CN1840714A - 冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，所述轧辊由钢制成，使用感应器对轧辊辊身进行感应电加热处理，对轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身依次通过第一低频感应器、第二低频感应器和中频感应器而被加热，并向轧辊辊身表面喷水对其进行喷水冷却处理，从而在轧辊辊身制得淬硬层。本发明方法可以有效提高所得有效淬硬层的深度，对于适合的材质，可以制得深度为50mm以上的有效淬硬层。采用本发明方法制得的具有较深淬硬层的轧辊在使用中能延缓轧辊磨损、延长换辊时间、提高轧机生产率、提高产量、降低消耗，从而具有巨大的经济效益。

Description

冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，尤其是涉及一种冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法。
背景技术
冷轧工作辊辊身淬硬层的性能，即其深度和硬度一直是衡量冷轧工作辊制造技术水平的一项重要指标。
因为冷轧工作辊是在弯曲、扭转、挤压等受力复杂的条件下工作的，这时候零件表层受到比心部高得多的应力作用，同时表面还要不断地被磨损，因此必须在冷轧工作辊辊身制造淬硬层，使辊身表层具有较高的强度、硬度、耐磨性及疲劳极限，而辊身心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。在这种情况下，需要对轧辊辊身进行表面淬火处理。
轧辊辊身的表面淬火是利用快速加热的方法，只将待淬轧辊表层奥氏体化，然后淬火，在表面获得马氏体组织。表面淬火不改变化学成分，只改变表层组织，使表层得到强化和硬化，即在表层制得淬硬层，而心部组织并不发生变化，还是表面淬火前的组织，从而使心部保持一定的韧性和强度。轧辊辊身的表面淬火方法较多，常用的有感应电加热表面淬火，即感应加热表面淬火。感应电加热表面淬火是把轧辊放入感应器内，即感应线圈中，当感应线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，那么在轧辊中就会产生频率相同，方向相反的感应电流，感应电流在轧辊内形成回路，俗称“涡流”，且电流密度在工件表面分布不均匀，表面密度大，中心密度小，在轧辊自身电阻的作用下，轧辊表层迅速被加热到淬火温度，在立即对其喷水冷却后，可在轧辊辊身表层得到淬硬层。
轧辊经感应电加热表面淬火后在表层可得到马氏体加残余奥氏体组织，这是一种不稳定的组织，如果碰到适宜的条件，会随时发生转变，并引起轧辊形状和尺寸的变化，这对轧辊使用要求来说是不允许的。
另外轧辊在经感应电加热表面淬火后在表层会有较大的热应力和组织应力存在，如果不及时消除这些应力，就会进一步扩展。应力的集中和扩展，会使零件变形和开裂，所以应当及时消除应力。
为了稳定组织，稳定尺寸，及时消除内应力，避免变形和裂纹的产生，还必须把淬火后得到的轧辊作回火处理，使碳原子析出并形成粒状，从而得到回火马氏体，以使轧辊具有良好的加工性能和使用性能。
常用的感应加热方法是双工频感应器加热和工频、中频双感应器加热，并且已经发展成为一种相当成熟的技术，但是也存在着缺陷。
双工频感应器淬火制造淬硬层时，可以制得最大约30mm的有效淬硬层，有效淬硬层是指硬度大于等于90HSD的淬硬层，但是不能完全补偿辊面温度损失，易造成次表层过热，导致过渡层不太缓和，淬火后内应力较大。工频、中频双感应器淬火制造淬硬层时，又存在着加热深度不足的缺点，很难制得30mm以上的有效淬硬层。
传统的感应电加热表面淬火机床有单频双工频感应器加热机床、工频和中频双感应器加热机床等。例如中国专利92216888.1就公开了一种用于对冷轧辊等大型轴类工件进行淬火的大型双频淬火机床，该双频淬火机床由传动装置、框架横梁、配重装置、架体、顶尖梁、变压器小车、淬火水槽组成，在床体上设置有感应器。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，提高有效淬硬层的深度。
实现本发明目的的整体技术构思是：在采取感应电加热表面淬火从而制得淬硬层的方法中，寻找合适的热处理工艺及其工艺参数，尤其是在对冷轧工作辊辊身进行感应电加热的工序中，采用三感应器加热工艺即使轧辊辊身依次通过第一低频感应器、第二低频感应器和中频感应器而被加热，以提高轧辊辊身淬硬层的深度和硬度。
实现本发明目的一种冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，是使用感应器对轧辊辊身进行感应电加热处理，并向轧辊辊身表面喷水对其进行喷水冷却处理，从而在轧辊辊身制得淬硬层；其中对轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身依次通过第一低频感应器、第二低频感应器和中频感应器而被加热。本文所述的工频感应器是指使用频率为50Hz的交变电流的感应器，低频感应器是指使用频率为30Hz～150Hz交变电流的感应器，中频感应器是指使用频率为200Hz～2000Hz交变电流的感应器。在三感应器电加热中，第一个低频感应器用于将轧辊辊身表层加热到居里点以上，第二个低频感应器用于在轧辊辊身实现深的透热加热，而第三个感应器、即中频感应器则主要用于调节轧辊辊身表层的温度。
