高速鋼復合軋輥熱處理方法

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專利名稱：高速鋼復合軋輥熱處理方法
技術領域：
本發明為軋輥的熱處理方法，特別涉及一種高速鋼復合軋輥熱處理方法，屬于軋鋼技術領域。
技術背景高速鋼由于含有大量W、 Mo、 Cr、 V、 Co等合金元素，具有很高的常溫硬度，尤為可貴的是，與普通材料相比，高速鋼具有優異的紅硬性，50(TC時仍保持在HRC55以上，因此具有優良的高溫耐磨性，用于制造熱軋機工作輥具有良好的使用效果。中國發明專利CN1846887公開了一種高速鋼復合軋輥及其制造方法，該發明的高速鋼復合軋輥由輥身和輥芯通過離心鑄造方法復合而成，輥身材料是高碳高速鋼，主要含有的化學成分的重量百分比是C， 1.8 2.8; Mo， 4.0 8.0; V， 3.0 7.0; Nb， 1.5 4.0; Cr， 6'0 12.0; RE， 0.1 0.25; Ti， 0.15 0.40; N， 0.08 0.20; K， 0.06 0.18; Si〈2.0; Mn <2.0; S<0.05; P<0.05;余量為Fe和不可檢測的微量雜質；輥芯材料是高強度球墨鑄鐵。其耐磨性明顯優于高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥和高鉻鑄鐵軋輥。中國發明專利CN1807671公開了一種連續復合高速鋼軋輥工藝配方，外層輥身的工藝配方(重量％)是1.5-3.5 C， 2.0-7.0 Cr， 2.0-7.0 Mo, 4.0-10.0 V， 4.0-10.0 W， 0-10.0 Co， Ni<2.0，其余為Fe。采用該配方可以開發W、 V含量高、偏析輕、耐磨性好的復合高速鋼軋輥，來滿足熱連軋技術的需求。中國發明專利CN100999804也公開了一種新型高碳高鎢高速鋼軋輥及其制備方法，該發明高碳高鎢高速鋼軋輥含有碳2.0% 3.0%，鎢6.0% 18.0%，釩2.0% 4.0%，鉬1.0% 3.0%，鉻3.0% 9.0%，硅小于1.2%，錳小于 1.2%;制成的該高碳高鎢高速鋼軋輥含有釩、鎢系的MC型復合碳化物。該發明高碳高鎢高速鋼軋輥的制備方法是，將高碳高鎢高速鋼加熱到1580'C 162(TC后脫氧；在140(TC 150(TC澆鑄，同時對離心鑄型施加0.05T 0.25T 的穩恒磁場，并以600-1800轉/分鐘轉速旋轉至成型。日本專利JP8020842-A 和JP3266737-B2公開了一種高速鋼復合軋輥，外層高速鋼含1.0-1.9 wt.%C，內層為鑄鋼材料，主要成分(wt。/o)為0.4-0.8 C, 1.1-3.0 Si, 0.2-1.0 Mn,〈0.5Ni, 1.5 Cr, 1.0 Mo, 1.0 W, 1.5 V, Fe余量。JP7207411-A也報道了一種離心復合鑄造高速鋼軋輥，外層是含1.0-1.9 wt.%C的高速鋼，內層是0.4-0.9 wt.% C的鑄鋼，通過離心復合鑄造方法，將內外層復合在一起。由于高速鋼中合金元素加入量多，且合金碳化物穩定性好，因此為了提高高速鋼軋輥的淬硬性和淬透性，通常需要采用較高的淬火溫度，一般超過IOO(TC，在高溫淬火加熱過程中，復合軋輥的輥芯強度會明顯下降。軋輥使用中易發生斷輥事故，嚴重影響軋機的正常運行。為了防止軋輥使用中發生斷輥事故，滿足軋機的正常使用，通常用加大輥芯直徑的辦法來消除輥芯強度下降對軋輥的影響，既增加了軋輥重量和軋輥生產成本，還增加了軋鋼時的動力消耗。當軋輥心部材料采用鑄鋼時，由于其熔點比高速鋼高，澆注時將與己經凝固的外層高速鋼的內表面熔融混合。