专利名称：一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于大锻件热处理工艺技术领域，主要涉及的是一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺。
背景技术：
大型支承辊一般用于大型板带轧制设备的关键和核心部位，是轧机中用来支承工作辊或中间辊，以便在轧制时防止工作辊出现挠曲变形而影响板形质量的重要部件，是大型冷轧、热轧设备的基础件。随着轧机向自动化、高精度、优质板形控制等方向发展，轧制条件越来越苛刻，提高轧制效率、降低轧制成本、保证产品质量成为突出的问题。由于轧制时长期承受大载荷，容易引起滑动磨损和断辊，热轧支承辊的主要失效形式为①支承辊两侧边缘部位30 50mm处，受局部交变载荷的作用下容易产生应力集中，导致局部掉块现象的发生；②支承辊在使用过程中，常表现为表面磨损严重，出现耐磨性不足的问题。分析表面磨损失效的主要原因是在重载荷、冷热交变状态下工作时，受所轧制钢种变化的影响，加上部分母材成分的偏析和制造工艺上的缺陷，使轧辊表面局部极易产生一定深度的残余应力集中。随着时间的推移，逐渐由点扩展至局部层面的层状撕裂，最终导致大面积的脱离。在轧辊产品中，支承辊是尺寸大、重量大、制造难度大的品种，技术水平要求非常高。支承辊的性能特征为辊身表面硬度高、硬度均勻性好、辊身淬硬层深，辊颈和辊身芯部具有良好的强韧性。作为轧机的重要部件，对支承辊的要求也不断提高，要求支承辊具有高的耐磨性、 抗断裂性、抗剥落性。尤其是对大型支承辊材料、辊身硬度、均勻性、淬硬性、残余应力等方面提出了较高的要求。因此，锻钢支承辊通常应具备如下主要特性
(1)具有很高的淬透性及高的耐磨性，要求表面淬硬层深度达到50 80mm；
(2)支承辊内部具有致密的组织和良好的抗事故性；
(3)具有很强的在交变应力作用下的表面抗剪应力的能力，以防止剥落；
(4)具有高强度、稳定的刚性。大型支承辊锻件重量一般在几十到上百吨，需用大型钢锭锻制。早期的厚板轧机支承辊采用60CrMnMo和50CrNiMo材料，后来发展为70Cr3Mo、70Cr3NiMo，适用于硬度较小的支承辊。由于材料含碳量较高随着钢锭的增大，碳及合金元素偏析较大，支承辊芯部不可避免地出现了网状碳化物或混晶组织，支撑辊心部韧性降低，抗事故能力下降，影响了使用性能。由于合金元素，尤其是碳化物形成元素含量低，使钢的耐磨性降低；此外，随着冶金设备的大型化，市场急需Φ 1500mm以上的大型支承辊，此类材料如70Cr3Mo已不能满足大型支承辊工作的需要。大型轧机支承辊材料发展的趋势是以降低碳含量，增加Cr含量，碳含量在0. 4 0. 6%之间，Cr含量提高到4-5%之间，添加微量的V元素来细化支承辊心部晶粒，其目的是通过提高Cr含量来提高钢的淬硬层深度。由于络含量高，形成大量硬度高且弥散分布的M7C3型碳化物，同时拥有良好的淬透性，从而提高轧辊的耐磨性、抗剥落能力及综合机械性能，满足大型轧机的工作要求。大型支承辊制造工艺流程备料一粗炼一钢包精炼一真空铸锭一锻造一锻后热处理一粗加工一超声探伤一预备热处理一半精加工一最终热处理一精加工一超声探伤。传统的热处理工艺
支承辊的热处理分为两部分第一部分为锻后热处理。锻后入炉通常在600 650°C 待料保温，然后直接升温。采用1次正火处理。其目的是细化晶粒、均勻组织，消除网状碳化物，去除氢气、防止白点产生，得到满意的球化组织。第二部分为最终热处理。通常采用差温加热方式，淬火时辊身喷雾冷却，辊颈空冷。辊身回火完成后再将辊身包罩，对辊颈回火。其目的是在轧辊表面淬火前对轧辊辊身的差温加热，使得淬火处理后工件内外得到不同的组织，即保证轧辊工作层的硬度，又保证轧辊整体的强度和韧性。支承辊的传统锻后热处理工艺存在的不足之处为