上述向第一低频感应器、第二低频感应器通入的交变电流的频率优选为40Hz～60Hz，向中频感应器通入的交变电流的频率优选为200Hz～300Hz。
上述向第一低频感应器、第二低频感应器通入的交变电流的频率为50Hz，向中频感应器通入的交变电流的频率为250Hz。
上述使轧辊辊身在第一低频感应器和第二低频感应器的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上30℃～50℃、在中频感应器的加热区的温度为AC1轧辊辊身材质的ACI相变点以上80℃～100℃；对轧辊表面喷15℃～30℃的水。
在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后进行回火处理，回火处理是将轧辊加热至120～200℃，保温80～120小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。
在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后、回火处理处理之前，对轧辊进行低温冷却处理，低温冷却处理是将经过喷水冷却处理后的轧辊降温至零下60℃～零下120℃，并保温2～4小时后放在空气中自然冷却至环境温度。
在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理之前，先对轧辊进行预热处理；预热温度为250℃～350℃，保温时间为10～28小时。
采用本发明方法在冷轧工作辊辊身制造淬硬层的双频三感应器机床，可以在传统的工频和中频双感应器加热机床的基础上经过简单改造即可得到。例如在中国专利92216888.1公开的一种大型双频淬火机床的基础上，只需在其床体由上至下依次设置第一低频感应器、第二低频感应器、中频感应器，并将感应器与相应的电源连接后即可实施本发明方法。
一种由公知合金制造的冷轧工作辊，特别适用于本发明方法，其合金化学成分重量百分数如下所述：C为0.82％～0.90％，Si为0.30％～0.55％，Mn为0.20％～0.50％，Cr为4.90％～5.40％，Ni为0.30％～0.50％，Mo为0.20％～0.40％，V为0.10％～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对使用上述材质的轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身依次通过第一工频感应器、第二工频感应器、中频感应器而被加热。其中向中频感应器通入的交变电流的频率为200Hz～300Hz，优选为250Hz。
对使用上述材质的轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身在第一工频感应器和第二工频感应器加热区的温度为860℃～960℃、在中频感应器加热区的温度为940℃～980℃；对轧辊表面喷15℃～30℃的水。
采用本发明方法在对使用上述材质的轧辊辊身制造淬硬层的双频三感应器机床，可以在传统的工频和中频双感应器加热机床的基础上经过简单改造即可得到。其改造过程是在传统的工频和中频双感应器加热机床架体上增加一个新的工频感应器，新增加的工频感应器与原工频感应器为并联结构，即共用一个工频电源。
在上述的感应电加热设备——即上述的双频三感应器机床中，从上向下依次设置第一工频感应器、第二工频感应器、中频感应器、喷水器、续冷池，其中轧辊辊身与第一工频感应器的水平间距为12mm～62mm、与第二工频感应器的水平间距为20mm～75mm、与中频感应器的水平间距为20mm～75mm；使第一工频感应器与第二工频感应器的垂直间距为10mm～65mm、第二工频感应器与中频感应器的垂直间距为10mm～65mm、中频感应器与喷水器的垂直间距为10mm～65mm；使轧辊在机床中一边以0.3mm/s～1.5mm/s的速度垂直下降，一边以40rad/min～360rad/min的速度自转。
当使用上述材质的轧辊辊身的下边缘伸入第一工频感应器10mm～20mm时，开始向感应器通电，当轧辊辊身的下边缘伸入喷水器10mm～20mm时，喷水器开始向伸入喷水器中的部分轧辊辊身喷15℃～30℃的水；当轧辊辊身的上边缘离开第二工频感应器时，停止向第一工频感应器和第二工频感应器供电；当轧辊辊身的上边缘下降至距中频感应器下边缘10mm～20mm、即辊身还有10mm～20mm在中频感应器中时，停止向中频感应器供电；将轧辊继续下降至续冷池中续冷1至2个小时。
对使用上述材质的轧辊辊身进行感应电加热处理前对轧辊进行预热处理，对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后，接着对轧辊依次进行低温冷却处理和回火处理。
