專(zhuān)利名稱：一種具有高耐磨性能的支承輥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金軋輥制造領(lǐng)域，特別涉及一種支承輥及其制造方法。
背景技術(shù)：
大型板帶軋機(jī)是現(xiàn)代化冶金企業(yè)的關(guān)鍵工藝設(shè)備，而支承輥是軋機(jī)中的關(guān)鍵核心部件，用來(lái)支承工作輥或中間輥，增強(qiáng)其剛度，防止軋制時(shí)工作輥出現(xiàn)過(guò)度的撓曲變形而影響板形質(zhì)量。支承輥的使用性能直接決定著軋機(jī)穩(wěn)定、產(chǎn)線順行、生產(chǎn)消耗及產(chǎn)品質(zhì)量。目前，各大鋼廠冷、熱軋產(chǎn)線的高等級(jí)支承輥主要采用5%Cr鍛鋼系列，C含量在
0.4 0. 6wt. %之間，Cr含量在2. 0 5. Owt. %，此外含有少量的Mo、V等合金元素。5%Cr鍛鋼支承輥能夠滿足普通板材的生產(chǎn)需要，但在生產(chǎn)熱軋高強(qiáng)鋼、高強(qiáng)度汽車(chē)板、高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼和取向硅鋼等高附加值板材時(shí)，暴露出了耐磨性能不足的問(wèn)題，導(dǎo)致輥面出現(xiàn)凹形或凸形磨損輪廓，影響與工作輥(或中間輥)的接觸狀態(tài)，從而影響板材的表面質(zhì)量和產(chǎn)品合格率。日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)JP08269626A涉及一種具備優(yōu)異耐磨性和抗事故能力的鍛鋼支承輥，材料成分為 C 0. 40-0. 60%, Si ^ I. 2%, Mn ^ I. 0%, Cr 3. 0-6. 0%, Ni ^ I. 0%,Mo 0. 5-2. 5%, W 0-2. 0%, V 0-0. 5%, Mo 當(dāng)量(Mo% +0. 5ff% )為 I. 5-2. 5%余量為雜質(zhì)和Fe。該材質(zhì)可以在保證抗事故能力的情況下提高耐磨性，從而得到具備優(yōu)異耐磨性、抗事故性的長(zhǎng)壽命鍛鋼支承輥。此專(zhuān)利年代較早，所述材質(zhì)是在5% Cr鍛鋼的基礎(chǔ)上的改進(jìn)型材質(zhì)，通過(guò)提高M(jìn)o、V等合金元素的含量來(lái)達(dá)到提高支承輥耐磨性能的目的，仍屬于5 %Cr鍛鋼系列材質(zhì)；且此、V等合金元素不能添加過(guò)多，會(huì)增加支承輥的制造難度，降低支承輥的成材率，因此對(duì)耐磨性能的貢獻(xiàn)有限。隨著現(xiàn)代板帶鋼軋機(jī)向著大型化、高速化、高精度方向發(fā)展，對(duì)板帶產(chǎn)品的規(guī)格、尺寸精度和表面質(zhì)量等要求也越來(lái)越高，帶動(dòng)了工作輥(或中間輥)材料的升級(jí)和使用性能的提升，已向更高性能的半高速鋼以及高速鋼材質(zhì)系列發(fā)展，其合金元素組成和微觀組織發(fā)生了較大的變化，淬硬性、耐磨以及抗事故等性能有大幅提高。因此對(duì)與之相配套的支承輥其使用性能提出了更高要求，在上述背景下，5% Cr系列鍛鋼支承輥已不能滿足低輥耗、長(zhǎng)軋制周期的更高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種支承輥及其制造方法，提高合金元素并相應(yīng)優(yōu)化碳含量，進(jìn)一步采用不燒透加熱預(yù)備熱處理工藝和整體感應(yīng)加熱最終熱處理，按照此配比的支承輥耐磨性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的支承輥。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種用于板帶冷軋機(jī)或熱軋機(jī)的、具有高耐磨性能的支承輥，其化學(xué)成分重量百分比配比是C 0. 38 0. 85% ；Cr :6. I 10. 0% ；Mo :0. 4 I. 5% ；V :0. 15 0. 8% ;還含有 Si :0. 35 I. 20% ；Mn :0. 35 I. 00% ；Ni :0. 4 0. 8% ；Co :0. 4 0. 8% 中的兩種或兩種以上，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其中，C含量?jī)?yōu)選為與Cr、Mo、V合金元素的質(zhì)量百分比關(guān)系符合下式C = O. 060Cr+0. 