一種寬厚板熱矯直機(jī)工作輥及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及矯直輥材料及制造領(lǐng)域，特別涉及一種用于寬度1300~4900_，厚度 10~IOOmm的寬厚板熱矯直、減輕鋼板表面壓痕的工作棍及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在國(guó)內(nèi)外寬厚板廠的軋線設(shè)備布置中，乳機(jī)一加速冷卻一熱矯直機(jī)的布置結(jié)構(gòu)已 經(jīng)成為基本配置，熱矯直機(jī)布置在加速冷卻之后，經(jīng)軋機(jī)軋制和快速冷卻，鋼板不可避免會(huì) 產(chǎn)生各種板形缺陷和殘余內(nèi)應(yīng)力，通過熱矯機(jī)合理的輥縫設(shè)定，使板帶在高溫狀態(tài)下發(fā)生 較大的彈塑性變形，實(shí)現(xiàn)多次反復(fù)彎曲以達(dá)到矯直鋼板、改善板形、降低內(nèi)應(yīng)力的目的。因 此，熱矯直機(jī)已成為保證厚板產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。
[0003] 作為熱矯直機(jī)的重要部件，矯直輥的材料技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢。對(duì)相關(guān)專利和文獻(xiàn) 進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。目前矯直輥材料按用途可分為板帶材矯直輥和棒材、管材、型 鋼等矯直輥，而板帶材矯直輥按矯直按操作溫度又分為熱矯直和冷矯直兩類。用于棒材、管 材、型鋼等矯直輥其材料多為高鉻合金，其制造工藝以鑄造為主，也有采用多金屬?gòu)?fù)合或鑲 套工藝等。板帶材矯直輥則以工、模具鋼為主，為整體鍛造工藝。這其中，用于冷矯直的矯 直輥其材料多為高碳、低合金的工具鋼或冷作模具鋼，而用于熱矯直的矯直輥其材料多為 熱作模具鋼。
[0004] 目前寬厚板熱矯直機(jī)工作輥主要采用H13 UCr5M0SiVl)熱作模具鋼材料制造，輥 面硬度在50~58HRC，采用H13材料的矯直機(jī)工作輥，鋼板表面壓痕是長(zhǎng)期困擾寬厚板熱矯 直的一個(gè)難題，直接影響到鋼板的表面質(zhì)量。熱矯直機(jī)壓痕主要分為兩類，一是縱向壓痕， 二是橫向壓痕，縱向壓痕主要的發(fā)生原因是工作輥和支承輥之間的不均勻接觸，產(chǎn)生局部 應(yīng)力過大，造成支承輥輥面剝落，剝落下的碎屑粘在工作輥表面上，形成米粒狀的壓痕，且 在鋼板上的分布面積較大。橫向壓痕主要是由于鋼板頭尾在咬鋼時(shí)對(duì)輥面的撞擊造成的， 一般壓痕在鋼板上分布的面積很小，類似劃傷的形貌。隨著用戶對(duì)鋼板表面質(zhì)量的要求越 來(lái)越高，熱矯直機(jī)輥面壓痕已經(jīng)成為生產(chǎn)高表面要求鋼板的最大障礙。
[0005] 造成此類壓痕的主要原因之一就是H13材料在熱態(tài)下的基體強(qiáng)度和紅硬性仍存 在不足。根據(jù)寬厚板熱矯直機(jī)的工作特性，工作輥需長(zhǎng)期處于600~900°C溫度條件下工作 (輥面溫度通常會(huì)達(dá)到500°C)，因此除了要求更高的耐磨性能和綜合力學(xué)性能之外，還需要 優(yōu)異的抗熱沖擊性能、紅硬性和熱硬性，滿足高溫矯直時(shí)的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力要求。
[0006] 表1文獻(xiàn)和專利中的矯直輥合金成分
[0007]
[0009] 表1中提到的文獻(xiàn)1-11分別為：
[0010] [1]姚年紅，張青，沈新群.5m寬厚板冷矯輥失效分析[J].現(xiàn)代冶 金，2009,（6) :53-54.
[0011] [2]熊杰，劉中原，張恒.大型鍛鋼冷矯直輥斷裂失效分析與國(guó)產(chǎn)化[J].重型機(jī) 械，2009,（4) :50-53.
