CN117587221A - 低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，包括按照化学成分及重量百分比冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理；最终热处理包括预热处理、表面淬火处理、冷处理以及回火处理；表面淬火处理采用移动式双频感应淬火处理，具体方法如下：将轧辊竖直放置，在圆周方向进行转动，转速为25～40r/min；同时匀速向下移动，行速为20～25mm/min；依次经上感应圈加热、下感应圈加热、喷水圈冷却；淬火结束后，将轧辊迅速沉入地下循环深水池中继续冷却1.5～3h。本发明最终能够获得具有较好的组织均匀性和硬度均匀性以及低粗糙度的磨削性能的轧辊，从而能够用于低波纹度高品质汽车板的轧制。
Description
技术领域
本发明属于汽车板专用轧辊技术领域，具体涉及一种低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法。
背景技术
近年来，出于环保、能耗、成本的考虑，同时受到新能源汽车的冲击，越来越多的车企（包括新能源车企在内）开始使用免中涂的两涂一烘（2C1B）涂装工艺，该涂装工艺会造成漆膜厚度的下降，从而使得钢板表面结构向油漆表面的传递增加，因此。在该新型涂装工艺下，如何实现汽车板低波纹度的控制，从而保证钢板中成形涂漆后获得良好的外观质量，是钢厂必须掌握的核心技术。
目前，对于低波纹度的要求是在5%的变形情况下wsa≤0.35μm，而实现汽车板低波纹度控制的关键核心就是轧辊，因为其直接传递表面形貌，因此，对其具有特殊的要求，必须同时具备：（1）较好的组织均匀性，轧辊表面绝对不能有碳化物偏析、夹杂以及气孔类缺陷；（2）较好的硬度均匀性，要求辊身表面硬度均匀性±0.3HSD；（3）低粗糙度的磨削性能，也即在磨削粗糙度Ra＜0.40μm的情况下，辊面仍然没有振痕、点划痕、亮斑、裂纹等缺陷，并且保证在长期的上机使用和下机修磨辊身过程中始终保持该性能。
现有的冷轧辊难以同时满足上述三点要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种同时具备较好的组织均匀性、较好的硬度均匀性以及低粗糙度的磨削性能的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，包括按照化学成分及重量百分比冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理。
化学成分及其含量对于获得较好的组织均匀性以及低粗糙度的磨削性能至关重要。
其中，为了获得较好的组织均匀性，要求：（1）适当降低碳含量，同时严格控制强碳化物形成元素铬、钼、钒的含量，要求铬+钼+钒总含量不超过5.3%，这样能够显著降低碳化物偏析；（2）严格控制磷和硫的含量，要求磷+硫不超过0.025%，这样能够显著减少夹杂类缺陷；（3）严格控制气体含量，要求［H］≤2ppm、［O］≤25ppm、［N］≤120ppm，这样能够显著减少气孔类缺陷；（4）残余铜含量不超过0.25%。
另外，为了获得低粗糙度的磨削性能，要求：（1）适当降低碳含量；（2）严格控制钒和硅的含量，钒的碳化物硬度很高，磨削后易在辊面形成振痕，因此钒含量不超过0.02%；硅的基体强化性能高，也会对高质量磨削造成影响，但是冶炼中硅不可缺少，因此硅含量为0.20～0.35%；（3）严格控制镍含量，镍增加韧性，磨削砂粒易在辊面形成点划伤，因此镍含量不超过0.25%。
因此，本申请的化学成分及重量百分比如下：碳0.75～0.85%、硅0.20～0.35%、锰0.30～0.50%、磷≤0.015%、硫≤0.010%、铬4.60～5.00%、镍≤0.25%、钼0.15～0.30%、钒≤0.02%、铜≤0.25%、［H］≤2ppm、［O］≤25ppm、［N］≤120ppm、其余为铁和不可避免的杂质。
所述冶炼电渣锭坯包括电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇铸电极棒以及电渣重熔；其中：电渣重熔对于获得较好的组织均匀性同样至关重要。电渣重熔由于其良好的凝固结晶条件和强烈的渣洗作用，成为高品质钢常用的精炼手段。电渣钢如果控制不良，常见的缺陷为波纹状偏析，在电渣重熔钢锭表面呈现多层圆环，层次分明，俗称“裤腰带”。经过锻造变形后在辊坯的辊身表面会呈现多层波浪式的黑白环带，这种波纹会影响最终生产高品质汽车板的质量。所以低波纹度高品质汽车板专用轧辊绝对不能有这种缺陷。具体优化技术手段包括：
①自耗电极：必须采用单个自耗电极棒进行电渣重熔，即过程中间不能更换电极，要一次性电渣重熔成型；否则在更换电极处会形成严重的水纹印。
②电渣重熔渣系：为更好的过滤掉夹杂物，减少偏析，采用氟化钙为主的渣系，各组分及其重量百分比为：氟化钙40～50%，氧化钙15～35%，氧化铝25～40%。
③电渣重熔工艺：采用低电压大电流的重熔工艺，电渣重熔过程中采用55～65V电压，18000～23000A大电流。
电渣重熔过程中采用电压自动控制系统，使得电压波动值为≤3V，电流波动值≤800A。这样的波动就不会出现成分的偏析。
所述锻造辊坯以及预备热处理均为本领域常规方法。