对使用上述材质的轧辊进行预热处理是将轧辊加热至250℃～350℃，并保温23小时至25小时；对轧辊进行低温冷却处理是将轧辊温度降至零下60℃～零下120℃，经6至8小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度；对轧辊进行回火处理是将轧辊温度加热至100℃～200℃，然后将轧辊置于环境温度下让其自然冷却至环境温度。
对使用上述材质的轧辊进行低温冷却处理是将轧辊放入醇类介质池中，用干冰或者液氮对轧辊进行降温。
对使用上述材质的轧辊进行回火处理的保温时间为理论回火时间。理论回火时间的计算方法是：辊身直径为x厘米，回火时间为1.5x～2.5x小时。
本发明方法从理论上可以用于在每一种冷轧工作辊辊身制造淬硬层，但是由于本发明的加热层较深，制造的淬硬层也较深，所以本发明方法特别适用于辊身直径为400mm～800mm的大型冷轧工作辊。
本发明具有有益效果：(1)本发明方法主要是选择适当的热处理工艺即三感应器加热表面淬火方法对冷轧工作辊辊身进行表面淬火处理，可得到高深度、高硬度、高耐磨性的淬硬层，从而制得具有优异质量的冷轧工作辊。在感应电加热中，感应电流在钢中的电流透热深度 其中ρ为电阻率；μ为导磁率，导磁率与感应电流频率无关，仅与温度有关；f为感应电流频率，即为向感应器中通入交变电流的频率。因而在相同的温度下，低频感应电流的透热深度比中频感应电流的透热深度深 倍。钢在加热到居里点768℃以上后，钢的导磁率发生了很大变化，导磁率减小为原来的
Figure A20051005934300093
因而钢加热到居里点768℃以上后，电流的透入深度比在居里点以下增加约4倍。在本发明中的三感应器电加热中，第一个低频感应器用于将轧辊辊身表层加热到居里点以上，第二个低频感应器用于在轧辊辊身实现深的透热加热，而第三个感应器，即中频感应器则主要用于调节轧辊辊身表层的温度。采用本发明方法可以在冷轧工作辊辊身制得50mm以上的有效淬硬层，即50mm以上的硬度大于等于90HSD的淬硬层，这是传统感应电加热淬火制造淬硬层方法所不能达到的，采用本发明方法制得的具有较深淬硬层的轧辊在使用中能延缓轧辊磨损、延长换辊时间、提高轧机生产率、提高产量、降低消耗，从而具有巨大的经济效益。(2)本发明方法采用三感应器对轧辊表面加热，将密度极高的能量施加到轧辊辊身表面一定范围和深度内，使轧辊表层在极短的时间内加热到相变温度，同时可以补偿辊面温度损失，具有抑制轧辊裂纹的产生和扩展作用。(3)对轧辊进行低温冷却处理可改善轧辊辊身淬硬层性能。利用干冰或液氮作为冷却介质，将淬火后的轧辊辊身的冷却过程继续下去，使轧辊温度降到零下60℃～零下120℃，促使常规热处理后的残余奥氏体进一步转化成马氏体，从而提高金属材料性能，能明显提高轧辊辊身的耐磨性、韧性和尺寸稳定性，使轧辊的寿命成倍提高。(4)在对轧辊进行感应电加热前，先对轧辊进行整体预热，可以在制造淬硬层时提高奥氏体化层深度。(5)对轧辊进行回火处理，可进一步消除轧辊经淬火造成的内应力，消除轧辊局部的组织应力，防止辊身变形。(6)本发明与传统的双工频感应器加热制造淬硬层工艺相比，具有加热层深、过渡层(该过渡层即为有效淬硬层与心部的基体组织之间的区域)较缓和、淬火后内应力较小和有效淬硬层较深的优点；与传统的工频、中频双感应器加热制造淬硬层工艺相比，具有加热层较深和有效淬硬层较深的优点。(7)实施本发明方法的三感应器加热机床可以在普通的双频双感应器、即工频和中频双感应器加热机床基础上经过简单改造即可得到。改造过程是在普通机床架体上安装一个新的工频感应器，新增加的工频感应器与原工频感应器为并联结构。所以使本发明方法的实施具有投资小、见效快的优点，具有巨大的经济效益。
附图说明
图1是实施例1试验辊的结构示意图。
图2是三感应器电加热轧辊辊身的示意图。
图3是实施例1中对对轧辊辊身进行深度剥层检测的示意图。
图4是实施例1中对轧辊辊身进行深度剥层检测所得到的剥层硬度曲线。
图5是实施例20对对轧辊辊身进行深度剥层检测的示意图。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例采用在制造冷轧工作辊5过程中的经过冶炼、电渣重熔、辊坯锻造、球化扩氢处理、机加工、调质等工序后所得到的冷轧工作辊5辊坯为试验辊，其形状见图1，其辊身长度a为2030mm，辊身直径b为520mm，A端为轧辊在感应电加热时的吊起端，其所用材质的化学成分见表1。
                                                                                                             表1
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   Mo   V   其余为Fe和不可避免的杂质
0.82～0.90 0.30～0.55 0.20～0.50 ≤0.020 ≤0.015 4.90～5.40 0.30～0.50 0.20～0.40 0.10～0.20
