专利名称：冷轧辊子的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种辊子的制造方法，具体涉及一种冷轧辊子的制造方法。
背景技术：
冶金制造业所使用的冷轧辊子(包括工作辊、支撑辊)是主要消耗性工具，也是冶金行业不可缺少的工具。采用轧辊所生产出的产品涉及到汽车、家电、电子、石化、机械等多个国民经济重点行业。轧机的结构如图1所示，包括轧机机架1、工作辊2、支撑辊3，轧机机架1内设置有一对工作辊2和一对支撑辊3，支撑辊3通过轴瓦4与轧机机架1连接，轴瓦4与轧机机架1通过压下螺丝5固定连接；工作时，所需轧制的工件6设置于两个工作辊2之间，两个工作辊2共同作用，实现对工件6的轧制。轧机的辊子结构如图2所示。近几年由于冶金行业的不断发展，对冷轧工作辊、支撑辊的需求量每年以30%的速度增长，同时由于汽车、家电行业的不断进步，对高质量的金属板材、带材、薄材需求不断增加，因此对高质量冷轧辊子的需求也不断增大。冷轧辊子作为生产这些产品的重要工具，其质量直接影响着板材、带材、薄材的质量。更有甚者，由于冷轧辊子在工作时的剥落，直接造成这些企业大量的废品产生。特别是宝钢、鞍钢、武钢、包钢、中国铝业等国家大型企业不断有新项目的投产，对轧辊要求也越来越高。目前，虽然在轧辊材质上不断改进，轧辊的材质由原来的Cr2系材质，发展到Cr3 系、Cr5系直至新的半高速系和铌一氮合金等，增加了轧辊的抗疲劳性、耐磨性、耐腐蚀性； 但无论那种材质，其通性问题是轧辊的网状碳化物问题始终没有得到很好的解决，网状碳化物过大问题始终存在。就是说虽然从材料本身提高了性能，但这些材质固有的问题并没有消除。这种情况的存在，不但降低了新材料的设计预期，同时也造成不必要的浪费。由于轧辊所轧制的产品是铝合金、铜合金、钢等金属制品，其工作表面接触的是较硬的材料，因此必须使轧辊的硬度和耐磨性远高于所轧制材料，而轧辊中的碳化物是提高轧辊硬度最有效且成本最低的，故所有轧辊材料都离不开一定级别的碳化物，因此轧辊材料全部采用中碳和高碳合金工具钢。辊坯中存在一定级别的网状碳化物可以提高轧辊的硬度、增加耐磨性，但当网状碳化物大于一定级别，则其害处大于益处。国家通行性级别是，直径彡Φ650Π1Π1的锻制辊坯，网状碳化物< 2. 5级；直径> Φ650πιπι的辊坯，碳化物应< 3. 0级。如果大于这一级别， 辊坯在使用中，就会产生问题。轧辊中的网状碳化物过大的危害表现在以下方面1、轧辊在使用时易出现表面剥落现象，造成轧辊的使用耐用性降低，使轧辊报废； 同时剥落物会压入产品中和在产品表面产生大的疤痕，造成所轧制的产品废品量增加，因此剥落现象对于所有轧辊生产的产品都是不能接受的问题。产生剥落的原因是由于大的网状碳化物是轧辊内部的一种缺陷，它割裂了轧辊内部晶粒结合，在大的压力下高速旋转时，在轧辊与产品的接触临界面上，从网状碳化物近辊身表面位置产生裂纹，裂纹在外力作用下不断扩展，当裂纹扩展到一定程度时，使该部位表面剥落下来，剥落的轧辊基本报废。2、降低轧辊的耐磨性；虽然一定级别的碳化物能够增加轧辊的耐磨性，但大于这一级别，耐磨性就会降低。其机理是碳化物的韧性很差，属于脆性物。大的碳化物聚集，尤其是在轧辊表面， 在压力和扭转力的反复作用下，使碳化物破碎，近而呈质点状脱落。从辊身表面直观看在这些地方出现斑点，这些斑点与轧制材料接触时表现出轧制材料表面出现麻点，使产品表面不光滑，如汽车用蒙皮等钢板，这些材料是绝对不可以出现麻点问题的。出现这种情况轧辊必须下机进行修磨掉表面层。这就减少了轧辊的使用层，近而减少了轧辊的轧制量，同时也增加了轧机更换轧辊所需的停机时间。3、降低轧辊的耐腐蚀性；钢中碳化物本身就是不耐腐蚀物质，轧辊表面大的碳化物长期在轧辊润滑液的作用下，开始腐蚀。宏观表现是，腐蚀处的颜色比其他地方发暗，没有了光泽。轧制出的产品表现为粗糙，用手轻轻细摸有不平的感觉，制品也不光滑，出现这种情况也必须修磨轧辊。以Cr5系工作辊为例，该材质轧辊的使用层是50毫米，其轧制汽车用钢板设计量为轧制5万吨报废。