专利名称：高合金冷轧辊坯制造中的分段加热工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高合金冷轧辊坯制造中的分段加热工艺。
背景技术：
连续冷轧用辊材质，逐渐向高铬、高合金方向发展，以适应现代化轧机要求，如宝钢、攀钢等近几年冷轧用锻钢辊基本都是由Cr2、Cr3向Cr5及更高的Cr含量发展。而随着碳及合金含量的提高，偏聚现象严重，碳化物带状发生几率明显增多，带状碳化物级别过高(大于按国家标准判定2级水平)不仅增加冷轧工作辊淬火时的开裂倾向，而且还降低轧辊的接触疲劳性能和热冲击抗力，它是导致冷轧辊辊身表面粗化的重要原因，最终影响轧辊的使用寿命。由于经常出现带状碳化物批量超标现象，大量辊坯重新返炉进行热处理，造成能源的巨大浪费。
传统理论(文铁睁、郭玉珍，《冶金轧辊技术概论》，河北科技出版社，1993，12；钟顺思等，《轴承钢》，机械工业出版社，2000，11等)认为带状碳化物应在加热钢锭工序解决，即通过高温扩散，加长钢锭在锻造温度下的保温时间来达到消除、熔化碳化物、成分均匀化的目的。当钢锭加热到1150-1200℃时莱氏体共晶区域开始熔化，成分元素的扩散速度大大加快，各种碳化物开始消除或级别降低，只要给予足够的时间和温度，消除碳化物和成分均匀化的目的就能达到。这种观点得到了实验室实验结果的支持，并且大多数厂家都是这样做的。
但是也有人(热处理手册编委会，《金属热处理》，机械工业出版社，1984，4)认为在钢锭的铸态组织下长时间保温进行成分扩散均匀化，其效果不明显，无法进行验证，且能耗太高，因此不主张对钢锭进行扩散。
为了了解高温扩散对带状碳化物的影响，我们首先对以前钢锭加热时间与带状碳化物的关系进行了统计，发现加热时间(无论是单火次的还是总火次)的长短与带状碳化物的发生与级别并无严格的对应关系。说明加热时间对钢锭没有固定的扩散作用，对带状碳化物没有很好的改善效果。
其次我们对带状碳化物超标辊坯在实验室的小电炉中做了不同温度下不同保温时间的高温扩散实验。实验发现消除带状碳化物的较佳温度约为1050℃。温度过低碳化物熔解太慢，过高则容易产生过热等缺陷。并且通过实验证实，经1050℃扩散后再经过正火回火处理，材质的机械性能不会降低，考虑到现场加热炉的温差比实验室要大，因而在实际生产中我们选用了1100℃的挽救扩散温度。三年来共对102支超标辊坯进行了扩散挽救，其中有96支超标辊坯一次扩散成功，占总数的94％，其结果是令人满意的。
上述实验说明，对钢锭进行碳化物扩散作用不大，而对锻造后的致密组织(辊坯)进行扩散效果显著。这就在传统理论的基础上有了新的发展。经过分析我们认为由于钢锭铸态组织的不致密性及晶粒的粗大性，且钢锭的尺寸、重量较大，碳化物的尺寸和形态也较大，不利于扩散的进行，因此在锻造变形前进行高温扩散退火，要想达到均匀化的作用，效果并不明显。而在锻造变形后组织较致密，碳化物的形态和大小都发生了变化(尤其是大小)。在高温下适当延长保温时间，有利于合金元素的扩散均匀化，消除或减少带状碳化物，改善偏析。
对辊坯进行碳化物扩散效果虽好，机械性能也不下降，但占用时间长，成本高，因此在辊坯成型以前消除或减少带状碳化物是最佳选择。如何在保持现有保温时间20小时左右不变的情况下，使带状碳化物的级别降下来，是我们研究的方向。
原有的工艺是在1200-1220℃一次直接保温20小时来进行组织扩散，完成对碳化物的消除。然后进行锻造过程即压把、预拔长、镦粗、大压下量拔方、成型，其过程可能是三火或四火，但是其后的加热不再考虑扩散时间和效果，所以效果也不好。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种高合金冷轧辊坯制造过程中，能有效地消除或降低带状碳化物级别的加热工艺。
本发明高合金冷轧辊坯制造中的分段加热工艺是，辊坯锻造成型前返炉加热温度为1200-1220℃，加热模式分为三段，即第一火的保温时间为5小时，然后即进行压把、予拔长；第二火保温时间为7小时，然后进行镦粗、大压下量拔方、锻造；最后第三火回炉保温8小时。