所述最终热处理包括预热处理、表面淬火处理、冷处理以及回火处理，其中，表面淬火处理对于获得较好的硬度均匀性至关重要。
本申请的表面淬火处理采用移动式双频感应淬火处理，两个感应圈的频率分别为45～55Hz以及250～380Hz，两个感应圈的间距为100～200mm，两个感应圈的高度（也即加热宽度）比常规高50%，达到100～200mm，喷水圈的水压比常规增加1/3，达到0.15～0.25MPa。
所述移动式双频感应淬火处理具体方法如下：将轧辊竖直放置，在圆周方向进行转动，转速为25～40r/min，同时匀速向下移动，速度比常规慢15～25%，达到20～25mm/min；依次经上感应圈加热、下感应圈加热、喷水圈冷却。
本申请的表面淬火温度为930～1000℃，具体加热过程如下：先快速升温至930～955℃→保温→温度稍降15～30℃→再升温至980～1000℃→再保温→温度稍降5～15℃→喷水淬火。
淬火结束后，将轧辊迅速沉入地下循环深水池中继续冷却1.5～3h，这样既保证辊身迅速降温，从而有效提高辊身表面硬度，又能够避免辊身上下冷却的不均匀，从而有效改善硬度均匀性。
所述预热处理温度为250～350℃，时间为15～30h。
所述冷处理温度为-80～-60℃，时间为3～6h；
所述回火处理温度为120～160℃，时间为60～100h。
本发明具有的积极效果：（1）本发明一方面通过优化化学成分及含量，另一方面通过优化电渣重熔工艺，从而能够保证轧辊表面没有碳化物偏析、夹杂类缺陷、气孔类缺陷以及波纹状偏析，从而具有较好的组织均匀性，化学成分及含量的优化还能获得低粗糙度的磨削性能。（2）本发明通过优化最终热处理工艺，尤其是表面淬火处理工艺，最终能够获得±0.3HSD的硬度均匀性。（3）本发明最终能够获得具有较好的组织均匀性和硬度均匀性以及低粗糙度的磨削性能的轧辊，从而能够用于低波纹度高品质汽车板的轧制。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法具有以下步骤：
S1：按照下述化学成分及重量百分比冶炼电渣锭坯：碳0.80%、硅0.27%、锰0.40%、磷≤0.015%、硫≤0.010%、铬4.80%、镍0.18%、钼0.23%、钒0.01%、铜0.18%、［H］≤2ppm、［O］≤25ppm、［N］≤120ppm、其余为铁和不可避免的杂质。
其中，电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇铸电极棒均为本领域常规方法，电渣重熔采用氟化钙为主的渣系，具体成分及重量百分比如下：氟化钙45%，氧化钙25%，氧化铝30%。该渣系能够更好的过滤掉夹杂物，减少偏析。
电渣重熔工艺采用低电压大电流的重熔工艺，也即60V电压和20000～21000A的电流，电渣重熔过程中，采用电压自动控制系统控制电压波动值≤3V，电流波动值≤800A，这样的波动能够显著避免成分偏析。
电渣重熔过程中，必须采用单个自耗电极棒进行电渣重熔，也即电渣重熔过程中，不能更换电极，一次性电渣重熔成型，否则在更换电极处会形成严重的水纹印。
S2：将步骤S1冶炼得到的电渣锭坯锻造成辊坯。
S3：预备热处理，包括先进行900±5℃的调质淬火处理15h，再进行600±5℃的高温回火处理30h。
S4：最终热处理，具体如下：
S31：预热处理。
在箱式炉中进行整体预热处理，温度为300±10℃，时间为20h。
S32：表面淬火处理。
采用移动式双频感应淬火处理，两个感应圈的频率分别为50Hz以及300Hz，两个感应圈的间距为150mm，两个感应圈的高度为150mm，喷水圈的水压为0.20MPa。
具体方法如下：将轧辊竖直放置，在圆周方向进行转动，转速为30r/min，同时匀速向下移动，行速为22mm/min；依次经上感应圈加热、下感应圈加热、喷水圈冷却。
具体加热过程如下：先快速升温至930～955℃→保温→温度稍降15～30℃→再升温至980～1000℃→再保温→温度稍降5～15℃→喷水淬火。
淬火结束后，将轧辊迅速沉入地下循环深水池中继续冷却1.5～3h，这样既保证辊身迅速降温，从而有效提高辊身表面硬度，又能够避免辊身上下冷却的不均匀，从而有效改善硬度均匀性。
S33：冷处理。
在-70℃的温度下进行冷处理4h。
S34：回火处理。
在140±5℃的温度下进行一次长时间低温回火处理90h。
测试实施例1制得的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的辊身表面硬度以及辊身表面粗糙度，结果见表1。
表1中，C点为辊身中部，A点、E点为辊身端部，B点、D点分别为A点与C点以及C点与E点的中部，A点～E点均在同一条母线上。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 碳 | 0.80% | 0.77% | 0.82% | 0.80% | 0.80% |
| 硅 | 0.27% | 0.23% | 0.31% | 0.27% | 0.27% |
| 锰 | 0.40% | 0.33% | 0.45% | 0.40% | 0.40% |
| 铬 | 4.80% | 4.65% | 4.95% | 4.80% | 4.80% |
| 钼 | 0.23% | 0.26% | 0.18% | 0.23% | 0.23% |