在轧辊的其他指标正常情况下，由于碳化物粗大，其轧制钢板量只能达到3. 5 4万吨。轧制量的降低是由于发生不耐腐蚀、不耐磨问题，这就增加了对轧辊的修磨次数，每次修磨都要修磨掉2 5毫米的使用层。修磨次数增加，也就是减少使用层的使用里。碳化物形成长大的机理由于钢在不同温度下其组织不同，其晶体、晶格也不同，对碳化物的溶解度不同， 所以碳化物表现也不同。通常情况下，钢在固态时A体温度范围内，碳的溶解度较大，而在A 体温度以下碳的溶解度降低。因此高、中碳钢在锻造后冷却到A体温度以下时会有大量的碳化物析出，这种析出随着时间和速度不同，碳化物的长大也不同。如果在这一温度区域时间长，碳化物就会长大，时间越长，长的越大。最大的可以长大到直径十几毫米，已经远远超出可评定的级别范围。这些大的碳化物就是钢中的缺陷， 必须采取措施抑制它们长大或长大后消除，使它们在合理的级别范围内，以更好发挥它们的作用。为了使网状碳化物达到要求的级别，在生产轧辊时需要对网状碳化物进行消除处理，现有的降低网状碳化物的方法大多采用消除的方法，即网状碳化物长大后采取措施进行消除，使它的级别降低到有益范围内。现有的冷轧辊子的制造方法包括以下步骤第一步，轧辊坯料的预加工；经过电炉冶炼——精炼炉精炼——真空脱气——浇注钢锭(或电渣重熔钢锭)——钢锭加热——钢锭镦粗——拔长——落料，实现轧辊坯料的预加工；第二步，轧辊坯料的初步成形；
第三步，轧辊坯料的锻造；第四步，轧辊坯料的热处理；将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却后对轧辊坯料进行取试样检验组织、网状碳化物；第五步，轧辊坯料的机加工； 将轧辊坯料进行(车床)粗加工——探伤——(车床)粗加工——调质——精加工——(磨床)磨削——表面淬火——检验硬度——精磨——精加工——铣、镗，形成轧辊成品，即可上机投入使用。其中第四步中的正火工序的目的是为了消除网状碳化物，具体操作方法是网状碳化物长大后通过将轧辊锻制坯料重新加热到一定温度(通常是850°C 950°C )，在此温度下保温一定时间再重新快速冷却下来，以通过A体与新相的相互转化，使碳化物重新生成。在此过程中尽量加快冷却速度，近而减少碳化物长大时间，使碳化物只能长大到要求的级别不在长大，达到消除目的。这种方法的存在不足是1、需要将轧辊锻制坯料重新加热到一定温度(通常是850°C 950°C )，并保温相当长的时间；这种方式消耗能源，大大增加了制造成本；2、重新加热、保温后冷却，要通过快速冷却来达到目的，这种冷却会受环境温度、 装炉量大小的限制，达不到快速冷却要求速度，近而使碳化物又长达到不可接受的级别，即没有达到目的，还是要反复进行此项工作；3、由于碳化物具有“遗传性”，在这样的工作过程中一些大的碳化物又遗传下来， 即使反复进行此顶工作，也无法达到目的。因此，采用消除的方法降低网状碳化物，虽然反复进行消除处理，但仍然达不到目标，进而造成辊子的报废，据统计，这种方法只有75 %的达到效果，这就大大增加了企业的制造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种冷轧辊子的制造方法，它可以提高冷轧工作辊、支撑辊的质量，并能够增加其耐磨性。为解决上述技术问题，本发明冷轧辊子的制造方法的技术解决方案为能够控制辊子中的网状碳化物；其特征在于，包括以下步骤第一步，轧辊坯料的预加工；第二步，轧辊坯料的初步成形；初步成型过程中，轧辊工件各个部位的余量为该处直径的2 5%。