一种改良型冷轧辊的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轧辊制备技术领域，更具体地说，涉及一种改良型冷轧辊。
【背景技术】
[0002]现代冶金工业生产是集采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢和轧钢为一体的系统工程，轧钢是这一系统工程的最后一个环节，绝大多数冶金产品要经过轧制过程才能进入市场。而轧辊又是轧制过程中最重要的生产工具，乳辊的质量好坏直接影响着冶金产品的产量和质量，一个国家的轧辊制造技术的高低直接反映了该国冶金工业水平的高低。
[0003]冷轧辊是金属冷轧设备上的必备部件，作为一种使金属产生塑性变形的工具，其工作条件非常复杂，在工作过程中会受到如弯曲、扭转、剪切、冲击、摩擦和热应力等各种周期性应力的交互作用。因此，若想提高冷轧辊的使用效果和使用寿命，就要求冷轧辊的组织更加均匀、硬度落差小，耐磨性更好、抗剥落能力更强。
[0004]经检索，中国专利号ZL200910197482.3，授权公告日为2014年4月3日，发明创造名称为:一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢，该申请案公开了一种用于锻造成形冷轧辊的高硬度钢，其化学元素质量百分比组成为:C 0.80?1.0 %,Si 0.50?1.0 %,Mn0.80 ?1.5 %, Cr 4.0 ?6.0 %, Ni 0.1 ?0.4 %, P 彡 0.020%, S 彡 0.015%, Mo0.20 ?0.60%, V 0.10 ?0.50%, Zr 0.10 ?0.20%, Be 0.10 ?0.40%，余量为 Fe和其他不可避免的杂质。该申请案添加了 Be元素和Zr元素，通过这两种元素的固溶强化作用和细晶强化作用，获得了高硬度冷轧辊用钢，但该申请案制造成本较高，不具有普遍适用性。
【发明内容】
[0005]1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种可提高产品质量、保证生产安全性和降低成本的改良型冷轧辊及制备方法。
[0006]2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
本发明的一种改良型冷轧辊，包括如下质量百分比的化学元素:c 1.8-2.3% ；Si 0.8-1.8% ；Mn 0.3-0.5% ；P 彡 0.08% ；S 彡 0.05% ；Cr 6.0-8.0% ；Ni 0.1-0.2% ；N(0.25% ；A1 0.01-0.2% ；Zr 0.05-0.1%。
[0007]更进一步地，还包括如下质量百分比的化学元素:Mo 0.2-0.3% ；Cu 0.12-0.24%。
[0008]更进一步地，还包括如下质量百分比的化学元素:Nb 0.08-0.22% ；V 0.2-0.6% ；Ti 0.05~0.2%;余量为Fe和不可避免的杂质。
[0009]更进一步地，Mn/Zr > 3，且 0.35% 彡 Cu+ Mo 彡 0.45%，6.2% ^ Al + N+ Cr ^ 8.2% 更进一步地，其化学元素质量百分比组成如下:C 2.0% ；Si 1.4% ；Mn 0.4% ；P 0.08% ；S
0.05% ；Cr 7.0% ；Ni 0.15% ；Mo 0.25% ；Nb 0.16% ；V 0.4% ；N 0.25% ；A1 0.05% ；Zr 0.1% ；Cu0.12% ；Ti 0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0010]本发明的一种改良型冷轧辊的制备方法，其步骤为:
步骤一、按化学元素组分配比进行熔炼，铸出轧辊铸坯，所述的化学元素质量百分比组成如下:C 1.8-2.3% ；Si 0.8-1.8% ；Mn 0.3-0.5% ；P ( 0.08% ；S ( 0.05% ；Cr 6.0-8.0% ；Ni 0.1-0.2% ；Mo 0.2-0.3% ；Nb 0.08-0.22% ；V 0.2-0.6% ；N 彡 0.25% ；A1 0.01-0.2% ；Zr0.05-0.1% ；Cu 0.12-0.24% ；Ti 0.05-0.2%，余量为 Fe 和不可避免的杂质;其中，Mn/ Zr >3，且 0.35% 彡 Cu+ Mo 彡 0.45%，6.2% ^ Al + N+ Cr ^ 8.2% ；
步骤二、对轧辊进行退火处理，具体退火处理工艺为:将轧辊加热至900~920°C保温2~4h，炉冷至750~780°C，保温4~6h，再炉冷至550 °C以下出炉空冷，然后对轧辊进行粗加工；
