专利名称：50Cr3MoV支承辊用钢和热处理方法
技术领域：
本发明涉及中型和大型金属板带轧机(包括单机架轧机和多机架连续轧机)上的重要承受轧制力部件支承辊用钢和热处理方法。
背景技术：
近十几年来中国钢铁工业和有色金属加工工业高速发展。金属板带材是钢铁和有色金属工业提供给诸多制造业的重要原材料。由于我国板带材的质量和生产率与发达国家尚有差距，改进支承辊钢和热处理方法是提高板带材的生产质量和提高轧机生产率的有效途径之一。图1为支承辊简图。图1中1区为支承辊的工作层即表层区。在高速转动下此区支撑着工作辊5的工作面，参见图2。工作辊5的轧制负荷传递到支承辊4的表层区1，对此区要求硬度高、硬化层深和耐磨性能好。支承辊的2区为支承辊的中间区，要求此区具有良好的强度和较高的塑性和韧性，能承受重载和一定的冲击截荷；支承辊的3区为辊颈区， 此区套装轴承和轴承箱，其性能要求与2区基本相同。由于支承辊1区和2区的性能要求不同，此两区进行的热处理工艺和热处理方法不同，热处理后的性能也不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种50Cr3MoV支承辊用钢和热处理方法，本发明由于采用中高碳中合金钢，提高了支承辊整体的综合力学性能，从而使支承辊的抗断裂能力和抗冲击能力得到改善，对于支承辊的表层区(1区)的耐磨性和抗剥落性能也得到提高。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种50Cr3MoV支承辊用钢，所述钢的化学成分重量百分比为碳C 0. 45 0. 56，锰Mn 0. 35 0. 70，硅 Si 0.35 0.65，磷 P 彡 0.025，硫 S 彡 0.025，铬 Cr 2. 80 3. 60，镍 Ni 彡0.40，钼Mo 0.50 0.80，钒V 0.08 0.20，铜彡0. 25，其余为铁!^e和其他杂质。一种50Cr3MoV支承辊用钢的热处理方法，所述支承辊获得最终性能的热处理需进行二次；第一次热处理对支承辊整体淬火回火，淬火加热温度为850 920°C，保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，对于辊身直径Φ 500 Φ 1500mm的支承辊保温时间为9 30小时；然后在机油中冷却80 200分钟，出油后再行回火，回火温度为500 650°C，回火保温时间为40 120小时；处理后的硬度为肖氏硬度HSD 35 50 ；
第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理，支承辊预热温度为500 600°C，保温时间为10 20小时，然后以彡900C /小时快速加热到880 920°C保温2 4小时后进行淬火；淬火液为水或油，总冷却时间为80 200分钟；出油后立即回火，回火温度为300 560°C，回火保温时间为50-150小时。所述第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理，使得支承辊辊身表层区获得要求的硬度，为肖氏硬度HSD50 75，硬化层深度为40 60mm。
本发明由于采用中碳合金钢，提高了支承辊整体的综合力学性能，从而使支承辊的抗断裂能力和抗冲击能力得到改善，表层区的耐磨性和抗剥落性能也得到提高。本发明 50Cr3MoV支承辊用钢制造的支承辊可用于钢铁工业冷、热中厚板和薄钢板轧机，也可用于铝板带和铝箔轧机。由于支承辊的使用寿命长，降低了板带材的生产成本，提高了板带材的质量。
图1为支承辊简图2为装有支承辊轧机的工作原理图； 图3为支承辊整体热处理工艺曲线； 图4为支承辊辊身表层热处理工艺曲线； 图5为支承辊辊身表层硬化处理用立式电阻带快速加热炉； 图6实例1、2支承辊简图； 图7实例1、2支承辊整体热处理工艺曲线； 图8实例1、2支承辊辊身表层热处理工艺曲线； 图9实例3支承辊整体热处理工艺曲线； 图10实例3支承辊辊身表层热处理工艺曲线；