本实施例在试验辊辊身制造淬硬层的方法如下：对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理。见图2，将预热后的轧辊移入双频三感应器机床中，该双频三感应器机床为在普通的双频双感应器、即工频和中频双感应器加热机床基础上经过简单改造得到的。该机床为比利时OSB公司生产的MTCL-18型双频淬火机床，改造过程是在该机床床体上设置一个新的工频感应器，新增加的工频感应器与原工频感应器为并联结构，即共用一个电源。改造后的双频三感应器机床中，由上至下依次设置有第一工频感应器1、第二工频感应器2、中频感应器3、喷水器4和续冷池，其中三个感应器的高度均为165mm。轧辊辊身与第一工频感应器1的水平间距，即第一工频感应器1内表面至辊身外表面之间的水平间隙，为12mm、与第二工频感应器2的水平间距，即第二工频感应器2内表面至辊身外表面之间的水平间隙，为20mm、与中频感应器3的水平间距，即中频感应器3内表面至辊身外表面之间的水平间隙，为20mm；第一工频感应器1与第二工频感应器2的垂直间距，即第一工频感应器1下表面至第二工频感应器2上表面之间的垂直间隙，为10mm、第二工频感应器2与中频感应器3的垂直间距，即第二工频感应器2下表面至中频感应器3上表面之间的垂直间隙，为10mm、中频感应器3与喷水器4的垂直间距为10mm。
调节好轧辊与三个感应器及喷水器4之间的相对位置后，使轧辊在机床中一边以40rad/min的速度自转，一边以0.3mm/s的速度垂直下降；当轧辊辊身的下边缘伸入第一工频感应器110mm时，开始向感应器通电，向第一工频感应器1和第二工频感应器2中通入交变电流的频率为50Hz，向中频感应器3中通入交变电流的频率为200Hz；其中第一工频感应器1和第二工频感应器2淬火时的功率为580±20kW，中频感应器3淬火时的功率为350±15kW；当轧辊辊身的上边缘离开第二工频感应器2时，停止向第一工频感应器1和第二工频感应器2供电；当轧辊辊身的上边缘下降至距中频感应器3下边缘10mm、即辊身还有10mm在中频感应器3中时，停止向中频感应器3供电；在轧辊的下降加热过程中，使轧辊在第一工频感应器1和第二工频感应器2的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上30℃～50℃，本实施例为860℃、在中频感应器3的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上80℃～100℃，本实施例为940℃；当轧辊的辊身的下边缘伸入喷水器410mm时，喷水器4开始向伸入喷水器4中的部分轧辊辊身喷15℃的水，水压为0.08MPa；将轧辊继续下降至续冷池中续冷1小时后将其放在空气中冷却至环境温度。见图3，对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，B处为剥层部位，其剥层示意图见图3所示，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达40mm。
(实施例2)
其余与实施例1相同，不同之处在于：双频三感应器机床中，轧辊辊身与第一工频感应器1的水平间距为37mm、与第二工频感应器2的水平间距可为48mm、与中频感应器3的水平间距为50mm；第一工频感应器1与第二工频感应器2的垂直间距为37mm、第二工频感应器2与中频感应器3的垂直间距为37mm、中频感应器3与喷水器4的垂直间距为37mm；调节好轧辊与三个感应器及喷水器4之间的相对位置后，使轧辊在机床中一边以200rad/min的速度自转，一边以0.9mm/s的速度垂直下降；当轧辊辊身的下边缘伸入第一工频感应器115mm时，开始向感应器通电，向中频感应器3中通入交变电流的频率为250Hz；当轧辊辊身的上边缘下降至距中频感应器3下边缘15mm、即辊身还有15mm在中频感应器3中时，停止向中频感应器3供电；在轧辊的下降加热过程中，使轧辊在第一工频感应器1和第二工频感应器2的加热区的温度为910℃、在中频感应器3的加热区的温度为960℃；当轧辊的辊身的下边缘伸入喷水器415mm时，喷水器4开始向伸入喷水器4中的部分轧辊辊身喷25℃的水，水压为0.12MPa；将轧辊继续下降至续冷池中续冷1.5小时后将其放在空气中冷却至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达42mm。
(实施例3)