| 钒 | 0.01% | 0.01% | 0.01% | 0.01% | 0.01% |
| 镍 | 0.18% | 0.22% | 0.15% | 0.18% | 0.18% |
| 铜 | 0.17% | 0.21% | 0.16% | 0.17% | 0.17% |
| 预热温度及时间 | 300±10℃/20h | 300±10℃/20h | 300±10℃/20h | 320±10℃/18h | 280±10℃/25h |
| 冷处理温度及时间 | -70℃/4h | -70℃/4h | -70℃/4h | -80℃/3h | -60℃/5h |
| 回火温度及时间 | 140±5℃/90h | 140±5℃/90h | 140±5℃/90h | 120±5℃/100h | 150±5℃/80h |
| 辊身表面A点硬度 | 94.8HSD | 94.3HSD | 95.0HSD | 94.9HSD | 94.6HSD |
| 辊身表面B点硬度 | 95.0HSD | 94.5HSD | 95.1HSD | 95.2HSD | 94.7HSD |
| 辊身表面C点硬度 | 95.2HSD | 94.5HSD | 95.3HSD | 95.2HSD | 94.9HSD |
| 辊身表面D点硬度 | 94.1HSD | 94.2HSD | 95.4HSD | 95.0HSD | 94.8HSD |
| 辊身表面E点硬度 | 94.9HSD | 94.0HSD | 95.1HSD | 94.7HSD | 94.3HSD |
| 硬度均匀性 | 0.4HSD | 0.5HSD | 0.4HSD | 0.5HSD | 0.6HSD |
| 辊身表面粗糙度Ra | 0.38～0.39 | 0.37～0.38 | 0.39～0.40 | 0.38～0.39 | 0.37～0.38 |
（实施例2～实施例3）
实施例2～实施例3的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法与实施例1相同，不同之处在于：化学成分及重量百分比，具体见表1。
（实施例4～实施例5）
实施例4～实施例5的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的化学成分及重量百分比与实施例1相同，制造方法与实施例1基本相同，不同之处在于：最终热处理工艺参数，具体见表1。
测试实施例2～实施例5制得的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的辊身表面硬度以及辊身表面粗糙度，结果仍见表1。
Claims (5)
1.一种低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，包括按照化学成分及重量百分比冶炼电渣锭坯、锻造辊坯、预备热处理以及最终热处理；所述最终热处理包括预热处理、表面淬火处理、冷处理以及回火处理；其特征在于：
所述化学成分及重量百分比如下：碳0.75～0.85%、硅0.20～0.35%、锰0.30～0.50%、磷≤0.015%、硫≤0.010%、铬4.60～5.00%、镍≤0.25%、钼0.15～0.30%、钒≤0.02%、铜≤0.25%、［H］≤2ppm、［O］≤25ppm、［N］≤120ppm、其余为铁和不可避免的杂质；
所述表面淬火处理采用移动式双频感应淬火处理，具体方法如下：将轧辊竖直放置，在圆周方向进行转动，转速为25～40r/min；同时匀速向下移动，行速为20～25mm/min；依次经上感应圈加热、下感应圈加热、喷水圈冷却；淬火结束后，将轧辊迅速沉入地下循环深水池中继续冷却1.5～3h。
2.根据权利要求1所述的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，其特征在于：所述表面淬火温度为930～1000℃，具体加热过程如下：先快速升温至930～955℃→保温→温度稍降15～30℃→再升温至980～1000℃→再保温→温度稍降5～15℃→喷水淬火。
3.根据权利要求1所述的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，其特征在于：两个感应圈的间距为100～200mm，两个感应圈的频率分别为45～55Hz以及250～380Hz，两个感应圈的高度为100～200mm，喷水圈的水压为0.15～0.25MPa。
4.根据权利要求1所述的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，其特征在于：所述冶炼电渣锭坯包括辊坯冶炼、浇铸电极棒以及电渣重熔；所述电渣重熔采用的渣系各组分及其重量百分比为：氟化钙40～50%，氧化钙15～35%，氧化铝25～40%；所述电渣重熔采用低电压大电流的重熔工艺，所述低电压为55～65V，所述大电流为18000～23000A。
5.根据权利要求1所述的低波纹度高品质汽车板专用轧辊的制造方法，其特征在于：所述预热处理温度为250～350℃，时间为15～30h；所述冷处理温度为-80～-60℃，时间为3～6h；所述回火处理温度为120～160℃，时间为60～100h。
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