图中1表层区，2中间区，3辊颈区，4支承辊，5工作辊，6机架，7金属板带，8炉体，9电阻带发热体。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。一种50Cr3MoV支承辊用钢，所述钢的化学成分重量百分比(％)为碳(C) 0. 45 0. 56，猛(Mn) 0. 35 0. 70，硅(Si) 0. 35 0. 65，磷(P)彡 0. 025，硫(S)彡 0. 025，铬(Cr) 2. 80 3. 60，镍(Ni) ^ 0. 40，钼(Mo) 0. 50 0. 80，钒(V) 0. 08 0. 20，铜(Cu) ^ 0. 25， 其余为铁(Fe)和其他杂质。所述支承辊获得最终性能的热处理需进行二次。第一次热处理对支承辊整体淬火回火，采用常规的淬火回火处理工艺，处理后的硬度为肖氏硬度HSD 35 50，如图3所示， 淬火加热温度为850 920°C，保温时间视支承辊辊身直径的大小按常规方法确定；对于辊身直径Φ500 Φ 1500mm的支承辊保温时间为9 30小时。然后在机油中冷却80 200 分钟，出油后再行回火，回火温度为500 650°C，回火保温时间为40 120小时。第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理，这是本发明的主要创新点，经表层硬化热处理后可使辊身表层区获得要求的硬度，一般为肖氏硬度HSD50 75，硬化层深度为40 60mm，如图4所示，支承辊预热温度为500 600°C，保温时间为10 20小时，然后快速加热900C /小时)到880 920°C保温2 4小时后进行淬火；淬火液为水或油， 总冷却时间为80 200分钟。出油后立即回火，回火温度为300 560°C，回火保温时间为 50-150 小时。第二次支承辊辊身表层硬化处理在专用的热处理炉中进行。图5为支承辊辊身表层硬化处理用立式电阻带快速加热炉，支承辊4被放置于炉体8内，由安装于炉膛内壁的电阻带发热体9加热进行处理。加热速度可保持或超过90°C /小时；经过适当的保温时间可以使有效加热深度达到60 100mm，热处理后可以保证要求的淬火层深度。本发明50Cr3MoV支承辊用钢的第一次热处理保证支承辊中间区(2区)和轴颈区 (3区)所要求的硬度和性能，称为整体热处理；第二次热处理保证表层区(1区)得到要求的高硬度，称辊身表层硬化热处理，参见图1。实施例1
生产Φ 1200 (辊身直径mm) X 2350 (辊身长度mm) X 5140 (总长度mm)钢板热精轧机支承辊2件。图6为支承辊简图，单件成品重沈.5吨，辊颈要求硬度HS 35 45，辊身要求 HS 50 60。在电弧炉中炼钢，浇注成80吨钢锭。钢锭的实际化学成分(重量百分比)为C 0. 51，Mn 0. 49，Si 0. 56，S 0. 007，P 0. 019，Cr 3. 05，Ni 0. 14，Cu 0. 11，Mo 0. 74，V 0. 08。80吨钢锭在12000吨水压机上自由锻，开锻温度为1240°C，终锻温度为850°C。镦粗比为1.6，拔长比为3. 1，坯料在台车式煤气加热炉中进行锻后热处理。锻坯生产完成后进行粗加工和无损检查，合格后转入第一次支承辊整体热处理。 支承辊整体热处理后可得到良好的综合力学性能。热处理工艺曲线如图7所示，淬火加热温度为890°C，保温时间20小时；然后在机油中冷却200分钟，出油后再行回火，回火温度为650°C，回火保温时间为80小时；按此工艺处理后的力学性能为肖氏硬度HS 38，抗拉强度ob 771 MPa，屈服强度σ s 573MPa，延伸率δ 5 (%) 21. 7，面缩率Ψ (%) 54. 0，冲击韧性 a ku 57.5J/cm2。整体热处理完后进行半精加工，之后转入第二次辊身表层硬化热处理。经此处理可使支承辊辊身(图6中Φ 1200 X 2350部分)表面一层约50 IOOmm深处得到高硬度。本支承辊辊身硬度要求肖氏硬度HSD50 60。按图8工艺曲线在立式电阻带快速加热炉中加热淬火回火，支承辊辊身预热温度为600°C，保温时间为15小时，然后以>90°C/小时快速加热到900°C保温3小时后进行淬火；淬火液为油，总冷却时间为180分钟；出油后立即回火，回火温度为560°C，回火保温时间为120小时，得到要求的硬度实测为HSD56 58，为合格品。实施例2
与实施例1产品相同为2件Φ 1200 (辊身直径mm) X 2350 (辊身长度mm) X 5140 (总长度mm)钢板热精轧机支承辊2件，参见图6。钢水冶炼与实施例1相同，钢锭为80吨。钢锭的实际化学成分(重量百分比)为=C 0. 46，Mn 0. 56，Si 0. 58，S 0. 008，P 0. 020，Cr 3. 35，Ni 0. 14，Cu 0. 16，Mo 0. 71，V 0. 09。80吨钢锭的锻压与实施例1相同，锻件的锻后热处理与实施例1相同。第一次支承辊整体热处理工艺曲线如图7所示，淬火加热温度为890°C，保温时间20小时；然后在机油中冷却200分钟，出油后再行回火，回火温度为650°C，回火保温时间为80小时。热处理后的力学性能为肖氏硬度HS 37，抗拉强度ob 789 MPa，屈服强度os 584MPa，延伸率 δ 5 (%) 20. 4，面缩率 Ψ (%) 53. 8，冲击韧性 a ku 53. 8J/cm2。第二次支承辊辊身表层硬化热处理按图8工艺曲线在立式电阻带快速加热炉中加热淬火回火，支承辊辊身预热温度为600°C，保温时间为15小时，然后以> 90°C /小时快速加热到900°C保温3小时后进行淬火；淬火液为油，总冷却时间为180分钟；出油后立即