(1)锻后入炉通常在600 650°C待料保温，然后直接升温，这样心部降温很慢，且奥氏体转变不充分。(2)锻后采用1次正火(正火+球化退火+回火)的热处理方式，对支承辊细化晶粒不够充分。对于较大或特大的支承辊，由于冶炼条件、铸锭冷却条件较差、铸态组织晶粒粗大、偏析严重，而且锻造变形较困难，内部晶粒相对粗大，则需增加一次正火和一次过冷， 使基体组织更细化，为下道热处理及机械加工工序做好组织准备，此时的组织为细晶粒的球状珠光体。针对支承辊的传统锻后热处理工艺存在的不足，本发明提出如下的工艺改进。
发明内容
大型支承辊锻件中往往存在着显著的化学成分不均勻性、多种多样的组织缺陷和过高的有害气体含量。锻造过程中由于大型支承辊锻造变形的不同时性、不均勻性和再结晶程度不同，锻件毛胚可能出现广2级的粗大晶粒和混晶现象，因此必须进行热处理改善其内部缺陷及组织结构，还可消除锻造应力调整组织及均勻性，防止产生白点。本发明的目的即是提出一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊热处理工艺，满足大型支承辊的高硬度和良好综合机械性能要求。所述支承辊的材料为45Cr4NiMoV ；支承辊的材料的化学成份为C :0. 4-0. 5，Si 0. 4-0. 7，Mn 0. 6-0. 8，Mo :0. 4-0. 7, Cr :3. 4-4. 5，Ni :0. 4-0. 6, V :0. 05-0. 15，S 彡 0. 015， P 彡 0. 015。支承辊材料的相变临界点，Acl 7840C，Ac3 :859°C。所述大型支承辊制造工艺流程备料——粗炼——钢包精炼——真空铸锭—— 锻造——锻后热处理——粗加工——超声探伤——预备热处理——半精加工一一最终热处理——精加工——超声探伤。本发明所述的轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊的锻后热处理工艺技术特征如下
(1)锻后空冷到400 450°C入炉，低于传统的600 650°C入炉温度，热处理炉待料温度不低于600°C ；有利于缩短保温时间尽快将毛坯心部奥氏体充分过冷转变为珠光体组织，然后以较快加热速度重新奥氏体化进行重结晶细化，再继之空冷进行正火；
(2)采用高温正火+低温正火+球化退火+高温回火工艺，空冷； (a)高温正火
将支承辊锻后空冷到400 450°C入炉；热处理炉待料温度不低于60(TC，保温18 22小时，使支承辊芯部和表面温度均勻；缓慢升温至890 930°C，升温速率小于等于70 800C /h，保温18 20小时，吊下台车空冷，空冷至400 450°C后进行炉冷，炉冷至300 350°C，保温30 ；35小时；
45Cr4NiMoV钢是高合金钢过共析钢，经高温正火得到数量更多、组织更细的珠光体组织，提高了合金钢的机械性能，细化晶粒，消除了渗碳体网状组织，为下一步热处理做好组织准备。(b)低温正火
保温30 35小时后缓慢升温至640 680°C，升温速率小于等于50 60°C /h，保温 18 22小时；升温至870 920°C，升温速率小于等于70 80°C /h，保温25 30小时； 吊下台车空冷，空冷至400 450°C后进行炉冷，炉冷至300 350°C，保温30 35小时； (C)球化退火
球化退火加热温度的高低和冷却速度的快慢对球化后组织的粗细影响很大。将低温正火后的支承辊，加热缓慢升温至790 830°C，升温的速率小于等于50 60°C /h,保温时间 40 45小时，进行炉冷方式缓慢冷却；进行球化处理后可使碳化物变成球状，从而保证在调质过程中承受激烈的冷却而不开裂。过共析钢经球化退火后，片状渗碳体(包括珠光体中的二次渗碳体)变为粒状渗碳体，形成较稳定的、均勻的球化组织，其硬度比片状珠光体低。(d)高温回火