這一熔融層的熔點比心部鋼液低，成為最后凝固的部位，易產生鑄造缺陷，降低結合層的強度。發明內容本發明目的是提供一種高速鋼復合軋輥的熱處理方法。本發明是在高速鋼復合軋輥熱處理過程中，只對輥身進行快速加熱和噴水冷卻，然后進行回火，以穩定組織和消除應力，輥芯和輥軸不加熱，仍維持在高強度，軋輥表面具有高硬度和優良的耐磨性，輥芯和輥軸具有高強度。本發明的目的可以通過以下措施來實現首先將軋輥進行退火處理，其退火處理工藝為870 — 89(TC保溫6 — 10 小時，爐冷至720—76(TC,保溫2—4小時，然后爐冷至小于500°C，出爐空冷，然后粗加工。再在額定負載1200—2000kVA、 50Hz/250Hz雙頻淬火機床上進行感應淬火，軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度280—350。C，預熱保溫時間6 — 10小時。50Hz感應器位于250Hz感應器的正上方，加熱淬火時，軋輥垂直下移，這時軋輥先被50Hz感應器加熱，然后再經250Hz感應器加熱。高速鋼復合軋輥直徑為(pl50mm—(pl200mm。淬火加熱時，軋輥旋轉速度與軋輥直徑之間需滿足以下公式 <formula>formula see original document page 4</formula>D (1) 式中"一軋輥旋轉速度，r/min; ^ —直徑系數，對于直徑小于或等于400 mm的軋輥，A:;值取11500—12000 mm,r/min，對于直徑大于400 mm的軋輥， ^值取10000 — 10500 mm.r/min; D—軋輥直徑，mm。軋輥垂直下移速度與軋輥直徑之間需滿足以下公式式中F—軋輥垂直下移速度，mm/s; ^—直徑系數，對于直徑小于或等于400mm的軋輥，^值取550_650 mm2/s，對于直徑大于400 mm的軋輥， U直取350—450 mm2/s; Z)—軋輥直徑，mm。軋輥加熱后快速水冷至200°C以下，然后在520—56(TC進行第一次回火處理，回火保溫時間4一6小時，隨后空冷至20(TC以下。再將軋輥重新加熱至500 — 54(TC進行第二次回火處理，回火保溫時間6 — 8小時，然后爐冷至小于20(TC后空冷，最后精加工至規定尺寸和表面光潔度。軋輥熱處理工藝選擇的理由如下鑄態高速鋼軋輥硬度高，直接加工效率低、刀具磨損快，刀具消耗量大，粗加工前需要進行退火處理。退火加熱溫度低于87(TC或退火保溫時間少于6 小時，軋輥退火后硬度仍較高，加工性能差。軋輥退火加熱溫度超過89(TC后，鑄鐵或球鐵輥芯和輥軸組織出現粗大，強度將下降，退火保溫時間超過10小時后，軋輥硬度變化不明顯，反而增加軋輥退火能耗，降低軋輥生產效率。高速鋼復合軋輥加熱至870—89(TC保溫6—10小時，爐冷至720—760。C，保溫2—4小時，然后爐冷至小于50(TC，出爐空冷，硬度降低明顯，可以明顯改善軋輥加工性能，提高粗加工軋輥效率。由于軋輥工作時接觸應力很大，若殘余應力合理分布，可提高軋輥的接觸疲勞強度和使用壽命，軋輥淬火前預熱可以改善殘余應力分布。軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度280—35(TC，預熱保溫時間6 — 10小時。不僅使淬硬層的殘余壓應力增大，同時使過渡區張應力的幅值大為減少，有利于提高軋輥的使用壽命。選用50Hz/250Hz雙頻感應加熱淬火工藝是由工頻和中頻組合的感應加熱淬火，50Hz電流首先加熱軋輥的主要作用是預熱、提高透熱層深度和加寬過渡區，其次250Hz電流加熱起到淬火保溫和延長奧氏體時間的作用，這種雙頻兩圈淬火具有軋輥的淬硬層深、硬度均勻及有較平緩的過渡區等優點。