专利名称：合金轧辊的表面处理方法和制造方法
技术领域：
本发明涉及一种合金轧辊的表面处理方法和制造方法。
背景技术：
轧辊是电线电缆(铝、铜及其合金杆材)连轧机中十分重要的零件，是铝(铜)及其合金杆材生产中消耗量大、占用资金多的易耗品，其质量和性能水平直接决定着电线电缆的生产效率、产品质量和技术水平。由于轧辊工作时的受力情况复杂一方面要承受较大的挤压负荷，轧辊的R槽在工作时直接与红热的铝(铜)杆接触、挤压；同时，R槽处与塑性变形的高温金属相磨擦，容易产生粘着及磨损，降低轧制精度；另一方面，R槽各部位在工作时反复受热受冷，在与高温金属接触、挤压时，接触面温度迅速升高，接着又受到冷却液的激冷，因此常处在激冷与激热循环的恶劣条件下工作，形成很大的热应力，而且这种热应力是方向相反交替地产生，R槽处极易产生热疲劳裂纹，并逐渐扩展，形成龟裂，最终导致轧辊失效。而现有的轧辊，轧制铝材的普遍采用42CrMo材料，轧制铜材的普通采用5CrMnMo材料，两种轧辊的材料的成分分别为C MnCrMo42CrMo 0.38～0.450.50～0.800.90～1.200.15～0.255CrMnMo0.50～0.601.20～1.600.60～0.900.15～0.30从材料成分组成表中可以看出，42CrMo和5CrMnMo中均加入较多的Cr元素和Mn元素，而Cr元素和Mn元素均会引起第二类回火脆性，尤其Mn元素更会降低钢的导热性，有较大的过热敏感性。加之现有轧辊均是经过普通的机械加工和常规热处理而制成，尽管加工时要求轧辊R槽处的光洁度高达 但由于并未改变金属表面的性质以及轧辊表面受到腐蚀等原因，因而无法从根本上解决有色金属高温下粘着辊面的问题。因此现有轧辊存在以下问题使用中R槽处过早出现高温磨损、热疲劳龟裂以及形成粘模等情况，造成轧辊使用寿命短，轧制质量不高等问题，工作中需频繁停机更换轧辊，严重地影响了产品质量，降低了生产产量，增大了生产成本。
以上是就材料的选择而言，说明了合金的组成和含量对轧辊质量和性能的影响。而实践证明，轧辊的损坏和失效，往往发生在表面或由表面开始，可见表面性能的优劣直接影响着轧辊的使用性能及寿命。因此，改善轧辊的表面性能是解决问题的关键。而在现有技术中，几乎没有人对轧辊进行表面处理以改善其表面性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对合金轧辊进行表面处理的方法，以提高轧辊的表面硬度、耐磨性以及抗热疲劳开裂的能力，降低辊面的磨损率，减少表面缺陷和产生裂纹的倾向，提高轧辊的疲劳强度和抗蚀性能。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种合金轧辊的制造方法，采用该方法制造的合金轧辊具有较高的表面硬度、耐磨性和抗热疲劳开裂的能力，轧辊的疲劳强度和抗蚀性能高。
此外本发明还有一个要解决的技术问题是提供一种在使用上述方法制造合金轧辊时采用的合金钢的合金成分及含量，具有该种成分及含量的合金钢可进一步提高轧辊的耐磨性和抗热疲劳开裂的能力。
对于本发明的对合金轧辊进行表面处理的方法，该技术问题是这样加以解决的该表面处理方法包括以下步骤，首先对该轧辊进行液体渗氮处理，使轧辊表面形成厚度15μm～35μm的渗氮组织层；然后对该轧辊进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；再对该轧辊进行氧化处理，使渗氮组织层表面覆盖氧化层。
在上述表面处理方法的渗氮处理中，轧辊的合金材料中的Cr、Mo、V等成分均可与氮形成硬度高、稳定性好的氮化物，并以弥散状态分布于渗氮层内，使其弥散强化，具有更高硬度和耐磨性；经渗氮处理后使轧辊表面形成厚度15μm～35μm的渗氮组织层(白亮层+扩散层)，表面硬度为Hv750～Hv1200，耐磨性大大提高；同时白亮层下面的扩散层可以提高材料的疲劳强度，提高了抗热疲劳开裂的能力。在液体渗氮后进行喷沙或喷丸处理，可去掉化合物层外面的疏松层，提高工件的耐磨性，同时使工件表面产生了与工作时受力方向相反的预应力，提高工件的疲劳强度。在喷沙后进行氧化处理，不仅降低了工件的表面粗糙度，使其外观变得赏心悦目，减少了轧辊与红热坯料之间的摩擦，减小坯料的流动阻力，使相对滑动性更为良好，还大大提高了化合物层中的含氧量，从而进一步提高工件的抗蚀性能。
对于本发明的合金轧辊的制造方法，该技术问题是这样加以解决的其工艺步骤包括钢件正火、调质处理，在调质处理后还对轧辊进行表面处理，其步骤如下首先对该轧辊进行液体渗氮处理，使轧辊表面形成厚度为15μm～35μm的渗氮组织层；然后对该轧辊进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；再对该轧辊进行氧化处理，使渗氮组织层表面覆盖氧化层。
