CN103409688A

CN103409688A - 大型锻造高速钢冷轧辊及其制造方法

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Publication number: CN103409688A
Application number: CN2013102900096A
Authority: CN
Inventors: 刘娣; 杨昱东; 朱学刚; 苗金平
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-10
Also published as: CN103409688B

Abstract

本发明公开了一种大型锻造高速钢冷轧辊及其制造方法，冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C0.90～1.20%，Si0.20～1.20%，Mn0.20～1.00%，Cr6.00～12.00%，Mo2.00～5.00%，V1.00～4.00%，W0.80～2.00%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。冷轧辊的制作方法包括炼制钢锭、锻造钢坯、预备热处理、机加工和最终热处理等工艺步骤。本发明制得的冷轧辊，辊身表层硬度为88～98HSD，具有优异的耐磨性、高粗糙度保持能力和高组织稳定性。本发明的生产工艺减少了镀铬工艺步骤，降低了生产成本。

Description

大型锻造高速钢冷轧辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧辊及其制造方法，具体的说是一种锻造高速钢冷轧辊及其制造方法。

背景技术

轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件。冷轧辊是一种在冷态下通过挤压的方式将金属加工成型的工作部件。冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制应力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，其工作条件恶劣,容易导致瞬间高温，使得冷轧辊受到强烈的热冲击，容易造成裂纹、粘辊、剥落甚至报废。由于冷轧辊在工作过程中所受应力极大，冷轧辊表面常产生剥离、掉块、磨损等失效形式，因此要求其表面具备相当高的硬度、耐磨性和抗裂性。总之冷轧辊不仅要有抵抗因弯曲应力、扭转应力和剪切应力引起的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。

在当前国内外市场上用来制造冷轧辊的材料主要是Cr2、Cr3和Cr5系列，Cr2系列大多用于小型冷轧机以及部分装备水平较差的可逆冷轧机；Cr3系列冷轧辊大多用于可逆冷轧机以及部分大型冷轧机；目前Cr5系列是中国锻钢冷轧辊的主流材质，大多数冷轧机以及带材质量要求较高的单机架可逆冷轧机基本全部采用Cr5系列工作辊及中间辊。

随着汽车、家电、电子等行业的高速发展，对冷轧薄板及硅钢片的质量要求在不断提高，对冷轧辊的质量要求也越来越高。而上述铬钢系列的冷轧辊在轧制薄板或者硅钢片时，轧制过程中经常出现工作辊和被轧制材料之间发生打滑；在工作辊被使用不久后，许多工作辊表面粗糙度急剧降低，直接影响轧制板材的表面质量以及产品合格率。这些情况都是由于工作辊的耐磨性差、表面粗糙度保持能力差造成的。常规的高碳铬钢冷轧辊由于受材质自身的限制，在具备较高耐磨性的同时，很难拥有良好的抗事故能力，因此在冷轧硅钢等对冷轧辊综合性能要求较高的使用环境下，常规高碳铬钢冷轧辊材质的局限性也就突显出来。目前这些问题一般通过频繁更换工作辊或对工作辊进行毛化和镀铬来解决，但是这些方法不仅会降低冷轧机作业率，影响生产进度；而且工作辊毛化和镀铬价格昂贵，增加了生产成本，同时还会导致环境污染。

随着对冷轧辊耐磨性、抗事故性能等综合性能要求的不断提高，为得到更高的综合使用性能，提高冷轧辊材料合金化水平，制作合金化程度更高的冷轧辊已成为冷轧板带用辊的发展方向，锻造高速钢、半高速钢冷轧辊成为冷轧辊材质的最新发展方向。近年来，锻造高速钢冷轧辊得到广泛应用，已用于带钢冷轧机。

锻造高速钢冷轧辊组织致密，强度高、各向异性好，经锻造后碳化物的形态、分布明显优于铸造高速钢冷轧辊。但是锻造高速钢冷轧辊原材料成本、生产成本和生产难度均明显高于铸造高速钢冷轧辊。故锻造高速钢在冷轧辊生产中用途有限，只能用于制造小型冷轧辊。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种大型锻造高速钢冷轧辊及其制造方法，该冷轧辊具有高耐磨性、高粗糙度保持能力和高组织稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

大型锻造高速钢冷轧辊，所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C0.90～1.20%，Si0.20～1.20%，Mn0.20～1.00%，Cr6.00～12.00%，Mo2.00～5.00%，V1.00～4.00%，W0.80～2.00%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的进一步改进在于：所述冷轧辊的制作方法包括以下工艺步骤：

