比芯部更高的硬度、抗压痕能力、耐磨能力、抗剥落能力和耐热裂能力等。因此，获得更硬的表面和更韧的心部是轧辊追求的目标。但现有铸造技术中，无论是采用离心铸造法、连续浇铸复合法，还是采用热等静压法、喷射沉积法等，都难以摆脱其本身铸态组织的缺陷。而传统的自由锻方法，为了获得更可靠的表面性能，常采用整体高碳高合金材质，一方面耗费更多的成本，一方面芯部的韧性难以保证，而且在自由锻中，辊身在最后一火锻比较小，易导致轧辊失效，且轧辊失效形式多为掉皮、划坑、粘辊、勒辊等表面缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是传统的轧辊制造方法难以摆脱其本身铸态组织的缺陷，导致轧辊失效或现有自由锻方法火次多、原材料合金含量高造成的成本高且质量不稳定中的至少一个。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种轧辊复合挤压方法，包括：

步骤S1，利用锻造法或铸造法制备芯部基体，所述芯部基体包括第一连接部和第二连接部，所述第二连接部设置于两个所述第一连接部之间，且所述第一连接部与所述第二连接部的连接处截面为第一斜面；

步骤S2，利用电渣堆熔方法在所述第二连接部的外部形成堆焊层，得到第一挤压坯料；

步骤S3，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料；

步骤S4，将所述第二挤压坯料挤压成形后得到锻造轧辊，所述锻造轧辊经加工后得到目标轧辊，且所述锻造轧辊的辊颈和辊身交界处的截面为第三斜面，且所述第三斜面与所述第一斜面具有相同的斜面倾角，

其中，所述芯部基体的外径与所述堆焊层的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，且堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量。

可选地，所述堆焊层材质包括如下质量分数的组分：C：0.55-0.88，Si：0.3-0.90，Mn：0.38-0.60，Cr：4.70-5.22，Mo：0.21-1.2，V：0.12-0.4，P≤0.02，S≤0.015。

可选地，所述芯部基体材质包括如下质量分数的组分：C：0.2-0.4，Si：0.17-0.80，Mn：0.50-1.3，Cr＜2.5，Mo：0.15-0.25，P≤0.035，S≤0.035。

可选地，所述目标轧辊的尺寸参数包括淬透层厚度和工作带外径，

所述芯部基体的外径与所述堆焊层的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，包括：

获取所述工作带外径，根据所述工作带外径计算芯部基体的外径；

获取挤压比，根据所述芯部基体的外径和所述挤压比确定坯料外径；

获取淬透层厚度，根据所述芯部基体的外径、所述坯料外径和所述淬透层厚度确定所述堆焊层的厚度。

可选地，步骤S3中，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料，包括：将所述第一挤压坯料中的堆焊层的底部进行机械加工，得到第二挤压坯料，且所述第二挤压坯料中，所述堆焊层的底部截面为第二斜面，所述第二斜面与所述第一斜面在同一水平线上，且当所述第二挤压坯料进行挤压成形时，所述第一斜面和所述第二斜面适于与挤压凹模模口处的挤压倾角相适配。

可选地，步骤S1中，所述铸造法包括连铸法或电渣重熔法。

可选地，步骤S1中，所述利用锻造法或铸造法制备芯部基体，包括：利用锻造法或铸造法制备所述芯部基体后，对所述芯部基体进行表面加工，使所述芯部基体的表面粗糙度Ra值达到3.2um以上。

可选地，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料进行挤压成形，其中所述挤压模具包括挤压凹模，所述挤压凹模的模口处设有挤压倾角，所述挤压倾角用于与所述第一斜面和所述第二斜面相适配。

可选地，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料挤压成形包括：所述第二挤压坯料在加热炉中升温至1140℃-1160℃并保温7-9小时后出炉，放入所述挤压模具中挤压成形。