上述对合金轧辊进行表面处理的方法以及合金轧辊的制造方法，均大大提高了轧辊的耐磨性和抗热疲劳开裂的能力，降低了辊面的磨损率，减少了表面缺陷和产生裂纹的倾向；使轧辊在工作时不容易产生粘附、咬合、热胶着等现象，使硬度、强度、韧性、耐磨性、耐疲劳强度、抗粘合性等性能达到使用所需要的最佳配合，从而大大提高了轧辊的使用寿命和所轧制杆材的表面光洁度。
对于上述合金轧辊的制造方法来说，最好可采用以下的合金成分及含量0.35％～0.65％的C，0.50％～0.80％的Mn，0.90％～1.50％的Cr，0.30％～0.50％的Mo，0.15％～0.45％的V，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述技术方案通过增加强碳化物形成元素Mo的含量，以获得足够数量的合金碳化物，提高钢的淬透性和高温蠕变强度，增加回火稳定性和二次硬化效果，同时Mo可抑制铬、锰元素所引起的第二类回火脆性；降低了产生过热敏感性和加剧第二类回火脆性的合金元素Mn的含量；加入了能细化晶粒、降低钢的过热敏感性、显著提高钢的耐磨性和红硬性的V元素。
通过以上合金成分的合理匹配提高了材料的回火稳定性，使辊面在交替受热与冷却过程中不至发生回火而降低硬度，更不会出现回火脆性，从而提高其抗热疲劳的能力。Mo、V等元素在回火时以碳化物形式析出而产生二次硬化，使轧辊在较高温度下保持相当高的硬度，提高了材料的高温强度，满足耐磨性和强韧性的要求。使得轧辊的使用寿命长，轧制的产品质量高，工作中也无需频繁停机更换轧辊，工作效率高，生产成本低。
经过严格合理的选材和改性处理后，赋予该轧辊以优良的耐磨损、耐腐蚀和耐高温性能，显著提高轧辊的工作质量和使用寿命，使生产成本明显降低，达到节约材料、节约能源和高效长寿的目的。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的合金轧辊及其表面处理方法和制造方法作进一步详细描述，以下所列实施例为本发明的非限定性实施例，有关成分配比和工艺参数可在允许的范围进行调整，这种调整对本发明没有实质性影响。
实施例一本例的轧辊的材料组成及重量含量为0.55-0.65％的C，0.50-0.80％的Mn，0.90-1.50％的Cr，0.30-0.40％的Mo，0.15-0.45％的V，其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有冶金技术制得，并在该成型轧辊的材料上进行特殊的表面处理，即在钢件正火与调质处理两步工艺之间，进行高温回火工艺处理；并在调质处理后进行表面处理，即先进行预热处理，该预热处理的温度条件为300～400℃，处理时间为20～150min；然后进行液体渗氮、喷砂(或喷丸)及氧化处理，其中液体渗氮处理的温度条件为500～580℃，处理时间为120～300min；氧化处理的温度为350～500℃，处理时间为10～30min。经上述表面处理后在轧辊表面形成20μm左右厚度的渗氮组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，轧辊的表面硬度在Hv800～900。
实施例二本例的轧辊的材料组成及重量含量为0.35％的C，0.80％的Mn，0.90％的Cr，0.50％的Mo，0.16％的V，其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有冶金技术制得，并在该成型轧辊的材料上进行特殊的表面处理，即在钢件正火与调质处理两步工艺之间，进行高温回火工艺处理；并在调质处理后进行表面处理，即先进行预热处理，该预热处理的温度条件为300～400℃，处理时间为20～150min；然后进行液体渗氮、喷砂(或喷丸)及氧化处理，其中液体渗氮处理的温度条件为500～580℃，处理时间为120～300min；氧化处理的温度为350～500℃，处理时间为10～30min。经上述表面处理后在轧辊表面形成25μm左右厚度的渗氮组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，轧辊的表面硬度在Hv950。