其余与实施例1相同，不同之处在于：双频三感应器机床中，轧辊辊身与第一工频感应器1的水平间距为62mm、与第二工频感应器2的水平间距为75mm、与中频感应器3的水平间距为75mm；第一工频感应器1与第二工频感应器2的垂直间距为65mm、第二工频感应器2与中频感应器3的垂直间距为65mm、中频感应器3与喷水器4的垂直间距为65mm；调节好轧辊与三个感应器及喷水器4之间的相对位置后，使轧辊在机床中一边以360rad/min的速度自转，一边以1.5mm/s的速度垂直下降；当轧辊辊身的下边缘伸入第一工频感应器120mm时，开始向感应器通电，向中频感应器3中通入交变电流的频率为300Hz；当轧辊辊身的上边缘离开第二工频感应器2时，停止向第一工频感应器1和第二工频感应器2供电；当轧辊辊身的上边缘下降至距中频感应器3下边缘20mm、即辊身还有20mm在中频感应器3中时，停止向中频感应器3供电；在轧辊的下降加热过程中，使轧辊在第一工频感应器1和第二工频感应器2的加热区的温度为960℃、在中频感应器3的加热区的温度为980℃；当轧辊的辊身的下边缘伸入喷水器420mm时，喷水器4开始向伸入喷水器4中的部分轧辊辊身喷30℃的水，水压为0.15MPa；将轧辊继续下降至续冷池中续冷2个小时后将其放在空气中冷却至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达41mm。
(实施例4)
其余与实施例1相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至250℃，并保温23小时；然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达43mm。
(实施例5)
其余与实施例4相同，不同之处在于：对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至350℃℃，并保温25小时；然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达43mm。
(实施例6)
其余与实施例1相同，不同之处在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后接着进行回火处理，回火处理是将轧辊加热至120℃，保温80小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达45mm。
(实施例7)
其余与实施例6相同，不同之处在于：回火处理是将轧辊加热至160℃，保温100小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达46mm。
(实施例8)
其余与实施例6相同，不同之处在于：回火处理是将轧辊加热至200℃，保温120小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达47mm。
(实施例9)
其余与实施例7相同，不同之处在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后、回火处理处理之前，当将轧辊继续下降至续冷池中续冷1.5小时后，紧接着对轧辊进行低温冷却处理，低温冷却处理是先将轧辊放入酒精池中，用干冰使轧辊温度降至零下60℃，经8小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达45mm。
(实施例10)
其余与实施例9相同，不同之处在于：用液氮使轧辊温度降至零下90℃，经7小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达46mm。
(实施例11)
其余与实施例9相同，不同之处在于：用液氮使轧辊温度降至零下120℃，经6小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。
对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达46mm。
(实施例12)
其余与实施例9相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至250℃，并保温24小时；然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对该轧辊辊身采取深度剥层的方法对其淬硬层进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得表层即淬硬层的硬度与深度的相关数据见图4。图4中纵坐标为HSD数据，横坐标为剥层深度数据。由图4可知，硬度大于等于90HSD的深度在50mm。
(实施例13)
其余与实施例10相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至300℃，并保温24小时；然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对该轧辊辊身采取深度剥层的方法对其淬硬层进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度在51mm。
(实施例14)
其余与实施例11相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至350℃，并保温25小时；然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对该轧辊辊身采取深度剥层的方法对其淬硬层进行检测，其解剖部位示意图见图3所示，其剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度在51mm。