本发明相对于现有技术的优势在于:本发明的轧辊复合挤压方法采用锻造法或铸造法成形出带有第一斜面的芯部基体，再通过电渣堆熔方法形成堆焊层，最终经过挤压成形消除铸态组织得到具有芯部更韧表面更硬的轧辊工作带的目标轧辊，且目标轧辊的辊颈和辊身交界处的截面为与第一斜面具有相同的斜面倾角的第三斜面，使成形后的形状更加贴合要求尺寸，成形更为流畅。其中堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量，不仅可增强金属致密度及表面性能，还可减小合金消耗，降低成本；通过所述目标轧辊的尺寸参数获得所述芯部基体的外径与所述堆焊层的厚度，方便计算原料的使用量，有利于加工。另外，本方法借助挤压成形的三向压应力状态，使组织更加致密，大大提高铸件质量。

第二方面，本发明提供一种轧辊，基于所述的轧辊复合挤压方法制备。

本发明所述的轧辊与所述轧辊复合挤压方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例的轧辊复合挤压方法的流程图；

图2为本发明实施例的芯部基体的结构示意图；

图3为本发明实施例的第一挤压坯料的结构示意图；

图4为本发明实施例的第二挤压坯料的结构示意图；

图5为本发明实施例的第二挤压坯料挤压成形装配结构示意图；

图6为本发明实施例的锻造轧辊的结构示意图；

图7为本发明实施例的目标轧辊的结构示意图；

图8为本发明实施例的轧辊复合挤压方法A、B两区金属流动方向简图；

图9为本发明实施例的锻造轧辊的内部组成示意图。

附图标记说明：

1-芯部基体；11-第一连接部；12-第二连接部；13-第一斜面；2-堆焊层；21-第二斜面，3-第三斜面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本申请实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本申请实施例的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

如图1-7所示，本发明提供一种轧辊复合挤压方法，包括：

步骤S1，利用锻造法或铸造法制备芯部基体1，所述芯部基体1包括第一连接部11和第二连接部12，所述第二连接部12设置于两个所述第一连接部11之间，且所述第一连接部11与所述第二连接部12的连接处截面为第一斜面13；

步骤S2，利用电渣堆熔方法在所述第二连接部12的外部形成堆焊层2，得到第一挤压坯料；

步骤S3，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料；

步骤S4，将所述第二挤压坯料挤压成形后得到锻造轧辊，所述锻造轧辊经加工后得到目标轧辊，

其中，所述芯部基体1的外径与所述堆焊层2的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，且堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量。

本实施例中，所述目标轧辊的辊颈和辊身交界处的截面为第三斜面3，且所述第三斜面3与所述第一斜面具有相同的斜面倾角，使成形后的形状更加贴合要求尺寸，成形更为流畅。

在一些优选的实施例中，所述堆焊层材质包括如下质量分数的组分：C：0.55-0.88，Si：0.3-0.90，Mn：0.38-0.60，Cr：4.70-5.22，Mo：0.21-1.2，V：0.12-0.4，P≤0.02，S≤0.015。

在一些具体的实施例中，所述堆焊层材质为MC5，包括如下质量分数的组分：C:0.86，Si：0.69，Mn：0.39，Cr：5.21，Mo：0.22，V：0.13，P≤0.013，S≤0.003。强度和耐磨性高但塑性较低。

在一些优选的实施例中，所述芯部基体材质包括如下质量分数的组分：C：0.2-0.4，Si：0.17-0.80，Mn：0.50-1.3，Cr＜2.5，Mo：0.15-0.25，P≤0.035，S≤0.035。