实施例三本例的轧辊的材料组成及重量含量为0.45％的C，0.65％的Mn，1.30％的Cr，0.40％的Mo，0.30％的V，其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有冶金技术制得，也可直接购置现成的含量及成分与此相同的合金材料制成轧辊，并在该成型轧辊的材料上进行特殊的表面处理，即在钢件正火与调质处理两步工艺之间，进行高温回火工艺处理；并在调质处理后进行表面处理，即先进行预热处理，该预热处理的温度条件为300～400℃，处理时间为20～150min；然后进行液体渗氮、喷砂及氧化处理，其中液体渗氮处理的温度条件为500～580℃，处理时间为120～300min；氧化处理的温度为350～500℃，处理时间为10～30min。经过上述表面处理后在轧辊表面形成30μm左右厚度的渗氮组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，轧辊的表面硬度在Hv1000。
本发明的表面处理方法和制造方法不仅可以针对含上述成分和含量的合金轧辊有效，而且对其它的合金轧辊也同样可行。其它可选择的材料主要包括35CrMoV、60CrMoV、45CrNiMoV、45CrNiMo1V、40CrNiMo、45CrNi2MoV、40CrNi2Mo、50CrNi3Mo、5CrNiMo、60Cr2Mo、42Cr2MoV等。
权利要求
1.一种合金轧辊的表面处理方法，其特征在于对该轧辊进行液体渗氮处理，使轧辊表面形成厚度15μm～35μm的渗氮组织层；然后对该轧辊进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；再对该轧辊进行氧化处理，使渗氮组织层表面覆盖氧化层。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于所述液体渗氮处理的温度条件为500～580℃，处理时间为120～300min；所述氧化处理的温度为350～500℃，处理时间为10～30min。
3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于在液体渗氮处理前还进行预热处理，该预热处理的温度条件为300～400℃，处理时间为20～150min。
4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于使轧辊表面形成渗氮组织层和氧化层后，其表面硬度在Hv750～Hv1200。
5.一种合金轧辊的制造方法，其工艺步骤包括钢件正火、调质处理，其特征在于在调质处理后还对轧辊进行表面处理，其步骤如下首先对该轧辊进行液体渗氮处理，使轧辊表面形成厚度15μm～35μm的渗氮组织层；然后对该轧辊进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；再对该轧辊进行氧化处理，使渗氮组织层表面覆盖氧化层。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于所述液体渗氮处理的温度条件为500～580℃，处理时间为120～300min；所述氧化处理的温度为350～500℃，处理时间为10～30min。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于在液体渗氮处理前还进行预热处理，该预热处理的温度条件为300～400℃，处理时间为20～150min。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于使轧辊表面形成渗氮组织层和氧化层后，其表面硬度在Hv750～Hv1200。
9.根据权利要求5至8任何一项所述的制造方法，其特征在于在钢件正火与调质处理两步工艺之间，还进行高温回火工艺处理。
10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于该制造方法所采用的合金成分及含量为0.35％～0.65％的C，0.50％～0.80％的Mn，0.90％～1.50％的Cr，0.30％～0.50％的Mo，0.15％～0.45％的V，其余为Fe和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明公开了一种合金轧辊的表面处理方法，即首先对该轧辊进行液体渗氮处理，使轧辊表面形成厚度15μm～35μm的渗氮组织层；然后对该轧辊进行喷沙或喷丸处理，去除化合物层外面的疏松层；再对该轧辊进行氧化处理，使渗氮组织层表面覆盖氧化层。此外还公开了一种合金轧辊的制造方法以及该制造方法所采用的合金成分及含量。本发明经过严格合理的选材和改性处理后，使轧辊具有优良的耐磨损、耐腐蚀和耐高温性能，显著提高轧辊的工作质量和使用寿命，使生产成本明显降低，达到节省材料、节约能源和高效长寿的目的。
文档编号B21B27/00GK1598037SQ20041005110
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月11日 优先权日2004年8月11日
发明者赵萍, 庄家 申请人:德阳市佳和机电设备有限公司