A、炼制钢锭：将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水精炼并进行真空除气，

钢水精炼完成后，模铸成电极锭，之后利用电渣重熔方法制成ESR电渣钢锭；

B、锻造钢坯：将步骤A制得的电渣钢锭经过加热、保温、镦粗和拔长制成辊坯；

C、预备热处理：对辊坯进行预备热处理：先加热至1030℃保温后吹风冷却；再加热至820℃保温后空冷，最后进行回火处理，回火温度为650℃；

D、机加工和最终热处理：将辊坯进行粗加工，经超声波探伤检验合格之后，对辊坯的辊身表层进行连续感应淬火，淬火温度为1100～1180℃，之后将辊坯进行回火处理：回火温度为至450～550℃，保温30h后空冷至室温；

回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成冷轧辊，进行超声波检测、硬度测试和金相组织检验。

本发明的改进还在于：所述步骤D进行的回火共进行三次，三次回火的总保温时间为80h。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明中钢的化学组分中，Cr增加了钢的淬透性，提高了钢的硬度和耐磨性而且不会使钢变脆；Mo提高了钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，保持钢的硬度稳定，增加了钢对变形、开裂和磨损等的抗力。本发明Cr、Mo、V、W等碳化物形成元素的含量较高，形成的较大液析碳化物Cr₇C₃赋予了冷轧辊优异的耐磨性及高粗糙度保持能力，细小弥散分布的高硬度碳化物Mo₂C、VC、WC，赋予了冷轧辊基体在高温回火下得到高硬度并具有极高的组织稳定性，保证了大型锻造高速钢冷轧辊具有优异的耐磨性、高粗糙度保持能力，因而可使冷轧辊不需要进行镀铬就可以直接用于高等级板材的轧制，在冷轧辊的工作过程中，抗热冲击性能明显优于常规冷轧辊。

采用本发明材料制得的冷轧辊，其冷轧辊的辊身表层硬度为88～96HSD，具有优异的耐磨性、高粗糙度保持能力和高组织稳定性。在事故率较高的轧机上应用，冷轧辊综合使用性能明显提高；冷轧辊具有优异的耐磨损性能，在连轧机后架及平整机上应用，减少了镀铬的工艺步骤，大大降低了生产成本，也免去了镀铬造成的环境污染。

本发明的电渣重熔方法为均匀定向的顺序凝固方式，避免了钢锭中心凝固不佳，提高了钢锭质量。热处理方法保证了冷轧辊的性能，其淬火、回火的温度和时间，使冷轧辊具有最佳机械性能和使用性能。

具体实施方式

大型锻造高速钢冷轧辊，其化学组分及其质量百分含量为：C0.90～1.20%，Si0.20～1.20%，Mn0.20～1.00%，Cr6.00～12.00%，Mo2.00～5.00%，V1.00～4.00%，W0.80～2.00%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述化学组分及其质量百分含量可以进一步优选为：C0.90～1.10%，Si0.60～1.00%，Mn0.60～1.00%，Cr8.00～11.00%，Mo3.00～4.00%，V2.50～3.00%，W1.00～1.50%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%。其余为Fe和不可避免的杂质。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

锻造高速钢冷轧辊及其制造方法，所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量设计目标为：C0.9～1.0%，Si0.8～0.9%，Mn0.8～0.9%，Cr9.8～10.0%，Mo3.8～4.0%，V2.8～3.0%，W1.4～1.5%，Ni0.5～0.6%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述冷轧辊的制作方法包括以下工艺步骤：

A、炼制钢锭：将所需原料在电弧炉中进行初步冶炼，之后将钢水置于LF精炼炉中，开始对钢水进行精炼：LF精炼温度为1600～1800℃，在0～67Pa的真空度下保持15～25min进行真空除气。当钢水精炼完毕后，进行浇注，模铸成电极锭。

将电极锭加热至720℃进行等温退火后，对电极锭进行电渣重熔制成ESR电渣钢锭：将熔化电极和电极锭均浸在水冷铸模的渣池中，通入电流，电流通过电极并加热将电极锭熔化成金属液，熔化后的金属液到达水冷铸模的底部逐渐凝固成新的钢锭。重新凝固成的钢锭即为最终得到的ESR电渣钢锭。

对电渣钢锭进行化学组分分析，得到电渣钢锭的化学组分及其质量百分含量为：C1.0%，Si0.8%，Mn0.8%，Cr10.0%，Mo4.0%，V3.0%，W1.5%，Ni0.6%，P0.02%，S0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