如前所述，对锻造后的材料进行扩散的效果要远远好于对钢锭的扩散。为了在辊坯成型以前消除或减少带状碳化物，我们在辊坯最终成型以前留一定的锻比(一般不小于1.5，锻比为1.5时效果最理想)后返炉加热，这样即可以消除或减少带状碳化物，又能保持辊坯的最终组织，还能增加高温停锻效应，提高辊坯的探伤合格率。
从03年初我们在Cr5辊坯的生产时，采取了不同的加热方案进行了对比实验，结果表明在总加热时间不变的情况下，调整其各火次的时间，可以使带状碳化物超标的几率下降50％。
经过研究实验，最终形成了5+7+8的加热模式，即第一火的保温时间5小时后钢锭已经热透，即进行压把、予拔长；第二火保温时间7小时后能够满足镦粗、大压下量拔方的变形要求，此时进行镦粗、大压下量拔方将粗大的铸造组织变为致密的锻造组织，然后回炉保温；由于此时组织较致密有利于扩散均匀化，解决扩散(带状碳化物)问题及高温停锻效应，经研究、实验发现此时保温8小时为达到这一效果的最佳时间，这一加热模式能有效的消除或减少带状碳化物。通过以上研究及相应工艺的调整，使带状碳化物的超标现象得到明显改善，使带状碳化物超标率由03年初的月均13支下降到年末月均3～4支。
另外，5+7+8的加热模式对提高探伤合格率起到了较大的作用。因为钢锭在拔长过程中，大压下量的后期，由于内部拉应力的作用而在锻件心部产生新裂纹，这些裂纹在进一步的锻造过程中会得到扩展而使辊坯报废。为了减小以上倾向的发生，在第二火镦粗、大压下量拔长完成后，留有足够的锻造比进行回炉保温；执行高温扩散及停锻效应，由于此时组织较致密有利于扩散均匀化，在第三火保温时间8小时后能够改善偏析、提高塑性、钝化裂纹从而焊合大截面锻件心部的空隙性缺陷，提高冷辊坯探伤合格率，冷辊坯废品率由02年的12.03％降低到03年的4.95％。
具体实施例方式
实施例1
采用本发明加热工艺生产毛坯Φ570的冷轧辊坯，材质为Cr5，所用钢锭为11吨电渣锭，总锻比为4.8。
第一火1200-1220℃保温时间5小时后，对钢锭进行压钳把(尺寸为Φ500*700)和予拔长(尺寸为Φ1000)，然后回炉加热保温；第二火1200-1220℃保温时间7小时后，开始镦粗(尺寸为Φ1250)、大压下量拔方(尺寸为700*700，将粗大的铸造组织变为致密的锻造组织，同时解决好探伤问题。再倒棱至Φ700，此时距成品尺寸预留1.5的锻比)，然后回炉保温；第三火1200-1220℃保温8小时。由于此时组织较致密有利于扩散均匀化，保温8小时可以解决带状碳化物问题。8小时后出炉锻造成型至Φ570。
实施例2采用本发明加热工艺生产毛坯Φ600的冷轧辊坯，材质为Cr3，所用钢锭为8吨电渣锭，总锻比为3.7。
第一火1200-1220℃保温时间5小时后，对钢锭进行压钳把(尺寸为Φ400*600)和予拔长(尺寸为Φ780)，然后回炉加热保温；第二火1200-1220℃保温时间7小时后，开始镦粗(尺寸为Φ1150)、大压下量拔方(尺寸为750*750，将粗大的铸造组织变为致密的锻造组织，同时解决好探伤问题。再倒棱至Φ750，此时距成品尺寸预留1.5的锻比)，然后回炉保温；第三火1200-1220℃保温8小时。由于此时组织较致密，有利于扩散均匀化，保温8小时可以解决带状碳化物问题。8小时后出炉锻造成型至Φ600。
权利要求
1.一种高合金冷轧辊坯制造中的分段加热工艺，其特征在于该工艺在辊坯锻造成型前返炉加热，温度为1200-1220℃，加热模式分为三段，即第一火的保温时间为5小时，然后即进行压把、予拔长；第二火保温时间为7小时，然后进行镦粗、大压下量拔方、锻造；最后第三火回炉保温8小时。
全文摘要
本发明公开了一种高合金冷轧辊坯制造中的分段加热工艺，该工艺在辊坯锻造成型前返炉加热，温度为1200－1220℃，加热模式分为三段，即第一火的保温时间为5小时，然后即进行压把、预拔长；第二火保温时间为7小时，然后进行镦粗、大压下量拔方、锻造；最后第三火回炉保温8小时。本发明加热工艺在高合金冷轧辊坯制造过程中，能有效地消除或降低带状碳化物级别。
文档编号B21J1/00GK1730193SQ20051009678
公开日2006年2月8日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者苏俊奇, 杜修华, 李立敏 申请人:邢台机械轧辊(集团)有限公司