球化退火后，炉内冷至620 660°C，保温100 120小时；缓慢冷却至150°C时，出炉。 在缓慢冷却过程中冷却的速率不同，在冷却至400°C之前，冷却速率为小于等于30°C /h, 400°C至出炉前冷却速率为15°C /h。高温回火处理后，既有高的强度极限和屈服极限，又有足够的塑性和韧性，故具有高的综合力学性能。大型支承辊锻件钢锭尺寸较大，结晶过程缓慢，因而铸造组织异常粗大，化学成分和组织偏析严重。在锻造过程中，由于锻造周期长，加热次数多，加热速度慢，在高温区域停留时间长，变形分布不均勻，使大锻件晶粒粗大，组织均勻性差。由于支承辊最终淬火只加热表面一定深度，辊心部保持原锻后热处理状态，而大型支承辊的心部组织和性能对轧辊的抗断裂能力有决定性影响。本发明所述的45Cr4NiMoV钢是高合金钢过共析钢，锻前加热到1100 1200°C，C 和Cr等元素完全固溶在单相奥氏体中，锻后缓慢冷却时沿晶界析出大量的先共析碳化物， 并出现网状碳化物分布现象，之后进行珠光体转变产生片层状珠光体。如果锻件心部出现网状碳化物，则在后续热处理中很难完全消除，所以应严格控制辊坯的终锻温度在800 850°C间，并且锻后辊坯应立即进行强制冷却，抑制网状碳化物网形成。支承辊锻后待料保温使得心部和表面温度基本均勻，升温至奥氏体化温度后保温一定的时间，考虑到截面较大，热处理正火后吊下台车空冷，采用风扇强制空冷，使组织由奥氏体充分分解为铁素体+碳化物的混合物，这不仅有利于氢的脱溶和扩散，而且有利于晶粒的调整和细化。进行球化处理后可使碳化物变成球状，从而保证在调质过程中承受激烈的冷却而不开裂。较高的回火温度可以降低组织转变应力和提高去氢处理效果，保证轧辊内部不存在白点并降低工件硬度，有利于切削加工。锻后热处理的主要作用是
(1).细化晶粒。本发明采用锻后在400 450°C入炉保温，有利于缩短保温时间尽快将毛胚心部奥氏体充分过冷转变为珠光体组织，然后以较快加热速度重新奥氏体化进行重结晶细化，再继之空冷进行正火。(2).调整组织消除网状组织。大型钢锭上部碳元素还偏析相当大，在Acl以上温度长时间保温，使碳化物部分回溶，剩余未熔碳化物发生球化，冷却时得粒状珠光体组织。 这样组织韧性好，为下一步热处理做好了组织准备。(3).防止出现白点。白点和氢脆产生的机理是应力与氢联合作用的结果。
具体实施例方式实施例
所述大型支承辊是指辊身直径大于等于Φ 1500mm以上的支承辊。给出本发明实施例，对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制。所述大型支承辊制造工艺流程备料——粗炼——钢包精炼——真空铸锭——锻造——锻后热处理(采用高温正火+低温正火+球化退火+高温回火工艺，空冷)——粗加工——超声探伤——预备热处理(淬火+高温回火)——半精加工——超声探伤——包装。实例45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺支承辊规格为辊身直径Φ 1750
轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊热处理工艺包括锻后热处理工艺、预备热处理、最终热处理。其中锻后热处理工艺流程为
(1)锻后空冷到400 450°C入炉，热处理炉待料温度不低于60(TC；有利于缩短保温时间尽快将毛坯心部奥氏体充分过冷转变为珠光体组织，然后以较快加热速度重新奥氏体化进行重结晶细化，再继之空冷进行正火；
(2)采用高温正火+低温正火+球化退火+高温回火工艺，空冷；
(a)高温正火
