軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法

軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法，所述軋輥的化學組分及其重量百分含量為：C0.50～0.80%；Si0.20～1.50%；Mn0.20～1.00%；P≤0.025%；S≤0.025%；Cr4.50～6.00%；Mo0.50～2.00%；V0.10～1.00%；其余為Fe和不可避免的雜質。軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，包括煉制鋼錠、鍛造輥坯、調質及機械加工、淬火熱處理和回火處理等工藝步驟。本發明的軋制鋁材用的熱軋輥具有高耐磨性、良好的抗熱裂性和耐電化學腐蝕性能；與普通Cr3材質制成的軋輥相比，其壽命可提高50%以上。
【專利說明】軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種軋輥及其制造方法，具體的說，是一種軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法。
【背景技術】
[0002]軋輥是軋鋼廠軋鋼機上的重要零件，是決定軋機效率和軋材質量的重要消耗部件。軋輥利用一對或一組軋輥滾動時產生的壓力來軋碾軋件，使軋件產生塑性變形并獲得理想的設計形狀，因此，軋輥質量的好壞直接關系到軋制產品的表面質量和軋鋼機的生產作業率。它主要承受軋制時的動靜載荷，磨損和溫度變化的影響。
[0003]按照工作狀態的不同，軋輥通常分為冷軋輥和熱軋輥。在熱軋過程中，軋輥承受了強大的軋制力、劇烈的磨損和熱疲勞的影響，而且熱軋輥在高溫下工作，須具有足夠的硬度以抗磨損，具有足夠的強度以保持其尺寸形狀不變形，同時還必須具有足夠的韌性以耐熱沖擊和防止熱裂。
[0004]鋁具有一系列優異特性，是當前用途十分廣泛的、最經濟適用的材料之一。由于鋁具有重量輕和耐腐蝕的特性，使得其在航空航天、建筑、汽車三個重要工業領域內都獲得了廣泛應用。隨著我國經濟的迅速發展，對鋁及其合金的需求量愈來愈多，對鋁材表面質量及精度要求也越來越高，因此對于軋制鋁材用的熱軋輥的要求也越來越高。
[0005]目前，國內用來軋制鋁材用的熱軋輥的主要材質為Cr3系列材質，但是，
[0006]此類材質的熱軋輥已經不能滿足市場需求和產品表面高質量要求，原因包括以下幾點: [0007](l)Cr3系列材質制造的軋輥耐磨性差，換輥周期短，頻繁地更換軋輥嚴重制約了連軋設備的生產效率，加大了工人的勞動強度，并且使得產品的生產成本居高不下；同時，由于軋輥的磨損，使得輥型保持能力差，軋制出的鋁板材的尺寸精度和板型難以保證，產品質量下降；
[0008](2)在軋制過程中，由于軋輥是鋼鐵材料，與鋁板的電極電位不同，所以軋輥、鋁板和軋制潤滑液組成的加工體系也就成了一個化學原電池體系，在軋制過程中，軋輥同時經受軋制應力條件下的電化學腐蝕和腐蝕條件下的應力疲勞作用，輥身表面很容易出現熱裂紋，下機磨削量大，進一步加劇了輥耗，縮短了軋輥壽命；
[0009](3)軋輥表面出現熱裂紋后，軋制時很容易印到鋁板材上，導致所軋制鋁板的板面
質量較差，廢品率高。
[0010]因此，隨著對鋁材及其合金的需求量及其精度要求的不斷增加，研發新的性能優異的軋輥具有非常重要的意義。

【發明內容】

[0011]本發明的目的是提供一種軋制鋁材用的熱軋輥及其制造方法，該軋輥具有高耐磨性、良好的抗熱裂性和耐電化學腐蝕性能。[0012]為達到上述性能要求，本發明所采用的技術方案是:
[0013]軋制鋁材用的熱軋輥，其化學組分及其重量百分含量為:
[0014]C，0.50 ?0.80% ；Si,0.20 ?1.50% ;Μη，0.20 ?1.00% ；Ρ ( 0.025% ；S ( 0.025% ；Cr,4.50?6.00% ;Μο，0.50?2.00% ；V,0.10?1.00% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0015]軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，包含以下工藝步驟:
[0016](a)煉制鋼錠:按照上述化學組分及其含量配制鋼材原料，在電弧爐中進行初步熔煉，熔煉完成后將鋼水置于LF精煉爐中對鋼水進行精煉，精煉溫度為1580°C?1620°C ;待各合金元素和H、O、N含量合適后，調節溫度至1525°C?1550°C出鋼，采用模鑄形式澆注成鋼錠，脫模后對鋼錠進行退火處理；
[0017](b)鍛造輥坯:加熱鋼錠至1200°C?1260°C，保溫8h ;然后按照鍛造比不小于2.5鍛造成輥坯，并對輥坯進行熱處理和車削加工；
[0018](C)調質及機械加工:對步驟(b)得到的輥坯進行粗車和調質處理；所述調質處理的淬火加熱溫度940°C?960°C，淬火時間8?15h，回火溫度480°C?520°C，回火時間10?30h ;調質處理后精車熱軋輥工作面到規定尺寸；