在一些具体的实施例中，所述芯部基体材质为42CrMo为亚共析钢(含碳量在0.0218％-0.77％)，强度较低，但塑性好。

在一些优选的实施例中，所述目标轧辊的尺寸参数包括淬透层厚度和工作带外径，

所述芯部基体1的外径与所述堆焊层2的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，包括：

获取所述工作带外径，根据所述工作带外径计算芯部基体1的外径，

获取挤压比，根据所述芯部基体1的外径和所述挤压比确定坯料外径；

获取淬透层厚度，根据所述芯部基体1的外径、所述坯料外径和所述淬透层厚度确定所述堆焊层2的厚度。

在一个具体的实施例中，通过式一计算芯部基体1的外径，式一为：

D'＝D+30,

其中，D为工作带外径，D'为芯部基体1的外径。

在一个具体的实施例中，通过式二计算坯料外径，式二为：

其中，D”为坯料外径，δ为挤压比，其中，挤压比根据锻件塑性和变形抗力确定，一般δ在3-6之间。

在一个具体的实施例中，通过式三计算堆焊层2的厚度，式三为：

H'＝D”/2-D'/2+H，

其中，H'为堆焊层2的厚度，H为淬透层厚度。

由此，通过上述计算公式即通过所述目标轧辊的尺寸参数获得所述芯部基体的外径与所述堆焊层的厚度，能够准确计算得到各原料的用量，且计算方便，有利于加工。

在一些优选的实施例中，步骤S3中，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料，包括：将所述第一挤压坯料中的堆焊层2的底部进行机械加工，得到第二挤压坯料，且所述第二挤压坯料中，所述堆焊层2的底部截面为第二斜面21，所述第二斜面21与所述第一斜面13在同一水平线上，且当所述第二挤压坯料进行挤压成形时，所述第一斜面13和所述第二斜面21适于与挤压凹模模口处的挤压倾角相适配。

在一些具体的实施例中，采用车床进行加工，由此获得带有第二斜面21的第二挤压坯料，有利于成形。

在一些优选的实施例中，步骤S1中，所述铸造法包括连铸法或电渣重熔法。方法简单。

在一些优选的实施例中，步骤S1中，所述利用锻造法或铸造法制备芯部基体1，包括：利用铸锻造法或铸造法制备所述芯部基体1后，对所述芯部基体1进行表面加工，使所述芯部基体1的表面粗糙度Ra值达到3.2um以上。有利于后续电渣堆熔。

在一些优选的实施例中，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料进行挤压成形，其中所述挤压模具包括挤压凹模，所述挤压凹模的模口处设有挤压倾角，所述挤压倾角用于与所述第一斜面13和所述第二斜面21相适配，由此利于轧辊成形。

在一些优选的实施例中，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料挤压成形包括：所述第二挤压坯料在加热炉中升温至1140℃-1160℃并保温7-9小时后出炉，放入所述挤压模具中挤压成形。由此，成形效果好。

在一些具体的实施例中，第二挤压坯料在加热炉中先以50℃/h的速度升温至750-800℃保温6-8小时，再以50℃/h的速度升温至1040-1060℃保温12-14小时，由此，阶段性升温以避免因升温速度过快造成内部裂纹。

另外，本实施例中的挤压模具在使用前应采用电阻片预热或天然气小火焰缓慢预热，预热温度＞300℃，保温时间＞10小时，由此，更有利于轧辊成形。

需要说明的是，本实施例中，第二挤压坯料在挤压时，变形金属可分为A、B两区。A区是在加载后直接产生应力的区域，B区的应力主要是由A区的变形引起的。当第二挤压坯料不太高时，A区相当于一个外径受限制的环形件镦粗，B区的变形犹如在圆形砧内拔长。两区的应力应变简图如图8所示。

还需要指出的是，衡量挤压变形难易的重要判据之一为坯料本身的塑性，当坯料本身塑性不足时，挤压过程很容易出现拉延、拉裂、表面折缝等缺陷。由于轧辊本身较高的含碳量，使其塑性极差，且锻造范围窄易产生裂纹，另外，若芯部基体材质变形速度慢于外部堆焊层2的流动速度，容易导致芯部基体1受附加拉应力而形成内部裂纹。因此，本实施例中采用两种材质进行堆熔，芯部基体材质为塑性更好的普通碳钢，即B区为塑性较好的碳钢，堆焊层2即A区为塑性较差的高碳钢，则A区金属在向内部流动过程中，受到更小的阻力，由此，降低了挤压过程中产生内部裂纹的风险且降低成本。

