一种宽厚板热矫直机工作辊及制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矫直辊材料及制造领域，特别涉及一种用于宽度1300~4900_，厚度 10~IOOmm的宽厚板热矫直、减轻钢板表面压痕的工作棍及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在国内外宽厚板厂的轧线设备布置中，乳机一加速冷却一热矫直机的布置结构已 经成为基本配置，热矫直机布置在加速冷却之后，经轧机轧制和快速冷却，钢板不可避免会 产生各种板形缺陷和残余内应力，通过热矫机合理的辊缝设定，使板带在高温状态下发生 较大的弹塑性变形，实现多次反复弯曲以达到矫直钢板、改善板形、降低内应力的目的。因 此，热矫直机已成为保证厚板产品质量的关键设备。
[0003] 作为热矫直机的重要部件，矫直辊的材料技术发展相对缓慢。对相关专利和文献 进行分析，结果如表1所示。目前矫直辊材料按用途可分为板带材矫直辊和棒材、管材、型 钢等矫直辊，而板带材矫直辊按矫直按操作温度又分为热矫直和冷矫直两类。用于棒材、管 材、型钢等矫直辊其材料多为高铬合金，其制造工艺以铸造为主，也有采用多金属复合或镶 套工艺等。板带材矫直辊则以工、模具钢为主，为整体锻造工艺。这其中，用于冷矫直的矫 直辊其材料多为高碳、低合金的工具钢或冷作模具钢，而用于热矫直的矫直辊其材料多为 热作模具钢。
[0004] 目前宽厚板热矫直机工作辊主要采用H13 UCr5M0SiVl)热作模具钢材料制造，辊 面硬度在50~58HRC，采用H13材料的矫直机工作辊，钢板表面压痕是长期困扰宽厚板热矫 直的一个难题，直接影响到钢板的表面质量。热矫直机压痕主要分为两类，一是纵向压痕， 二是横向压痕，纵向压痕主要的发生原因是工作辊和支承辊之间的不均匀接触，产生局部 应力过大，造成支承辊辊面剥落，剥落下的碎屑粘在工作辊表面上，形成米粒状的压痕，且 在钢板上的分布面积较大。横向压痕主要是由于钢板头尾在咬钢时对辊面的撞击造成的， 一般压痕在钢板上分布的面积很小，类似划伤的形貌。随着用户对钢板表面质量的要求越 来越高，热矫直机辊面压痕已经成为生产高表面要求钢板的最大障碍。
[0005] 造成此类压痕的主要原因之一就是H13材料在热态下的基体强度和红硬性仍存 在不足。根据宽厚板热矫直机的工作特性，工作辊需长期处于600~900°C温度条件下工作 (辊面温度通常会达到500°C)，因此除了要求更高的耐磨性能和综合力学性能之外，还需要 优异的抗热冲击性能、红硬性和热硬性，满足高温矫直时的机械应力和热应力要求。
[0006] 表1文献和专利中的矫直辊合金成分
[0007]
[0009] 表1中提到的文献1-11分别为：
[0010] [1]姚年红，张青，沈新群.5m宽厚板冷矫辊失效分析[J].现代冶 金，2009,（6) :53-54.
[0011] [2]熊杰，刘中原，张恒.大型锻钢冷矫直辊断裂失效分析与国产化[J].重型机 械，2009,（4) :50-53.
[0012] [3]孙菲菲，张青，谢晶，王静妹，任政.进口冷矫直机工作辊断辊原因分析 [J]·现代冶金，2011，（5) :14-18.
[0013] [4]赵岽，吴庆君.德国DIN标准热作模具钢X40CrM〇V5-l在热矫直辊材料中的 应用[J]·中国重型装备，2012,（2) :27-29.
[0014] [5]郑鹏飞，周峰.宽厚板热矫工作辊材料选择及热处理工艺分析[J].现代冶 金，2011，（4) :62-64.
[0015] [6]袁厚之·高铬复合矫直辊[J]·钢管，1993,（6) :33-35.
[0016] [7]袁厚之·高铬合金轧辊和矫直辊的研制及推广[J]·焊管，2009,（3) :31-34.
[0017] [8]夏期成.Crl2M〇V钢矫直辊高温盐浴快速加热淬火[J].金属热处 理，1995,（5) :34-36.
[0018] [9]于文平，刘勇，张峰.Crl2MoV钢大型矫直辊的热处理[J].热处 理，2003,（2) :35-37.
[0019] [10]刘素芳.超细长比薄板矫直机工作辊的热处理[J].江苏建 材，2002,（I) :32-34.
[0020] [11]刘建军，曹爱滨.拉伸弯曲矫直辊的热处理[J].金属热处理，1999,（6) :36.