[0019](d)淬火熱處理:對熱軋輥工作表面進行雙頻感應淬火，淬火溫度為950°C?1010°C，冷卻方式為噴水冷卻；
[0020](e)回火處理:將熱軋輥進行回火處理，回火溫度為400°C?600°C,回火保溫時間為30h?100h，然后空冷至室溫；回火完成后，按照所需尺寸對熱軋輥的各部位再次進行精加工。
[0021]本發明的進一步改進在于:所述步驟(a)中，初步熔煉的熔煉溫度大于1630°C，電弧爐出鋼溫度大于1590°C ;鋼錠退火溫度為800°C，退火時間35h。
[0022]本發明的進一步改進在于:所述步驟(b)中，鍛造完成后進行退火處理，退火處理溫度為650°C?700°C，保溫時間30h。
[0023]由于采用了上述技術方案，本發明所取得的技術進步在于:
[0024]本發明提供了一種軋制鋁材用的熱軋輥，具有高耐磨性、良好的抗熱裂性和耐電化學腐蝕性能。經過生產試驗證明，在熱軋條件下，該熱軋輥的耐磨性能及抗熱裂性均明顯提高，在軋制時軋輥不易變形，提高了軋輥壽命，降低了軋輥更換頻率，提高了連軋設備的生產效率，因而大大降低了生產成本，更加保證了有色金屬的軋制質量。在相同的軋制條件下，與普通Cr3材質軋輥相比，本發明的熱軋輥壽命可提高50%以上。
[0025]在本發明的熱軋輥的化學組分中，Cr是軋輥的主要合金元素成分之一，可增加軋輥的淬硬層深度并有二次硬化作用，提高了軋輥強度和耐磨性，降低熱沖擊引起的拉應力，且不會使鋼變脆；因此，通過合理控制Cr的含量，增強了軋輥的強度，阻礙裂紋的形成和發展。另外，C影響鋼的整體強度和淬火硬度；Si可以提高材質的熱沖擊抗力和提高淬透性，還能提高鋼的回火穩定性；Mn是一種脫氧劑，用于將雜質S固定；V是最有助于提高耐磨損性碳化物的元素，可以細化鋼的組織和晶粒，增加淬火鋼的回火穩定性；Mo含量和軋輥工作層的耐熱裂性能有一定關系，Mo含量較低時增加含量可提高耐熱裂性，Mo含量高時增加含量耐熱裂性反而降低；因此本發明通過合理控制Cr、Mo、C、S1、V、Mn的含量，并通過適當的熔煉鑄造方法，控制C、P、S、H、0、N的含量，制得用于軋制鋁材的超高強度熱軋輥，使鋁材熱軋輥的壽命較Cr3材質大大提高。[0026]本發明還提供了軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法。其中，調質處理保證了熱軋輥的整體韌性；對熱軋輥進行雙頻感應淬火熱處理，淬火溫度為950-1010°C，高于普通材質的淬火溫度，控制冷卻速度和移動速度，降低了淬火過程后產生的殘余應力；淬火處理之后通過回火處理大幅度降低熱裂紋的產生幾率，進而提升抗事故能力，延長熱軋輥的使用周期。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明:
[0028]軋制鋁材用的熱軋輥，其化學組分及其重量百分含量為:
[0029]C，0.50 -0.80% ；Si,0.20 -1.50% ;Μη，0.20 -1.00% ；Ρ ( 0.025% ；S ( 0.025% ；Cr,4.50-6.00% ;Μο，0.50-2.00% ；V,0.10-1.00% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0030]上述有色金屬熱軋輥的化學組分及其重量百分含量優選為:
[0031]C，0.65 -0.80% ；Si,0.35 -0.80% ;Μη，0.55 -0.80% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.020% ；Cr,4.95-5.35% ;Μο，0.90-1.20% ；V,0.20-0.45% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0032]軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，包含以下工藝步驟:
[0033](a)煉制鋼錠:按照上述化學組分及其含量配制鋼材原料，在電弧爐中進行初步熔煉，熔煉完成后將鋼水置于LF精煉爐中對鋼水進行精煉，精煉溫度為1580°C-1620°C ;待各合金元素含量合適、H含量≤1.5ppm、O含量≤25ppm、N含量≤120ppm后，調節溫度至1525°C-1550°C出鋼，采用模鑄形式澆注成鋼錠，脫模后對鋼錠進行退火處理；
[0034](b)鍛造輥坯:加熱鋼錠至1200°C-1260°C，保溫8h ;然后按照鍛造比不小于2.5鍛造成輥坯，并對輥坯進行熱處理和車削加工；
[0035](C)調質及機械加工:對步驟(b)得到的輥坯進行粗車和調質處理；所述調質處理的淬火加熱溫度940°C-960°C，淬火時間8-15h，回火溫度480°C-520°C，回火時間10-30h ;調質處理后精車熱軋輥工作面到規定尺寸；
[0036](d)淬火熱處理:對熱軋輥工作表面進行雙頻感應淬火，淬火溫度為950°C-1010°C，冷卻方式為噴水冷卻；