将支承辊锻后空冷到400 450°C入炉；热处理炉待料温度不低于600°C，保温20小时，使支承辊芯部和表面温度均勻；缓慢升温至890、00士 10°C，升温速率小于等于80°C / h，，保温20小时，吊下台车空冷，空冷至40(T450°C后进行炉冷，炉冷至30(T350°C，保温35 小时；
(b)低温正火
保温35小时后缓慢升温至65(T670°C，升温速率小于等于60°C /h，保温20小时；升温至870 890°C，升温速率小于等于80°C /h，保温沈小时；吊下台车空冷，空冷至400 450°C后进行炉冷，炉冷至300 350°C，保温35小时； (C)球化退火
低温正火后的支承辊缓慢升温至790 830°C，升温的速率小于等于60°C /h,保温45 小时，进行炉冷； (d)高温回火
球化退火后炉冷至620 660°C，保温100 120小时；缓慢冷却至小于等于150°C 时，出炉，在缓慢冷却过程中冷却的速率不同，在冷却至400°C之前，冷却速率为小于等于 300C /h，400°C至出炉前冷却速率为15°C /h。高温回火处理后，既有高的强度极限和屈服极限，又有足够的塑性和韧性，故具有高的综合力学性能。
权利要求
1. 一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊的锻后热处理工艺，其特征在于(1)锻后空冷到400 450°C入炉，低于传统的600 650°C入炉温度，热处理炉待料温度不低于600°C ；(2)采用高温正火+低温正火+球化退火+高温回火工艺，空冷；(a)高温正火将支承辊锻后空冷到400 450°C入炉；热处理炉待料温度不低于60(TC，保温18 22小时，使支承辊芯部和表面温度均勻；缓慢升温至890 930°C，升温速率小于等于70 800C /h，保温18 20小时，吊下台车空冷，空冷至400 450°C后进行炉冷，炉冷至300 350°C，保温30 ；35小时；(b)低温正火保温30 35小时后缓慢升温至640 680°C，升温速率小于等于50 60°C /h，保温 18 22小时；升温至870 920°C，升温速率小于等于70 80°C /h，保温25 30小时； 吊下台车空冷，空冷至400 450°C后进行炉冷，炉冷至300 350°C，保温30 35小时；(C)球化退火将低温正火后的支承辊，加热缓慢升温至790 830°C，升温的速率小于等于50 600C /h，保温时间40 45小时，进行炉冷方式缓慢冷却；(d)高温回火球化退火后，炉内冷至620 660°C，保温100 120小时；缓慢冷却至150°C时，出炉， 在缓慢冷却过程中冷却的速率不同，在冷却至400°C之前，冷却速率为小于等于30°C /h, 400°C至出炉前冷却速率为15°C /h。
全文摘要
本发明属于大锻件热处理工艺技术领域，主要涉及一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊的锻后热处理工艺，锻后空冷到400～450℃入炉，热处理炉待料温度不低于600℃;采用高温正火+低温正火+球化退火+高温回火工艺，空冷。采用本发明所述的锻后热处理工艺具有的特点细化晶粒。调整组织消除网状组织。大型钢锭上部碳元素还偏析相当大，在Ac1以上温度长时间保温，使碳化物部分回溶，剩余未熔碳化物发生球化，冷却时得粒状珠光体组织。这样组织韧性好，为下一步热处理做好了组织准备。防止出现白点。
文档编号C21D11/00GK102417965SQ20111037222
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者平志革, 朱坚民, 雷静桃, 雷静波 申请人:洛阳中创重型机械有限公司