B、锻造钢坯：将步骤A得到的电渣钢锭进行1200℃加热保温后，出炉。通过压钳把、镦粗、拔长一系列锻造工序后制成辊坯。

C、预备热处理：对辊坯进行预备热处理：先加热至1030℃保温后吹风冷却；再加热至820℃保温后空冷，最后进行回火处理，回火温度为650℃。

D、机加工和最终热处理：将辊坯按照要求的尺寸先进行机械粗加工，通过超声波探伤检验合格之后，利用双频感应淬火机床对辊坯的辊身表层进行连续感应淬火，淬火温度为1100～1180℃。

淬火完成后对辊坯进行回火处理：将辊坯加热至450～550℃，保温30h后空冷至室温。回火处理需要重复进行三次，三次回火保温时间共80h。

回火完成后，将辊坯按照交货尺寸要求进行精加工，制得最终要求的冷轧辊。之后对冷轧辊进行超声波检测、硬度测试、金相组织检验。

经最后测试得到冷轧辊的辊身表层肖氏硬度为90～96HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。

实施例2～实施例5

实施例2中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：

C0.9～1.0%，Si0.8～0.9%，Mn0.8～0.9%，Cr9.8～10.0%，Mo3.8～4.0%，V2.8～3.0%，W1.4～1.5%，Ni0.5～0.6%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对电渣钢锭进行化学组分分析，电渣钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C1.1%，Si0.6%，Mn0.6%，Cr11.0%，Mo3.0%，V1.0%，W0.8%，Ni0.3%，P0.014%，S0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤D中的淬火温度为1050℃；回火温度为450℃。

最终生产完成后得到冷轧辊的辊身表层肖氏硬度为88～92HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。

实施例3

实施例3中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：

C0.9～1.0%，Si0.9～1.0%，Mn0.4～0.5%，Cr11.5～12.0%，Mo1.8～2.0%，V3.8～4.0%，W0.9～1.0%，Ni0.35～0.45%，P≤0.01%，S≤0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对电渣钢锭进行化学组分分析，电渣钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C0.9%，Si1.0%，Mn0.4%，Cr12.0%，Mo2.0%，V4.0%，W1.0%，Ni0.4%，P0.01%，S0.009%，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤D中的淬火温度为1050℃；回火温度为450℃。

最终生产完成后得到冷轧辊的辊身表层肖氏硬度为90～93HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。

实施例4

实施例4中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：

C1.1～1.2%，Si1.1～1.2%，Mn0.2～0.3%，Cr7.5～8.0%，Mo4.8～5.0%，V2.5～3.0%，W1.1～1.2%，Ni0.05～0.15%，P≤0.02%，S≤0.018%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对电渣钢锭进行化学组分分析，电渣钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C1.2%，Si1.2%，Mn0.2%，Cr8.0%，Mo5.0%，V2.8%，W1.2%，Ni0.1%，P0.018%，S0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤D中的淬火温度为1100℃；回火温度为500℃。

最终生产完成后得到冷轧辊的辊身表层肖氏硬度为92～98HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。

实施例5

实施例5中工艺步骤与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例中冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：

C1.0～1.1%，Si0.2～0.3%，Mn0.9～1.0%，Cr8.5～9.0%，Mo3.5～4.0%，V2.0～2.5%，W2.0～2.5%，Ni0.7～0.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

经过对电渣钢锭进行化学组分分析，电渣钢锭中化学组分及其质量百分含量为：C1.05%，Si0.2%，Mn1.0%，Cr9.0%，Mo3.5%，V2.5%，W2.0%，Ni0.8%，P0.013%，S0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤D中的淬火温度为1150℃；回火温度为540℃。

最终生产完成后得到冷轧辊的辊身表层肖氏硬度为92～96HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。

与常规冷轧辊相比，使用本发明所生产的冷轧辊在工作过程中，抗热冲击性能好，冷轧辊的使用寿命延长，不用再频繁更换冷轧辊，加快了生产进度。

Claims

1.大型锻造高速钢冷轧辊，其特征在于所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C0.90～1.20%，Si0.20～1.20%，Mn0.20～1.00%，Cr6.00～12.00%，Mo2.00～5.00%，V1.00～4.00%，W0.80～2.00%，Ni≤0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的大型锻造高速钢冷轧辊的制造方法，其特征在于：所述冷轧辊的制作方法包括以下工艺步骤：

3.根据权利要求2所述的大型锻造高速钢冷轧辊的制造方法，其特征在于：所述步骤D进行的回火共进行三次，三次回火的总保温时间为80h。