步骤三、对轧辊进行快速加热，加热至950~1020°C，并在冷却装置中控制轧辊旋转，同时在轧辊辊颈表面涂覆纳米陶瓷涂层，冷却至温度低于400°C ;
步骤四、进行第二次加热，至温度为700~750°C，边加热边喷水进行淬火冷却；
步骤五、在冷却过程中测量辊面温度，当辊面温度低于200°C时，停止冷却，自然空冷后精加工至规定尺寸。
[0011]更进一步地，其化学元素质量百分比组成如下:C 2.0% ；Si 1.4% ；Mn 0.4% ；P0.08% ；S 0.05% ；Cr 7.0% ；Ni 0.15% ；Mo 0.25% ；Nb 0.16% ；V 0.4% ；N 0.25% ；A1 0.05% ；Zr0.1% ；Cu 0.12% ；Ti 0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0012]更进一步地，步骤三中轧辊旋转速度与轧辊直径之间满足:
N=K/D
其中，N为轧辊的旋转速度，r/min ;D为轧辊直径，mm ;K为直径系数，当轧辊直径小于等于450_时，K取11000mm.r/min,当乳棍直径大于450_时，K取9000 mm.r/min。
[0013]更进一步地，步骤三中纳米陶瓷涂层的厚度为2~5mm，导热系数小于0.07ff/m.k。
[0014]3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
(1)本发明的一种改良型冷轧辊，通过对轧辊化学成分配比及制备工艺的改进，达到了轧辊内部晶粒细化的目的，进而增加了冷轧辊的组织均匀性、硬度落差小，耐磨性更好、抗剥落能力更强；
(2)本发明的一种改良型冷轧辊，制备工艺简便、能耗低生产周期短，制备得到的轧辊使用安全系数高，便于推广应用。
【具体实施方式】
[0015]为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0016]本发明的一种改良型冷轧辊，化学元素质量百分比组成如下:C 1.8-2.3% ；Si 0.8-1.8% ；Μη 0.3-0.5% ；Ρ 彡 0.08% ；S 彡 0.05% ；Cr 6.0-8.0% ；Ni 0.1-0.2% ；Mo0.2-0.3% ；Nb 0.08-0.22% ；V 0.2-0.6% ；N 彡 0.25% ；A1 0.01-0.2% ；Zr 0.05-0.1% ；Cu 0.12-0.24% ；Ti 0.05-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Mn/ Zr > 3，且0.35% 彡 Cu+ Mo 彡 0.45%，6.2% ^ Al + N+ Cr ^ 8.2%。
[0017]本发明轧辊组分的优化设计思想如下:本发明在常规添加Cr、Mn、Ni的基础上，从提高轧辊显微硬度，细化轧辊晶粒以达到轧辊组织细化，提高轧辊质量的角度出发，进一步增加了 N、Al、Zr等其他元素。其中，乳辊组分原料中加入N，通过冶炼其易于A1、V和Cr等形成氮化物，以小颗粒形态均匀分布于组织中，在结晶过程中，作为外来结晶的核心，抑制晶粒长大和碳化物在晶界移动，从而细化铸态组织，改善碳化物的分布，因而可提高轧辊硬度及抗蚀能力；A1的加入，细化了晶粒，尤其与氮生成的氮化铝能成为轧辊中的高硬质点，使乳棍的硬度提尚；硬度的提尚及晶粒的细化有利于耐磨性的提尚，同时，晶粒的细化能提高晶粒界面间的结合能，从而提高轧辊的抗剥落性能。通过多次试验，本发明最终确定Al0.01-0.2%，N彡0.25%，且6.2% ^ Al + N+ Cr ^ 8.2%时能够达到最佳的晶粒细化效果，又不至产生原料的浪费。
[0018]本发明考虑到N1、Mo、Nb的价格昂贵，在可行的情况下少用或不用是降低冷轧辊生产成本的重要手段，而Mo元素的作用是提高轧辊的硬度及耐磨性，Mn、Cu均有较强降低Ms点的作用，将Mo与Cu、Mn联合作用时，对提高乳棍淬透性、硬度、耐磨性效果更好。因此，本发明加入了 Cu元素，且从最大程度节约成本的角度考虑，限制0.35% ^ Cu+ Mo ( 0.45%，最佳时 2 < Cu/Mo < 2.5。
[0019]细晶强化作用是通过添加微合金化元素Zr实现的，因为Zr是碳化物形成元素，在炼钢过程中又是强有力的脱氧和脱氮元素，其能细化钢的奥氏体晶粒，还能和S化合成硫化锆，防止钢的热脆性。但过多的Zr不易充分溶入到奥氏体中，会使Zr不仅不能增加钢的淬透性，反而会因固定了部分的碳，致使钢的淬透性降低，又由于Mn含量过高有使钢晶粒粗化的倾向，固本发明控制Zr