第三步，轧辊坯料的锻造；工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950°C以上时，进行锻造；锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850°C时停止锻造，使辊坯冷却到 750800°C之间；工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；将辊坯放置在翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到 750800°C之间；工序三、精锻滚压成型；采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压；先进行第一次滚压，第一次滚压的压下量不超过2% ；再进行第二次滚压和/或第三次滚压；第二次滚压和/或第三次滚压过程中将辊坯表面温度控制在800°C以下，第二次滚压和/或第三次滚压的压下量小于第一次滚压的压下量；将辊坯表面温度控制在800°C以下的方法是一边滚压一边喷雾。工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350°C 400 "C ；第四步，轧辊坯料的热处理；将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却；第五步，轧辊坯料的机加工。本发明可以达到的技术效果是本发明能够降低轧辊中网状碳化物的级别，改善轧辊的质量，使轧辊网状碳化物合格率由传统工艺的75%提高到97%，从而使碳化物级别较大的轧辊的轧制量提高20%。 在增加轧辊的轧制量的同时，能够减少换辊、修磨时间。本发明“变被动消除为主动控制”，不是通过被动消除的方式，而是通过研究碳化物形成、长大的机理，采取在锻造过程中，碳化物生成(必须要其生成，因为小级别的碳化物是有益的)后还没有长大就对其进行控制，使其始终保持在可接受的级别范围内，这就减少了后段许多环节，既达到了目的，又减少了能源消耗。本发明的效果能够达到97%以上。本发明能够满足冶金企业对高质量轧辊的要求，轧辊耐磨性、耐腐蚀性增强，大大降低由于轧辊表面剥落造成的突发性事故的发生率。本发明操作简单方便，在锻造过程中不会因控制碳化物增加过多的劳动，更不会造成锻造停产现象发生，可以确保生产的连续性和紧凑性。本发明节约能源，减少能源消耗。从本发明的控制方式可以看出，本发明始终是在向低的温度控制，没有进行再加热的步骤；同时能够减少传统工艺的重复加热正火现象发生，大大降低轧辊制造企业的生产成本。本发明投入成本很低，无需对现有的生产车间的设备进行大的技术改造，只是简单的投入4台75KW的风机和一台造价不超过8万元的辊坯翻转装置，另外风机接入工业用水即可，总的投资造价在10万元以内。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是轧机的结构示意图；图2是轧机的辊子结构示意图3是本发明冷轧辊子的制造方法的流程图。图中附图标记说明1为轧机机架， 2为工作辊，3为支撑辊，4为轴瓦，5为压下螺丝， 6为所需轧制的工件。
具体实施例方式如图3所示，本发明冷轧辊子的制造方法，能够控制辊子中的网状碳化物，使其达到要求的级别，即直径< Φ650mm的锻制辊坯，网状碳化物< 2. 5级；直径> Φ650mm的辊坯，碳化物应< 3.0级；包括以下步骤第一步，轧辊坯料的预加工；经过电炉冶炼——精炼炉精炼——真空脱气——浇注钢锭(或电渣重熔钢锭)——钢锭加热——钢锭镦粗——拔长——落料，实现轧辊坯料的预加工；第二步，轧辊坯料的初步成形；初步成型过程中，将辊坯各个部位的直径比成品尺寸多留有一定的余量；根据辊坯的直径不同，选取欲留余量；轧辊工件各个部位的余量为该处直径的
2 5%。第三步，轧辊坯料的锻造；锻造过程中控制锻造温度；工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950°C以上时，进行锻造；锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850°C时停止锻造，使辊坯冷却到 750800°C之间；工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；将辊坯放置在可翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到750°C 