[0037](e)回火處理:將熱軋輥進行回火處理，回火溫度為400°C-600°C,回火保溫時間為30h-100h，然后空冷至室溫；回火完成后，按照所需尺寸對熱軋輥的各部位再次進行精加工。
[0038]實施例1
[0039]一、本實施例的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0040]C，0.60 -0.70% ;Si，0.20 -0.30% ；Mn, 0.20 -0.30% ；P ( 0.025% ；S ( 0.025% ；Cr, 5.60-6.00% ;Μο，0.60-0.80% ；V,0.20-0.40% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0041]二、本實施例的一種軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法為:
[0042](a)煉制鋼錠:按照上述化學組分及其含量配制鋼材原料，在電弧爐中進行初步熔煉，熔煉溫度大于1630°C，控制元素C、P、S含量合適后出鋼，電弧爐出鋼溫度大于1590°C ；熔煉完成后將鋼水置于LF精煉爐中對鋼水進行精煉，精煉溫度為1580°C-1620°C ;待各合金元素含量合適、H含量≤1.5ppm、O含量≤25ppm、N含量≤120ppm后，調節溫度至1525°C-1550°C出鋼，采用模鑄形式澆注成鋼錠，脫模后對鋼錠進行退火處理，退火溫度為800°C，退火時間35h。
[0043]經對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:C，0.65% ;Si，0.20% ；Mn, 0.20% ；P, 0.025% ；S, 0.025% ；Cr, 6.00% ；Mo,0.70% ；V, 0.30% ;其余為
Fe和不可避免的雜質。
[0044](b)鍛造輥坯:加熱鋼錠至1200°C?1260°C，保溫8h ;然后按照鍛造比不小于2.5鍛造成輥坯，然后對輥坯進行退火處理，退火溫度650°C?700°C，熱處理時間30小時，最后進行車削加工。
[0045](C)調質及機械加工:對步驟(b)得到的輥坯進行粗車和調質處理；所述調質處理的淬火加熱溫度940°C?960°C，淬火時間8?15h，回火溫度480°C?520°C，回火時間10?30h ;調質處理后精車熱軋輥工作面到規定尺寸。
·[0046](d)淬火熱處理:對熱軋輥工作表面進行雙頻感應淬火，淬火溫度為970°C，冷卻方式為噴水冷卻。
[0047](e)回火處理:將熱軋輥進行回火處理，回火溫度為460°C,回火保溫時間為100h，然后空冷至室溫；回火完成后，按照所需尺寸對熱軋輥的各部位再次進行精加工，即制得軋制鋁材用的熱軋輥。
[0048]實施例2
[0049]實施例2的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0050]實施例2的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0051]C，0.70 ?0.80% ；Si,0.50 ?0.70% ;Μη，0.50 ?0.70% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.015% ；Cr,4.80?5.20% ;Μο，0.50?0.70% ；V,0.10?0.20% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0052]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:
[0053]C，0.75% ；Si,0.55% ;Μη，0.65% ;Ρ，0.018% ；S,0.015% ；Cr,5.05% ；Mo,0.50% ；V,
0.10% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0054]步驟(d)的淬火溫度為960°C ;步驟(e)中的回火溫度為440°C，回火時間80h。
[0055]實施例3
[0056]實施例3的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0057]實施例3的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0058]C，0.70 ?0.80% ；Si,0.80 ?1.10% ;Μη，0.80 ?1.00% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.015% ；Cr,4.80?5.20% ；Mo, 1.00?1.20% ；V,0.80?1.00% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0059]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:
[0060]C，0.80% ；Si, 1.00% ；Mn, 1.00% ;Ρ，0.016% ；S,0.013% ；Cr,4.90% ；Mo, 1.15% ；V,
1.00% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0061]步驟(d)的淬火溫度為980°C ;步驟(e)中的回火溫度為500°C，回火時間70h。
[0062]實施例4
[0063]實施例4的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0064]實施例4的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0065]C，0.50 ?0.60% ；Si, 1.20 ?1.50% ;Μη，0.70 ?0.80% ；Ρ ( 0.015% ；S ( 0.010% ；Cr,4.50?4.80% ；Mo, 1.40?2.00% ；V,0.40?0.80% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0066]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:[0067]C，0.50% ；Si, 1.50% ;Μη，0.72% ;Ρ，0.015% ；S,0.008% ；Cr,4.50% ;Μο，2.00% ；V,
0.40% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0068]步驟(d)的淬火溫度為1000°C ;步驟(e)中的回火溫度為590°C，回火時間80h。
[0069]實施例5
[0070]實施例5的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0071]實施例5的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0072]C，0.65 ?0.75% ；Si,0.30 ?0.50% ;Μη，0.30 ?0.60% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.020% ；Cr, 5.10?5.50% ；Mo, 1.00?1.40% ；V,0.10?0.50% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0073]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分含量(重量百分含量)為:
[0074]C，0.70% ；Si,0.35% ;Μη，0.55% ;Ρ，0.020% ；S,0.017% ；Cr,5.35% ；Mo, 1.20% ；V,
0.30% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0075]步驟(d)的淬火溫度為990°C ;步驟(e)中的回火溫度為440°C，回火時間80h。
[0076]實施例6
[0077]實施例6的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于: [0078]實施例6的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0079]C，0.70 ?0.80% ；Si,0.50 ?0.85% ;Μη，0.50 ?0.80% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.015% ；Cr,4.80?5.10% ;Μο，0.70?1.00% ；V,0.10?0.40% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0080]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:
[0081]C，0.75% ；Si,0.55% ;Μη，0.65% ;Ρ，0.018% ；S,0.015% ；Cr,5.05% ；Mo,0.90% ；V,
0.20% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0082]步驟(d)的淬火溫度為970°C ;步驟(e)中的回火溫度為470°C，回火時間80h。
[0083]實施例7