实施例1至实施例14中所用轧辊在用传统的工频、中频双感应器电加热工艺制造淬硬层时，即使对其进行预热、深冷、回火等一系列优化工艺之后，仍只能在辊身制得最深为25mm深的有效淬硬层；而采用本发明方法，则可以制得最深为51mm的有效淬硬层，由此可见本发明方法可以取得非常优异的效果。
(实施例15)
本实施例采用在制造冷轧工作辊5过程中的经过冶炼、电渣重熔、辊坯锻造、球化扩氢处理、机加工、调质等工序后所得到的冷轧工作辊5辊坯为试验辊，其形状见图1，其辊身长度为a为1450mm，辊身直径为420mm，A端为轧辊即冷轧工作辊5在感应电加热时的吊起端，其所用材质的化学成分见表2。
                                                                                                                  表2
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   Mo   V   其余为Fe和不可避免的杂质
0.82～0.90   0.50～0.80 0.20～0.50 ≤0.020 ≤0.015 2.80～3.20   0.60～0.80 0.40～0.60 0.05～0.15
本实施例在试验辊辊身制造淬硬层的方法与实施例1相同，不同之处在于：在第一工频感应器1和第二工频感应器2加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上30℃～50℃，本实施例中为880℃；在中频感应器3的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上80℃～100℃，本实施例为920℃。
制得淬硬层之后，对该试验辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，B处为剥层部位，其剥层示意图见图5所示，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达25mm。
(实施例16)
其余与实施例15相同，不同之处在于：在第一工频感应器1和第二工频感应器2加热区的温度为900℃；在中频感应器3的加热区的温度为930℃。
对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例17)
其余与实施例15相同，不同之处在于：在第一工频感应器1和第二工频感应器2加热区的温度为920℃；在中频感应器3的加热区的温度为950℃。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例18)
其余与实施例16相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊先加热至220℃，并保温4小时；接着将轧辊加热至300℃，并保温12小时，然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例19)
其余与实施例18相同，不同之处在于：对轧辊进行预热处理是将轧辊先加热至250℃，并保温4小时；接着将轧辊加热至350℃，并保温20小时，然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。
对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例20)
其余与实施例16相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后接着进行回火处理，回火处理是将轧辊加热至140℃，保温72小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达29mm。
(实施例21)
其余与实施例20相同，不同之处在于：回火处理是将轧辊加热至180℃，保温72小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例22)
其余与实施例20相同，不同之处在于：回火处理是将轧辊加热至190℃，保温80小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达30mm。
(实施例23)
其余与实施例21相同，不同之处在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后、回火处理处理之前，当将轧辊继续下降至续冷池中续冷1.5小时后，紧接着对轧辊进行低温冷却处理，低温冷却处理是先将轧辊放入酒精池中，用干冰使轧辊温度降至零下60℃，经8小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达28mm。
(实施例24)