[0012] [3]孫菲菲，張青，謝晶，王靜妹，任政.進(jìn)口冷矯直機(jī)工作輥斷輥原因分析 [J]·現(xiàn)代冶金，2011，（5) :14-18.
[0013] [4]趙崠，吳慶君.德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)熱作模具鋼X40CrM〇V5-l在熱矯直輥材料中的 應(yīng)用[J]·中國(guó)重型裝備，2012,（2) :27-29.
[0014] [5]鄭鵬飛，周峰.寬厚板熱矯工作輥材料選擇及熱處理工藝分析[J].現(xiàn)代冶 金，2011，（4) :62-64.
[0015] [6]袁厚之·高鉻復(fù)合矯直輥[J]·鋼管，1993,（6) :33-35.
[0016] [7]袁厚之·高鉻合金軋輥和矯直輥的研制及推廣[J]·焊管，2009,（3) :31-34.
[0017] [8]夏期成.Crl2M〇V鋼矯直輥高溫鹽浴快速加熱淬火[J].金屬熱處 理，1995,（5) :34-36.
[0018] [9]于文平，劉勇，張峰.Crl2MoV鋼大型矯直輥的熱處理[J].熱處 理，2003,（2) :35-37.
[0019] [10]劉素芳.超細(xì)長(zhǎng)比薄板矯直機(jī)工作輥的熱處理[J].江蘇建 材，2002,（I) :32-34.
[0020] [11]劉建軍，曹愛濱.拉伸彎曲矯直輥的熱處理[J].金屬熱處理，1999,（6) :36.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是寬厚板熱矯直機(jī)工作輥，能夠滿足寬厚板熱矯 直輥的技術(shù)要求，同時(shí)較現(xiàn)有的H13材料具有更好的基體強(qiáng)度和紅硬性。
[0022] 為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0023] -種寬厚板熱矯直機(jī)工作輥，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比包括：
[0024]
[0025] 本發(fā)明所述的寬厚板熱矯直機(jī)工作棍主要用于寬度1300~4900mm，厚度10~ IOOmm的寬厚板的矯直。
[0026] 優(yōu)選的，所述寬厚板熱矯直機(jī)工作棍的直徑為345~360mm，棍身長(zhǎng)度為5200mm。
[0027] 所述寬厚板熱矯直機(jī)工作輥上還可以設(shè)置有冷卻水孔。
[0028] 本發(fā)明還提供了所述寬厚板熱矯直機(jī)工作輥的制備方法，其包括如下步驟：（1) 經(jīng)過鍛造和鍛造后熱處理，將原料粗加工成輥坯；（2)調(diào)質(zhì)熱處理；（3)最終熱處理；（4)回 火處理；（5)精加工。
[0029] 優(yōu)選的，
[0030] 在步驟（1)所述鍛造過程中，由于較高的合金含量，如上所述的寬厚板熱矯直機(jī)工 作輥將存在一定量的共晶碳化物，因此需要妥善的進(jìn)行六面鍛造。鍛造工藝如下：始鍛溫度 為1050~1120°C，加熱溫度為1120~1170°C，終鍛溫度為850~900°C。
[0031] 步驟（1)所述鍛造后熱處理可以采用等溫球化退火工藝，將矯直輥鍛造坯料加熱 到860°C ±10°C，保溫10h，冷至710~720°C再等溫20h，爐冷到550°C出爐。退火后硬度 彡 220HBS。
[0032] 在步驟（1)中所述鍛造后處理步驟后，還可以進(jìn)行超聲波探傷。
[0033] 步驟（2)所述的調(diào)質(zhì)熱處理可以包括高溫固溶、淬火和高溫回火，所述高溫固溶的 溫度為1150~1180°C，時(shí)間為3-10h ;所述淬火為冷卻至室溫；所述高溫回火溫度為680~ 720°C，時(shí)間為24-48h。采用此調(diào)質(zhì)熱處理工藝能夠最大限度的將共晶碳化物溶解并均勻 化，即使還有未溶的共晶碳化物，也變得細(xì)小、分散而圓整，固溶后淬火并立即高溫回火，能 夠得到有大量彌散析出的碳化物，其形態(tài)細(xì)小、圓整，為后續(xù)最終熱處理提供理想的預(yù)備組 織。