【发明内容】
[0021] 本发明所要解决的技术问题之一是宽厚板热矫直机工作辊，能够满足宽厚板热矫 直辊的技术要求，同时较现有的H13材料具有更好的基体强度和红硬性。
[0022] 为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
[0023] -种宽厚板热矫直机工作辊，其化学成分按照质量百分比包括：
[0024]
[0025] 本发明所述的宽厚板热矫直机工作棍主要用于宽度1300~4900mm，厚度10~ IOOmm的宽厚板的矫直。
[0026] 优选的，所述宽厚板热矫直机工作棍的直径为345~360mm，棍身长度为5200mm。
[0027] 所述宽厚板热矫直机工作辊上还可以设置有冷却水孔。
[0028] 本发明还提供了所述宽厚板热矫直机工作辊的制备方法，其包括如下步骤：（1) 经过锻造和锻造后热处理，将原料粗加工成辊坯；（2)调质热处理；（3)最终热处理；（4)回 火处理；（5)精加工。
[0029] 优选的，
[0030] 在步骤（1)所述锻造过程中，由于较高的合金含量，如上所述的宽厚板热矫直机工 作辊将存在一定量的共晶碳化物，因此需要妥善的进行六面锻造。锻造工艺如下：始锻温度 为1050~1120°C，加热温度为1120~1170°C，终锻温度为850~900°C。
[0031] 步骤（1)所述锻造后热处理可以采用等温球化退火工艺，将矫直辊锻造坯料加热 到860°C ±10°C，保温10h，冷至710~720°C再等温20h，炉冷到550°C出炉。退火后硬度 彡 220HBS。
[0032] 在步骤（1)中所述锻造后处理步骤后，还可以进行超声波探伤。
[0033] 步骤（2)所述的调质热处理可以包括高温固溶、淬火和高温回火，所述高温固溶的 温度为1150~1180°C，时间为3-10h ;所述淬火为冷却至室温；所述高温回火温度为680~ 720°C，时间为24-48h。采用此调质热处理工艺能够最大限度的将共晶碳化物溶解并均匀 化，即使还有未溶的共晶碳化物，也变得细小、分散而圆整，固溶后淬火并立即高温回火，能 够得到有大量弥散析出的碳化物，其形态细小、圆整，为后续最终热处理提供理想的预备组 织。
[0034] 步骤（3)所述最终热处理其中最关键的一道工序，决定了所述宽厚板热矫直机工 作辊的使用性能，对于这种细长规格矫直机工作辊。现有技术中采用通常的整理热处理法， 即在循环热风炉或盐浴槽里进行加热，待到奥氏体化保温结束后整体放入油槽进行淬火， 会产生严重的变形问题。因此，本发明在达到淬硬层深度要求的同时尽量降低尺寸变形，最 为有效的淬火方式为感应淬火，为满足辊身长度5200mm的厚板矫直机工作辊的加热和淬 火。
[0035] 优选的，步骤（3)所述最终热处理采用卧式中频感应淬火机床进行，具体包括预 热、感应加热和喷水冷却，所述预热温度500~600°C，预热时间10_20h ;感应加热温度为 1050~1150°C，所述卧式中频感应淬火机床感应线圈的行走速率0. 5~I. 5mm/s，用轧辊所 需加热的长度除以感应线圈的行走速度可以得到感应加热时间。
[0036] 进一步的，所述卧式中频感应淬火机床的频率优选为800~2500Hz，选用的感应 线圈直径比矫直机工作辊直径大20~30mm。为达到较强的冷却效果，所述喷水冷却采用双 圈喷水冷却。
[0037] 步骤（4)所述回火处理，是指升温、保温和降温的回火过程，优选升温至500~ 550°C，保温，降温至室温；
[0038] 进一步优选的，采用三次回火处理，每一次的回火均升温至500~550°C，保温时 间分别为10~20小时、分别降温至室温。每一次的保温温度和保温时间可以相同或不同。 [0039] 使用三次回火处理，可以充分消除冷却后残留的奥氏体组织，提高矫直辊的回火 硬度稳定性和使用过程中的尺寸稳定性。
[0040] 步骤（5)所述精加工包括粗磨、精磨加工至成品尺寸。
[0041] 本发明的矫直机工作辊材质相对H13材料而言，其在化学成分上适当提高了 C、 Mn、Mo的含量，并新添加了微量Al元素。对于H13系列热作模具钢，为达到一定的耐磨性能， 微观组织中需保留体积分数为5%左右的碳化物，因此热处理时淬火加热温度相对较低，这 样会导致基体中C和合金元素的溶解不足，从而影响基体强度。提高C含量是解决问题的 捷径，但是大幅提高C的含量会带来一系列问题：韧性会有一定程度的降低，马氏体转变点 温度也会随之下降，矫直辊淬火变形、开裂倾向增大，此外会降低热导率，不适用于选作热 矫直辊的材料。
[0042] 因此，提高合金元素含量是解决上述矛盾的最佳途径。选择合适的C含量，提高 Mn、Mo等合金元素含量的提高，能够进一步增强固溶强化作用，改善矫直机工作辊的基体强 度，同时提高Mo元素含量能够显著增加钢对回火软化的抗力，提高矫直机工作辊的回火稳 定性以及红硬性，能在较高的回火温度和工作温度下保持相对于H13材料更高的