因此，本实施例的轧辊复合挤压方法采用锻造法或铸造法成形出带有第一斜面13的芯部基体1，再通过电渣堆熔方法形成堆焊层2，最终经过挤压成形消除铸态组织得到锻造轧辊如图6所示，其中堆焊层2在锻造轧辊中的位置如图9所示，所述锻造轧辊经加工后得到具有芯部更韧表面更硬的轧辊工作带的目标轧辊，如图7所示，且目标轧辊的辊颈和辊身交界处的截面为与第一斜面13具有相同的斜面倾角的第三斜面3，使成形后的形状更加贴合要求尺寸，成形更为流畅。其中堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量，不仅可增强金属致密度及表面性能，还可减小合金消耗，降低成本；通过所述目标轧辊的尺寸参数获得所述芯部基体的外径与所述堆焊层的厚度，方便计算原料的使用量，有利于加工。另外，本方法借助挤压成形的三向压应力状态，使组织更加致密，大大提高铸件质量。

本发明的另一个实施例提供一种轧辊，基于所述的轧辊复合挤压方法制备。

本实施例所述的轧辊与所述轧辊复合挤压方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

实施例1

本实施例提供一种轧辊复合挤压方法，包括：

步骤(1)，准备芯部基体1坯料，利用铸造法制备芯部基体1，所述芯部基体1包括第一连接部11和第二连接部12，所述第二连接部12设置于两个所述第一连接部11之间，且所述第一连接部11与所述第二连接部12的连接处截面为第一斜面13；

步骤(2)，准备堆焊层2坯料，利用电渣堆熔方法在所述第二连接部12的外部形成堆焊层2，得到第一挤压坯料，其中堆焊层2熔点为1494℃；

步骤(3)，将所述第一挤压坯料进行机械加工，得到带有第二斜面21的第二挤压坯料；

步骤(4)，将所述第二挤压坯料先以50℃/h的速度升温至750℃保温6小时，再以50℃/h的速度升温至1040℃保温13小时后再升温至1140℃保温7小时后出炉，在挤压模具中挤压成形后得到锻造轧辊，所述锻造轧辊经加工后得到目标轧辊，

其中，所述堆焊层材质为MC5，包括如下质量分数的组分：C:0.86，Si：0.69，Mn：0.39，Cr：5.21，Mo：0.22，V：0.13，P≤0.013，S≤0.003。

所述芯部基体材质为42CrMo，包括如下质量分数的组分：C：0.38，Si：0.17，Mn：0.50，Cr：0.90，Mo：0.15，P：0.035，S：0.03。

利用本实施例中的轧辊复合挤压方法制备的目标轧辊挤压前晶粒尺寸大于0.1级，经过挤压后晶粒尺寸可达到8级以上。组织明显致密。

实施例2

本实施例提供一种轧辊复合挤压方法，包括：

步骤(1)，准备芯部基体1坯料，利用锻造法制备芯部基体1，所述芯部基体1包括第一连接部11和第二连接部12，所述第二连接部12设置于两个所述第一连接部11之间，且所述第一连接部11与所述第二连接部12的连接处截面为第一斜面13；

步骤(2)，准备堆焊层2坯料，利用电渣堆熔方法在所述第二连接部12的外部形成堆焊层2，得到第一挤压坯料，其中堆焊层2熔点为1485℃；

步骤(3)，将所述第一挤压坯料进行机械加工，得到带有第二斜面21的第二挤压坯料；

步骤(4)，将所述第二挤压坯料先以50℃/h的速度升温至800℃保温8小时，再以50℃/h的速度升温至1060℃保温14小时后再升温至1160℃保温7小时后出炉，在挤压模具中挤压成形后得到锻造轧辊，所述锻造轧辊经加工后得到目标轧辊，

其中，所述堆焊层材质为YB75，具体包括如下质量分数的组分：C：0.55，Si：0.55，Mn：0.60，Cr：4.75，Mo：1.1，V：0.14，P≤0.02，S≤0.015。