其余与实施例23相同，不同之处在于：用液氮使轧辊温度降至零下80℃，经5小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。在该试验辊辊身制造淬硬层的方法同实施例10，对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达30mm。
(实施例25)
其余与实施例23相同，不同之处在于：用液氮使轧辊温度降至零下100℃，经4小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达30mm。
(实施例26)
其余与实施例24相同，不同之处在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至220℃，并保温4小时；接着将轧辊加热至300℃，并保温12小时，然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。在该试验辊辊身制造淬硬层的方法同实施例12，对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达31mm。
(实施例27)
其余与实施例26相同，不同之处在于：对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至230℃，并保温5小时；接着将轧辊加热至320℃，并保温15小时，然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度在32mm。
(实施例28)
其余与实施例26相同，不同之处在于：对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至250℃，并保温4小时；接着将轧辊加热至350℃，并保温20小时，然后再接着对轧辊进行感应电加热处理。在该试验辊辊身制造淬硬层的方法同实施例14，对制得淬硬层的轧辊辊身用磨床逐层磨削即深度剥层的方法对其淬硬层深度和硬度进行检测，其解剖部位示意图见图5，剥层检测所得数据表明硬度大于等于90HSD的深度可达30mm。
实施例15至实施例28中所用轧辊在用传统的工频、中频双感应器电加热工艺制造淬硬层时，即使对其进行预热、深冷、回火等一系列优化工艺之后，仍只能在辊身制得最大为25mm深的有效淬硬层；而采用本发明方法，则可以制得最深为32mm的有效淬硬层，由此可见本发明方法对普通材质也可以取得非常优异的效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (16)

1、一种冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，所述轧辊由钢制成，使用感应器对轧辊辊身进行感应电加热处理，并向轧辊辊身表面喷水对其进行喷水冷却处理，从而在轧辊辊身制得淬硬层，其特征在于：对轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身依次通过第一低频感应器、第二低频感应器和中频感应器而被加热。
2、根据权利要求1所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：向第一低频感应器、第二低频感应器通入的交变电流的频率为40Hz～60Hz，向中频感应器通入的交变电流的频率为200Hz～300Hz。
3、根据权利要求2所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：使轧辊辊身在第一低频感应器和第二低频感应器的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上30℃～50℃、在中频感应器的加热区的温度为轧辊辊身材质的AC1相变点以上80℃～100℃；对轧辊表面喷15℃～30℃的水。
4、根据权利要求1至3之一所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后进行回火处理，回火处理是将轧辊加热至120℃～200℃，保温80～120小时后将其放在空气中自然冷却至环境温度。
5、根据权利要求4所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后、回火处理处理之前，对轧辊进行低温冷却处理，低温冷却处理是将经过喷水冷却处理后的轧辊降温至零下60℃～零下120℃，并保温2～4小时后放在空气中自然冷却至环境温度。
6、根据权利要求5所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：在上述的对轧辊辊身进行感应电加热处理之前，先对轧辊进行预热处理；预热温度为250℃～350℃，保温时间为10～28小时。