5回火，回火温度为560°C，回火保温时间为120小时。处理后的表层实测硬度为HSD 55 57，为合格品。实施例3
2件Φ960 (辊身直径mm) X 1600 (辊身长度mm) X 3400 (总长度mm)铝板冷轧机用支承辊。成品重12. 15吨，辊颈要求硬度HS45 55，辊身要求硬度HS75 80，硬化层深度彡35mm，硬度均勻性彡3HS。在电弧炉中冶炼并进行钢包真空精炼。钢的实际化学成分(重量百分比)为C 0. 55，Mn 0. 56，Si 0. 50，S 0. 003，P 0. 012，Cr 2. 84，Ni 0. 29，Cu 0. 14，Mo 0. 57，V 0. 16。钢锭开锻温度为1250°C，终锻温度800°C，锻造比彡3. 5。锻后热处理为正火+回火。然后进行粗加工和最终热处理。第一次支承辊整体热处理工艺曲线如图9工艺。淬火加热温度为890°C，保温时间 18小时，然后在机油中冷却160分钟，回火温度为560°C，60小时炉冷至150°出炉。实测硬度为HS46 48。第二次支承辊辊身表层硬化热处理按图10工艺。在立式电阻带快速加热炉中加热。辊身预热温度为550°C，保温时间10小时，然后快速加热升温速度为95° /h，升至 900°C保温2. 5小时。淬火液为水和油，在水中冷12分钟，在油冷120分钟，出油后立即回火。回火温度为320°C，保温时间100小时，在炉中冷至150°C出炉。处理结束后实测表层硬度为HS 74 76，硬度均勻性3HS为合格品。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种50Cr3MoV支承辊用钢，其特征是所述钢的化学成分重量百分比为碳 0.45 0.56，猛 0.35 0.70，硅 0.35 0.65，磷彡 0.025，硫彡 0.025，铬 2. 80 3. 60,11 <0.40，钼0.50 0.80，钒0.08 0.20，铜< 0. 25，其余为铁和其他杂质。
2.实施权利要求1所述的50Cr3MoV支承辊用钢的热处理方法，其特征是所述支承辊获得最终性能的热处理需进行二次；第一次热处理对支承辊整体淬火回火，淬火加热温度为850 920°C，保温时间视支承辊辊身直径的大小确定，对于辊身直径Φ 500 Φ 1500mm 的支承辊保温时间为9 30小时；然后在机油中冷却80 200分钟，出油后再行回火，回火温度为500 650°C，回火保温时间为40 120小时；第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理，支承辊辊身预热温度为500 600°C， 保温时间为10 20小时，然后以彡900C /小时快速加热到880 920°C保温2 4小时后进行淬火；淬火液为水或油，总冷却时间为80 200分钟；出油后立即回火，回火温度为 300 560°C，回火保温时间为50-150小时。
3.根据权利要求2所述的50Cr3MoV支承辊用钢的热处理方法，其特征是所述第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理，使得支承辊辊身表层区获得要求的硬度，为肖氏硬度HSD50 75，硬化层深度为40 60mm。
全文摘要
本发明公开了一种50Cr3MoV支承辊用钢，所述钢的化学成分重量百分比为碳0.45～0.56，锰0.35～0.70，硅0.35～0.65，磷≤0.025，硫≤0.025，铬2.8～3.6，镍≤0.40，钼0.50～0.80，钒0.08～0.20，铜≤0.25，其余为铁和其他杂质。所述支承辊获得最终性能的热处理需进行二次，第一次热处理对支承辊整体淬火回火，第二次热处理对支承辊辊身表层硬化热处理。本发明由于采用中高碳中合金钢，提高了支承辊整体的综合力学性能，从而使支承辊的抗断裂能力和抗冲击能力得到改善。本发明钢制造的支承辊可用于钢铁工业冷、热中厚板和薄钢板轧机，也可用于铝板带和铝箔轧机。
文档编号C21D9/38GK102268601SQ20111022705
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者李春治, 盛春磊 申请人:上海捷如重工机电设备有限公司