[0034] 步驟（3)所述最終熱處理其中最關(guān)鍵的一道工序，決定了所述寬厚板熱矯直機(jī)工 作輥的使用性能，對(duì)于這種細(xì)長(zhǎng)規(guī)格矯直機(jī)工作輥?，F(xiàn)有技術(shù)中采用通常的整理熱處理法， 即在循環(huán)熱風(fēng)爐或鹽浴槽里進(jìn)行加熱，待到奧氏體化保溫結(jié)束后整體放入油槽進(jìn)行淬火， 會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形問題。因此，本發(fā)明在達(dá)到淬硬層深度要求的同時(shí)盡量降低尺寸變形，最 為有效的淬火方式為感應(yīng)淬火，為滿足輥身長(zhǎng)度5200mm的厚板矯直機(jī)工作輥的加熱和淬 火。
[0035] 優(yōu)選的，步驟（3)所述最終熱處理采用臥式中頻感應(yīng)淬火機(jī)床進(jìn)行，具體包括預(yù) 熱、感應(yīng)加熱和噴水冷卻，所述預(yù)熱溫度500~600°C，預(yù)熱時(shí)間10_20h ;感應(yīng)加熱溫度為 1050~1150°C，所述臥式中頻感應(yīng)淬火機(jī)床感應(yīng)線圈的行走速率0. 5~I. 5mm/s，用軋輥所 需加熱的長(zhǎng)度除以感應(yīng)線圈的行走速度可以得到感應(yīng)加熱時(shí)間。
[0036] 進(jìn)一步的，所述臥式中頻感應(yīng)淬火機(jī)床的頻率優(yōu)選為800~2500Hz，選用的感應(yīng) 線圈直徑比矯直機(jī)工作輥直徑大20~30mm。為達(dá)到較強(qiáng)的冷卻效果，所述噴水冷卻采用雙 圈噴水冷卻。
[0037] 步驟（4)所述回火處理，是指升溫、保溫和降溫的回火過程，優(yōu)選升溫至500~ 550°C，保溫，降溫至室溫；
[0038] 進(jìn)一步優(yōu)選的，采用三次回火處理，每一次的回火均升溫至500~550°C，保溫時(shí) 間分別為10~20小時(shí)、分別降溫至室溫。每一次的保溫溫度和保溫時(shí)間可以相同或不同。 [0039] 使用三次回火處理，可以充分消除冷卻后殘留的奧氏體組織，提高矯直輥的回火 硬度穩(wěn)定性和使用過程中的尺寸穩(wěn)定性。
[0040] 步驟（5)所述精加工包括粗磨、精磨加工至成品尺寸。
[0041] 本發(fā)明的矯直機(jī)工作輥材質(zhì)相對(duì)H13材料而言，其在化學(xué)成分上適當(dāng)提高了 C、 Mn、Mo的含量，并新添加了微量Al元素。對(duì)于H13系列熱作模具鋼，為達(dá)到一定的耐磨性能， 微觀組織中需保留體積分?jǐn)?shù)為5%左右的碳化物，因此熱處理時(shí)淬火加熱溫度相對(duì)較低，這 樣會(huì)導(dǎo)致基體中C和合金元素的溶解不足，從而影響基體強(qiáng)度。提高C含量是解決問題的 捷徑，但是大幅提高C的含量會(huì)帶來(lái)一系列問題：韌性會(huì)有一定程度的降低，馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn) 溫度也會(huì)隨之下降，矯直輥淬火變形、開裂傾向增大，此外會(huì)降低熱導(dǎo)率，不適用于選作熱 矯直輥的材料。
[0042] 因此，提高合金元素含量是解決上述矛盾的最佳途徑。選擇合適的C含量，提高 Mn、Mo等合金元素含量的提高，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)固溶強(qiáng)化作用，改善矯直機(jī)工作輥的基體強(qiáng) 度，同時(shí)提高M(jìn)o元素含量能夠顯著增加鋼對(duì)回火軟化的抗力，提高矯直機(jī)工作輥的回火穩(wěn) 定性以及紅硬性，能在較高的回火溫度和工作溫度下保持相對(duì)于H13材料更高的