063Mo+0. 200V(I)下面對(duì)本發(fā)明中合金元素含量的限定理由以及對(duì)C含量的優(yōu)選關(guān)系式進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于C :0. 38 0. 85%C在支承輥材料中的作用包 含兩個(gè)方面，一方面形成馬氏體或貝氏體基體，提供軋輥的基本性能；另一方面與Cr、Mo、V等合金元素形成碳化物第二相，提高耐磨性能，因此C的含量不宜過(guò)低，但過(guò)高則會(huì)形成高碳含量的基體，影響塑性和韌性，同時(shí)還要考慮到Cr、Mo、V等合金元素形成碳化物與C的質(zhì)量比，優(yōu)選出上述關(guān)系式。關(guān)于Cr :6. I 10. 0%支承輥材料中Cr元素具有很重要的作用，一方面部分融入基體起到固溶強(qiáng)化的作用，提高材料的淬透性能和抗回火性能；另一方面形成M7C3型碳化物，有效提高材料的耐磨性能。但添加的含量超過(guò)10%將增加碳化物的不均勻度，不利于材料的強(qiáng)度和韌性，綜合考慮控制在6. I 10.0%。關(guān)于Mo :0. 4 I. 5%Mo在支承輥材料中的作用與Cr類(lèi)似，一方面融入基體起到固溶強(qiáng)化的作用，提高材料的抗回火性能，另一方面形成M2C型碳化物，有效提高材料的耐磨性能，但是由于Mo元素較為昂貴，且添加量過(guò)多會(huì)提高材料的制造難度，綜合考慮控制在0. 4 I. 5%。關(guān)于V :0. 15 0. 8%V在支承輥材料中的作用主要是形成MC型碳化物，細(xì)化晶粒并有效提高材料的耐磨性能，同樣由于V元素較為昂貴，且添加量過(guò)多會(huì)提高材料的制造難度，綜合考慮控制在
0.15 0. 8%。關(guān)于Si、Mn、Ni、Co上述4種合金元素在支承輥材料中的主要作用是強(qiáng)化基體，添加量過(guò)多則會(huì)影響材料的塑性和韌性，綜合考慮添加兩種或兩種以上，控制在Si :0. 35 I. 20% ；Mn :0. 35
1.00% ；Ni 0. 4 0. 8% ；Co :0. 4 0. 8%。另外，本發(fā)明還提供一種支承輥的制造方法，上述百分配比的支承輥按照如下工藝流程制造冶煉一鍛造一鍛后熱處理一粗加工一超聲波探傷一預(yù)備熱處理一半精加工一最終熱處理一精加工一成品。其中冶煉采用電爐+爐外真空精煉+真空吹氬鑄錠雙真空工藝保證鋼液的純凈度，鍛造采用寬砧強(qiáng)力壓下鍛造工藝，經(jīng)預(yù)拔長(zhǎng)+墩粗+再拔長(zhǎng)三火鍛造而成，墩粗比和拔長(zhǎng)比均在2 3左右，輥坯整體長(zhǎng)度上得到充分壓實(shí)，打碎粗大的碳化物，細(xì)化晶粒。鍛后熱處理采用900 1000°C正火+球化退火工藝，以獲得細(xì)晶粒的球狀珠光體組織。特別在預(yù)備熱處理，包括不燒透加熱、油淬和高溫回火，所述調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)為不燒透加熱溫度為950 1050°C、保溫時(shí)間為0. 5 5小時(shí)，油淬冷卻5 30小時(shí)，高溫回火溫度為600 700°C、保溫時(shí)間為5 30小時(shí)。采用不燒透加熱工藝能夠使得支承輥表層一定深度加熱到奧氏體化溫度而芯部仍處于較低的溫度，大幅減少支承輥油淬時(shí)的熱容量，工作層淬火、回火后能夠得到更細(xì)的組織形態(tài)，為最終淬火做好組織準(zhǔn)備，同時(shí)能夠提高輥頸的力學(xué)性能。
特別在最終熱處理，包括整體感應(yīng)加熱、噴霧淬火和高溫短時(shí)回火，所述最終熱處理工藝參數(shù)為整體感應(yīng)加熱溫度為1000 1050°C，保溫時(shí)間為0. 5 5小時(shí)，噴霧冷卻5 30小時(shí)，所述高溫短時(shí)回火溫度為500 550°C、保溫時(shí)間為5 10小時(shí)。采用整體感應(yīng)加熱能夠?qū)崿F(xiàn)工作層的快速、均勻加熱，淬火后得到更多的馬氏體組織，并提高工作層的硬度均勻性。增強(qiáng)基體的強(qiáng)度、控制碳化物的形態(tài)和分布以增強(qiáng)其與基體的結(jié)合性能是提高支承輥耐磨性能的有效方法。本發(fā)明大幅提高了支承輥材料中的主要合金元素Cr的含量，并依據(jù)碳平衡理論確定了在此條件下最優(yōu)的C含量，結(jié)合優(yōu)化的熱處理方法，制造的支承輥取得如下技術(shù)進(jìn)步I.