7、根据权利要求1所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：冷轧工作辊所用合金化学成分的重量百分数如下所述：C为0.82％～0.90％，Si为0.30％～0.55％，Mn为0.20％～0.50％，Cr为4.90％～5.40％，Ni为0.30％～0.50％，Mo为0.20％～0.40％，V为0.10％～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。
8、根据权利要求7所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：对轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身依次通过第一工频感应器、第二工频感应器、中频感应器而被加热。
9、根据权利要求8所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：向中频感应器通入的交变电流的频率为250Hz。
10、根据权利要求9所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：对轧辊辊身进行感应电加热处理是使轧辊辊身在第一工频感应器和第二工频感应器加热区的温度为860℃～960℃、在中频感应器加热区的温度为940℃～980℃；对轧辊表面喷15℃～30℃的水。
11、根据权利要求10所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：在感应电加热设备中，从上向下依次设置第一工频感应器、第二工频感应器、中频感应器、喷水器、续冷池，其中轧辊辊身与第一工频感应器的水平间距为12mm～62mm、与第二工频感应器的水平间距为20mm～75mm、与中频感应器的水平间距为20mm～75mm；使第一工频感应器与第二工频感应器的垂直间距为10mm～65mm、第二工频感应器与中频感应器的垂直间距为10mm～65mm、中频感应器与喷水器的垂直间距为10mm～65mm；使轧辊在机床中一边以0.3mm/s～1.5mm/s的速度垂直下降，一边以40rad/min～360rad/min的速度自转。
12、根据权利要求11所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：当轧辊辊身的下边缘伸入第一工频感应器10mm～20mm时，开始向感应器通电，当轧辊辊身的下边缘伸入喷水器10mm～20mm时，喷水器开始向伸入喷水器中的部分轧辊辊身喷15℃～30℃的水；当轧辊辊身的上边缘离开第二工频感应器时，停止向第一工频感应器和第二T频感应器供电；当轧辊辊身的上边缘下降至距中频感应器下边缘10mm～20mm、即辊身还有10mm～20mm在中频感应器中时，停止向中频感应器供电；将轧辊继续下降至续冷池中续冷1至2个小时。
13、根据权利要求12所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：在对轧辊辊身进行感应电加热处理之前对轧辊进行预热处理，在对轧辊辊身进行感应电加热处理和喷水冷却处理之后，接着对轧辊依次进行低温冷却处理和回火处理。
14、根据权利要求13所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：对轧辊进行预热处理是将轧辊加热至250℃～350℃，并保温23小时至25小时；对轧辊进行低温冷却处理是将轧辊温度降至零下60℃～零下120℃，经6至8小时后将轧辊置于环境温度下让其自然升温至环境温度；对轧辊进行回火处理是将轧辊温度加热至100℃～200℃，然后将轧辊置于环境温度下让其自然冷却至环境温度。
15、根据权利要求14所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：对轧辊进行低温冷却处理是将轧辊放入醇类介质池中，用干冰或者液氮对轧辊进行降温。
16、根据权利要求15所述的冷轧工作辊辊身淬硬层的制造方法，其特征在于：对轧辊进行回火处理的保温时间为理论回火时间。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: BAOSTEEL ROLL TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: BAOSTEEL GROUP CHANGZHOU ROLL MANUFACTURING CO., LTD.

CP03 Change of name, title or address

Address after: 213019 No. 41, MCC Road, bell tower area, Jiangsu, Changzhou

Patentee after: Baogang Roller Technology Co., Ltd.

Address before: 213019 No. 41, MCC Road, Changzhou, Jiangsu

Patentee before: Baosteel Group Changzhou Roll Manufacture Company