800°C之间；喷雾冷却应均勻；工序三、精锻滚压成型；冷却后的辊坯不再加热，直接进行精锻滚压，使辊坯表面滚圆滚光；即采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压，压下量不超过2% ；轻滚压一遍后，对于小的锻造设备，由于锻造速度快，辊坯有升温的情况，此时要进行第二次或第三次滚压时，一边滚压一边喷雾，将滚压时的辊坯表面温度控制在800°C以下；第二次或第三次滚压的压下量应小于第一次的滚压的压下量；经过2 3次滚压，每次滚压时发现温度升高必须喷雾冷却，直至完工锻制出轧辊坯料。工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350°C 400 "C。至此网状碳化物控制结束，即可送入待料炉进行预备热处理工艺。第四步，轧辊坯料的热处理；
将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却后对轧辊坯料进行取试样检验组织、网状碳化物；第四步中的正火工序的目的是为了细化晶粒。第五步，轧辊坯料的机加工；将轧辊坯料进行(车床)粗加工——探伤——(车床)粗加工——调质——精加工——(磨床)磨削——表面淬火——检验硬度——精磨——精加工——铣、镗，形成轧辊成品，即可上机投入使用。本发明适用于所有锻制的冷轧工作辊及所有Cr2 Cr5系的中、高碳合金工具钢支撑辊。本发明适用于工业化批量、多批次生产，也适用于单件生产。
权利要求
1.一种冷轧辊子的制造方法，能够控制辊子中的网状碳化物；其特征在于，包括以下步骤第一步，轧辊坯料的预加工； 第二步，轧辊坯料的初步成形； 第三步，轧辊坯料的锻造； 工序一、对轧辊坯料进行加热锻造；将轧辊坯料加热至辊坯表面温度在950°C以上时，进行锻造；锻造的过程中测量辊坯的表面温度，当辊坯温度为850°C时停止锻造，使辊坯冷却到 750800°C之间；工序二、加热锻造后对辊坯进行喷雾冷却；将辊坯放置在翻转辊坯坯料的装置上，一边翻转，一边喷雾，直到辊坯表面温度降到 750800°C之间；工序三、精锻滚压成型；采用滚压的方式，使辊坯沿着轴线旋转，一边旋转，一边快速轻压；先进行第一次滚压， 第一次滚压的压下量不超过2% ；再进行第二次滚压和/或第三次滚压；第二次滚压和/或第三次滚压过程中将辊坯表面温度控制在800°C以下，第二次滚压和/或第三次滚压的压下量小于第一次滚压的压下量；工序四、精锻滚压后对辊坯进行喷雾冷却；将滚压后的辊坯再次放置到翻转装置上进行喷雾冷却，一直冷却到350°C 400°C ； 第四步，轧辊坯料的热处理；将轧辊坯料装入退火炉待料，经过正火——退火——球化退火——去氢退火的热处理工序，冷却；第五步，轧辊坯料的机加工。
2.根据权利要求1所述的冷轧辊子的制造方法，其特征在于，所述第二步初步成型过程中，轧辊工件各个部位的余量为该处直径的2 5%。
3.根据权利要求1所述的冷轧辊子的制造方法，其特征在于，所述第三步工序三中将辊坯表面温度控制在800°C以下的方法是一边滚压一边喷雾。
全文摘要
本发明公开了一种冷轧辊子的制造方法，包括以下步骤第一步，轧辊坯料的预加工；第二步，轧辊坯料的初步成形；第三步，轧辊坯料的锻造；第四步，轧辊坯料的热处理；第五步，轧辊坯料的机加工。本发明“变被动消除为主动控制”，不是通过被动消除的方式，而是通过研究碳化物形成、长大的机理，采取在锻造过程中，碳化物生成后还没有长大就对其进行控制，使其始终保持在可接受的级别范围内，这就减少了后段许多环节，既达到了目的，又减少了能源消耗。本发明的效果能够达到97％以上。
文档编号B23P15/00GK102528382SQ20101058259
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者宋雷钧, 王志新, 蒋爱蓉, 赵富 申请人:上海重型机器厂有限公司