所述芯部基体材质为20SiMn，包括如下质量分数的组分：C：0.2，Si：0.78，Mn：1.2，Cr：0.3，Mo：0.25，P：0.035，S：0.03。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轧辊复合挤压方法，其特征在于，包括：

步骤S1，利用锻造法或铸造法制备芯部基体(1)，所述芯部基体(1)包括第一连接部(11)和第二连接部(12)，所述第二连接部(12)设置于两个所述第一连接部(11)之间，且所述第一连接部(11)与所述第二连接部(12)的连接处截面为第一斜面(13)；

步骤S2，利用电渣堆熔方法在所述第二连接部(12)的外部形成堆焊层(2)，得到第一挤压坯料；

步骤S3，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料；

步骤S4，将所述第二挤压坯料挤压成形后得到锻造轧辊，所述锻造轧辊经加工后得到目标轧辊，且所述锻造轧辊的辊颈和辊身交界处的截面为第三斜面(3)，且所述第三斜面(3)与所述第一斜面(13)具有相同的斜面倾角，

其中，所述芯部基体(1)的外径与所述堆焊层(2)的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，且堆焊层材质中的碳铬含量高于芯部基体材质中的碳铬含量。

2.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，所述堆焊层材质包括如下质量分数的组分：C：0.55-0.88，Si：0.3-0.90，Mn：0.38-0.60，Cr：4.70-5.22，Mo：0.21-1.2，V：0.12-0.4，P≤0.02，S≤0.015。

3.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，所述芯部基体材质包括如下质量分数的组分：C：0.2-0.4，Si：0.17-0.80，Mn：0.50-1.3，Cr＜2.5，Mo：0.15-0.25，P≤0.035，S≤0.035。

4.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，

所述目标轧辊的尺寸参数包括淬透层厚度和工作带外径，

所述芯部基体(1)的外径与所述堆焊层(2)的厚度均通过所述目标轧辊的尺寸参数获得，包括：

获取所述工作带外径，根据所述工作带外径计算芯部基体(1)的外径；

获取挤压比，根据所述芯部基体(1)的外径和所述挤压比确定坯料外径；

获取淬透层厚度，根据所述芯部基体(1)的外径、所述坯料外径和所述淬透层厚度确定所述堆焊层(2)的厚度。

5.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，步骤S3中，将所述第一挤压坯料进行预处理，得到第二挤压坯料，包括：将所述第一挤压坯料中的堆焊层(2)的底部进行机械加工，得到第二挤压坯料，且所述第二挤压坯料中，所述堆焊层(2)的底部截面为第二斜面(21)，所述第二斜面(21)与所述第一斜面(13)在同一水平线上，且当所述第二挤压坯料进行挤压成形时，所述第一斜面(13)和所述第二斜面(21)适于与挤压凹模模口处的挤压倾角相适配。

6.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，步骤S1中，所述铸造法包括连铸法或电渣重熔法。

7.根据权利要求1所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，步骤S1中，所述利用锻造法或铸造法制备芯部基体(1)，包括：利用锻造法或铸造法制备所述芯部基体(1)后，对所述芯部基体(1)进行表面加工，使所述芯部基体(1)的表面粗糙度Ra值达到3.2um以上。

8.根据权利要求5所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料进行挤压成形，其中所述挤压模具包括挤压凹模，所述挤压凹模的模口处设有挤压倾角，所述挤压倾角用于与所述第一斜面(13)和所述第二斜面(21)相适配。

9.根据权利要求8所述的轧辊复合挤压方法，其特征在于，步骤S4中，利用挤压模具对所述第二挤压坯料挤压成形包括：所述第二挤压坯料在加热炉中升温至1140℃-1160℃并保温7-9小时后出炉，放入所述挤压模具中挤压成形。

10.一种轧辊，其特征在于，基于如权利要求1-9任一项所述的轧辊复合挤压方法制备。

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