碳化物種類(lèi)豐富，包括M7C3、M2C以及MC類(lèi)型，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到10%以上，且形態(tài)多為顆粒狀，絕大多數(shù)碳化物尺寸在0. 5 2 y m，分布彌散，這些碳化物顆粒硬度均較基體高，尤其是MC型碳化物，在磨損過(guò)程中起到耐磨質(zhì)點(diǎn)的作用，保護(hù)基體不被過(guò)度磨損。2.馬氏體、貝氏體相變研究理論表明基體中C含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2 0.4%，有利于形成韌性較好的板條狀馬氏體和下貝氏體，本發(fā)明的C含量落入上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)；且含有較高含量的Si或Mn或Ni或Co等固溶強(qiáng)化元素，能夠使基體強(qiáng)度得到大幅提聞，包裹碳化物的能力也相應(yīng)提升。采用本發(fā)明的材料和制造方法生產(chǎn)的支承輥，通過(guò)強(qiáng)化基體，改善碳化物形態(tài)、分布，增強(qiáng)基體對(duì)碳化物的包裹能力，更好的發(fā)揮碳化物的耐磨質(zhì)點(diǎn)作用，能夠有效的提高耐磨性能，滿足高強(qiáng)鋼等產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)低輥耗、長(zhǎng)軋制周期的高要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。各實(shí)施例的制造方法工藝步驟與實(shí)施例I基本相同，不同之處見(jiàn)表I。表I
權(quán)利要求
1.一種具有高耐磨性能的支承輥，其化學(xué)成分重量百分比配比是c 0. 38 0. 85% ；Cr :6. I 10. 0 % ；Mo :0. 4 I. 5 % ;V :0. 15 0. 8 % ;還含有 Si :0. 35 I. 20 % ；Mn 0. 35 I. 00% ；Ni 0. 4 0. 8% ；Co :0. 4 0. 8%中的兩種或兩種以上，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的具有高耐磨性能的支承輥，其特征在于，C含量與Cr、Mo、V合金元素的質(zhì)量百分比關(guān)系符合下式 C = O. 060Cr+0. 063MO+0. 200V。
3.如權(quán)利要求I所述的具有高耐磨性能的支承輥的制造方法，其特征在于包括以下步驟 (1)冶煉； (2)鍛造； (3)鍛后熱處理； (4)粗加工； (5)超聲波探傷； (6)預(yù)備熱處理包括不燒透加熱、油淬和高溫回火，其中不燒透加熱溫度為950 1050°C、保溫時(shí)間為0. 5 5小時(shí)，油淬冷卻5 30小時(shí)，高溫回火溫度為600 700°C、保溫時(shí)間為5 30小時(shí)； (7)半精加工； (8)最終熱處理包括整體感應(yīng)加熱、噴霧淬火和高溫短時(shí)回火，其中整體感應(yīng)加熱溫度為1000 1050°C，保溫時(shí)間為0. 5 5小時(shí)，噴霧冷卻5 30小時(shí)，所述高溫短時(shí)回火溫度為500 550°C、保溫時(shí)間為5 10小時(shí)； (9)精加工。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高耐磨性能的支承輥，其化學(xué)成分重量百分比配比是C0.38～0.85％；Cr6.1～10.0％；Mo0.4～1.5％；V0.15～0.8％；還含有Si0.35～1.20％；Mn0.35～1.00％；Ni0.4～0.8％；Co0.4～0.8％中的一種或一種以上，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還公開(kāi)了上述支承輥的制造方法，生產(chǎn)出的支承輥的硬度和而磨性能都有很大的提升。
文檔編號(hào)B21J1/06GK102618788SQ20121008719
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者吳瓊, 姚利松, 孫大樂(lè), 徐長(zhǎng)征 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司