為穩定組織和消除淬火應力，淬火后軋輥需進行回火處理。先在520—560 r進行第一次回火處理，回火保溫時間4一6小時，隨后空冷，可以將軋輥淬硬層內的殘留奧氏體進一步轉變為高硬度馬氏體，可以改善軋輥耐磨性。再將軋輥重新加熱至500—54(TC進行第二次回火處理，回火保溫時間6—8小時，然后爐冷至小于20(TC后空冷，可以消除軋輥內應力，穩定軋輥組織，確保軋輥使用中不出現開裂和剝落，滿足軋輥的正常使用。本發明效果① 用本發明熱處理高速鋼復合軋輥，不需要在高溫爐內進行高溫加熱，能耗低，周期短，生產效率高。② 用本發明熱處理高速鋼復合軋輥，由于輥頸和輥芯沒有經過高溫加熱，輥頸和輥芯仍維持在高強度，抗拉強度達到500—550MPa。③ 用本發明熱處理高速鋼復合軋輥，輥身硬度超過60HRC，輥面硬度均勻，輥面硬度差小于2HRC，淬硬層深度超過50mm。本發明熱處理高速鋼復合軋輥在帶鋼和棒材軋機上使用，不會發生斷輥事故，耐磨性比高鉻鑄鐵軋輥和高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高4_5倍。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳述實施例h首先將高速鋼復合軋輥進行退火處理，高速鋼復合軋輥的外層是含 1.84%(3的高速鋼，內層是低合金球墨鑄鐵。將高速鋼復合軋輥加熱至890°C 保溫6小時，爐冷至750。C，保溫3小時，然后爐冷至小于500。C，出爐空冷，然后粗加工。再在額定負載1200kVA、 50Hz/250Hz雙頻淬火機床上進行感應淬火，軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度30(TC，預熱保溫時間8小時。50Hz感應器位于250Hz感應器的正上方，加熱淬火時，軋輥垂直下移，這時軋輥先被50Hz感應器加熱，然后再經250Hz感應器加熱。淬火加熱時，軋輥旋轉速度與軋輥直徑之間需滿足式(1)公式，軋輥垂直下移速度與軋輥直徑之間需滿足式(2)公式，軋輥直徑450mm，軋輥輥身長度850mm，軋輥旋轉速度為23 r/min，軋輥垂直下移速度為0.90 mm/s。軋輥加熱后快速水冷，然后在560"C進行第一次回火處理，回火保溫時間4小時，隨后空冷。再將軋輥重新加熱至54(TC進行第二次回火處理，回火保溫時間6小時，然后爐冷至小于20(TC后空冷，最后精加工至規定尺寸和表面光潔度。軋輥表面硬度為61.2HRC，軋輥棍面硬度差為I.IHRC，軋輥淬硬層深度57 mm，軋輥輥頸抗拉強度547.4 MPa。實施例2:首先將高速鋼復合軋輥進行退火處理，高速鋼復合軋輥的外層是含2.07%<:的高速鋼，內層是高強度灰鑄鐵。將高速鋼復合軋輥加熱至87(TC保溫10小時，爐冷至76(TC，保溫2小時，然后爐冷至小于50(TC，出爐空冷，然后粗加工。再在額定負載1800kVA、 50Hz/250Hz雙頻淬火機床上進行感應淬火，軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度35(TC，預熱保溫時間6小時。50Hz感應器位于250Hz感應器的正上方，加熱淬火時，軋輥垂直下移，這時軋輥先被50Hz感應器加熱，然后再經250Hz感應器加熱。淬火加熱時，軋輥旋轉速度與軋輥直徑之間需滿足式(1)公式，軋輥垂直下移速度與軋輥直徑之間需滿足式(2)公式，軋輥直徑350mm，軋輥輥身長度720mm，軋輥旋轉速度為33 r/min，軋輥垂直下移速度為1.72 mm/s。軋輥加熱后快速水冷，然后在52(TC進行第一次回火處理，回火保溫時間6小時，隨后空冷。