[0084]實施例7的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0085]實施例7的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0086]C，0.70 ?0.90% ；Si,0.70 ?1.20% ;Μη，0.55 ?0.90% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.015% ；Cr, 5.20?5.60% ;Μο，0.90?1.30% ；V,0.20?0.50% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0087]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:
[0088]C，0.78% ；Si,0.80% ;Μη，0.78% ;Ρ，0.016% ；S,0.013% ；Cr,5.30% ；Mo, 1.15% ；V,
0.25% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0089]步驟(d)的淬火溫度為950°C ;步驟(e)中的回火溫度為460°C，回火時間70h。
[0090]實施例8
[0091]實施例8的制備方法與實施例1的制備方法相同，其區別在于:
[0092]實施例8的熱軋輥的化學組分含量(重量百分含量)的設計目標為:
[0093]C，0.65 ?0.80% ；Si,0.35 ?0.80% ;Μη，0.55 ?0.80% ；Ρ ( 0.020% ；S ( 0.020% ；Cr,4.95?5.35% ;Μο，0.90?1.20% ；V,0.20?0.45% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0094]經過對鋼錠進行化學成分分析，鋼錠的最終化學成分的含量(重量百分含量)為:
[0095]C，0.68% ；Si,0.65% ;Μη，0.72% ;Ρ，0.015% ；S,0.008% ；Cr,4.95% ；Mo,0.95% ；V,
0.45% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
[0096]步驟(d)的淬火溫度為1010°C ;步驟(e)中的回火溫度為435°C，回火時間65h。[0097]將實施例1?實施例8制備的熱軋輥進行性能測試，包括表面硬度檢測、耐磨性試驗和冷熱疲勞試驗，并與傳統的Cr3材質軋輥進行了對比，測試數據見表I。
[0098]表I軋制鋁材用的熱軋輥性能測試結果
[0099]
【權利要求】
1.軋制鋁材用的熱軋輥，其特征在于:所述軋輥的化學組分及其重量百分含量為:
C，0.50 ?0.80% ；Si,0.20 ?1.50% ;Μη，0.20 ?1.00% ；Ρ ( 0.025% ；S ( 0.025% ；Cr,4.50?6.00% ;Μο，0.50?2.00% ；V,0.10?1.00% ;其余為Fe和不可避免的雜質。
2.—種權利要求1所述的軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，其特征在于:包含以下工藝步驟: Ca)煉制鋼錠:按照上述化學組分及其含量配制鋼材原料，在電弧爐中進行初步熔煉，熔煉完成后將鋼水置于LF精煉爐中對鋼水進行精煉，精煉溫度為1580°C?1620°C;待各合金元素和Η、0、Ν含量合適后，調節溫度至1525°C?1550°C出鋼，采用模鑄形式澆注成鋼錠，脫模后對鋼錠進行退火處理； (b)鍛造輥坯:加熱鋼錠至1200°C?1260°C，保溫8h;然后按照鍛造比不小于2.5鍛造成輥坯，并對輥坯進行熱處理和車削加工； (c)調質及機械加工:對步驟(b)得到的輥坯進行粗車和調質處理；所述調質處理的淬火加熱溫度940°C?960°C，淬火時間8?15h，回火溫度480°C?520°C，回火時間10?30h ;調質處理后精車熱軋輥工作面到規定尺寸； Cd)淬火熱處理:對熱軋輥工作表面進行雙頻感應淬火，淬火溫度為950°C?1010°C，冷卻方式為噴水冷卻； Ce)回火處理:將熱軋輥進行回火處理，回火溫度為400°C?600°C,回火保溫時間為30h?100h，然后空冷至室溫；回火完成后，按照所需尺寸對熱軋輥的各部位再次進行精加工。
3.根據權利要求2所述的軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，其特征在于:所述步驟Ca)中，初步熔煉的熔煉溫度大于1630°C，電弧爐出鋼溫度大于1590°C ;鋼錠退火溫度為800°C，退火時間35h。
4.根據權利要求2或3任一項所述的軋制鋁材用的熱軋輥的制造方法，其特征在于:所述步驟(b)中，鍛造完成后進行退火處理，退火處理溫度為650°C?700°C，保溫時間30h。
【文檔編號】C22C38/24GK103436789SQ201310343641
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】楊昱東, 田興飛, 吳小強, 孫滿臣, 苗金平 申請人:中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司