再將軋輥重新加熱至50(TC進行第二次回火處理，回火保溫時間8小時，然后爐冷至小于20(TC后空冷，最后精加工至規定尺寸和表面光潔度。軋輥表面硬度為62.5HRC，軋輥輥面硬度差為1.3HRC，軋輥淬硬層深度58 mm，軋輥輥頸抗拉強度533.8 MPa。將上述熱處理后的高速鋼復合軋輥應用于熱軋帶鋼軋機精軋前架和棒材軋機精軋機架上，軋輥輥芯和輥頸強度高，使用中無斷輥現象出現。軋輥輥面硬度高，淬硬層深，高速鋼復合軋輥的耐磨性比高鉻鑄鐵軋輥和高鎳鉻無限冷硬鑄鐵軋輥提高4一5倍。使用本發明熱處理工藝處理高速鋼復合軋輥，工藝簡便，能耗低，生產周期短，軋輥使用效果好，推廣應用具有很好的經濟和社會效益。
權利要求
1、一種高速鋼復合軋輥熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟首先將軋輥進行退火處理，其退火處理工藝為870-890℃保溫6-10小時，爐冷至720-760℃，保溫2-4小時，然后爐冷至小于500℃，出爐空冷，然后粗加工；再在50Hz/250Hz雙頻淬火機床上進行感應淬火，軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度280-350℃，預熱保溫時間6-10小時；50Hz感應器位于250Hz感應器的正上方，加熱淬火時，軋輥需要旋轉和垂直下移；軋輥加熱后快速水冷至200℃以下，然后在520-560℃進行第一次回火處理，回火保溫時間4-6小時，隨后空冷至250℃以下；再將軋輥重新加熱至500-540℃進行第二次回火處理，回火保溫時間6-8小時，然后爐冷至小于200℃后空冷，最后精加工至規定尺寸和表面光潔度。
2、如權利要求1所述的高速鋼復合軋輥的熱處理方法，其特征在于淬火感應加熱時的軋輥旋轉速度與軋輥直徑之間需滿足以下公式(1)式中"一軋輥旋轉速度，r/min; ^ —直徑系數，對于直徑小于或等于400mm 的軋輥，^值取11500_ 12000 mm.r/min，對于直徑大于400mm的軋輥，^ 值取10000—10500 mm.r/min; ￡>—軋輥直徑，mm。
3、如權利要求1所述的高速鋼復合軋輥的熱處理方法，其特征在于淬火感應加熱時的軋輥垂直下移速度與軋輥直徑之間需滿足以下公式(1)式屮r一軋輥垂直下移速度，mm/s; ^ —直徑系數，對于直徑小于或等于 400mm的軋輥，^值取550—650 mm2/s，對于直徑大于400mm的軋輥，^ 值取350—450 mm2/s; Z)—軋輥直徑，mm。
全文摘要
高速鋼復合軋輥熱處理方法屬于軋鋼技術領域。本發明首先將軋輥進行退火處理，退火溫度870-890℃，保溫時間6-10小時。再在50Hz/250Hz雙頻淬火機床上進行感應淬火，軋輥在感應淬火前進行預熱處理，預熱溫度280-350℃，預熱保溫時間6-10小時。淬火加熱時，軋輥需要旋轉和沿軸向垂直下移。軋輥加熱后快速水冷，然后在520-560℃進行第一次回火處理，回火保溫時間4-6小時，隨后空冷。再將軋輥重新加熱至500-540℃進行第二次回火處理，回火保溫時間6-8小時，然后爐冷至小于200℃后空冷。本發明熱處理工藝處理高速鋼復合軋輥，工藝簡便，能耗低，生產周期短，軋輥強度高，使用效果好，推廣應用具有很好的經濟和社會效益。
文檔編號C21D9/38GK101215628SQ200810056010
公開日2008年7月9日申請日期2008年1月11日優先權日2008年1月11日
發明者吳中偉, 軼張, 輝李, 李明偉, 健林, 符寒光, 邢建東, 雷永平申請人:北京工業大學

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