一种中厚板热矫直辊的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热乳中厚板钢板生产线热矫直机领域，具体涉及一种中厚板热矫直辊 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 热乳钢板经终乳机后，在热状态下通过热矫直机组矫直，使钢板的尺寸精度、板型 和平直度等外形质量指标达到成品钢板的要求。热矫直辊用于各大型钢厂热乳钢板生产线 热矫直机组，是热矫直机组的核心关键部件。
[0003] 国内热乳钢板生产线，特别是中厚钢板热乳生产线上热矫直工作段工况恶劣，矫 直钢板时的矫直力达到30000kN~40000kN，热矫直辊承受着较大的弯曲应力、交变热应力， 故容易导致热矫直辊失效。热矫直辊失效的主要现象为：磨损、表面粘着、冲击和疲劳引起 的掉块、麻点、冷却介质腐蚀与磨损共同作用引起腐蚀磨损等。现有热矫直辊材料主要有 60CrMoV、60CrMnMo、X40CrMoV5-l (H13、H13改进型)等，各种材料的特性如下：
[0004] 60CrMoV、60CrMnMo表面硬度较高，可达到HRC 60及以上，但有效淬硬层内硬度降 低梯度相对较大，且回火稳定性差，在热矫直时硬度的稳定性不足，表面硬度变化较大。
[0005] X40CrM〇V5-l及改进型的表面硬度较低，一般在52~56HRC，在矫直钢板温度低或 高强度板时，易产生撞痕，存在不足。其制备工艺中，采用电渣重熔，成本较高。
[0006] 此外，上述60CrMoV、60CrMnMo、X40CrMoV5-l (HI 3、H13改进型）等钢种在有外冷水 的条件下，且在冷却液及磨损条件下，均易产生腐蚀磨损，影响使用寿命。
[0007] 在承受高温钢板冲击及磨损、高温热交变及应力交变疲劳作用、水汽腐蚀以及辊 表面氧化造成腐蚀磨损及氧化粘着等都极易造成热矫直辊失效，从而影响被矫钢板的表面 质量。使其矫直辊使用寿命较短，工作1到2月就得换辊下线修磨;新辊使用达到极限尺寸 后，一般采用对外圆加工后以堆焊的方式修复，堆焊材料以Crl3型钢为主。不论哪一种，堆 焊层均存在组织缺陷，易存在不均匀性，使用效果更差，有的10天左右就出现失效。因此，热 乳钢板生产线热矫直机组热矫直辊的质量寿命，严重制约了中厚板生产效率，制约了生产 线成本的降低。
[0008] 随着乳钢技术的发展，乳制生产线速度和自动化程度，以及乳机板材乳制力，钢板 表面质量要求的不断提高，对乳制生产线热矫直机矫直辊质量特别是辊的耐磨性、强度及 韧性、辊面光洁提出了更高的要求。因此，发展高质优质热矫直辊材料对促进国内乳制行业 技术进步，矫直辊材料产品的竞争力，提高生产效率均具有十分重大的经济意义和社会效 益。
[0009] 基于此，申请人考虑设计一种能够承受高温冲击及磨损，高温热交变及应力交变 疲劳，耐水汽腐蚀以避免因表面氧化造成的氧化粘着及腐蚀磨损对被矫钢板的表面质量造 成影响的中厚板热矫直辊的制备方法。
【发明内容】
[0010] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够承 受高温冲击及磨损，高温热交变及应力交变疲劳，耐水汽腐蚀以避免因表面氧化造成的氧 化粘着及腐蚀磨损对被矫钢板的表面质量造成影响的中厚板热矫直辊的制备方法。
[0011] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
[0012] -种中厚板热矫直辊的制备方法，包括以下步骤：
[0013] 第一步、熔炼辊坯用钢：
[0014] 所述辊坯用钢中各组分的重量百分比为： G (), 45%~0. 56%, Si 1.50%~2. 20%, Mn sSO. 15%, Cr 8. 00%~13. 50%,
[0015] Mo 1.50%~2. 50%, ￥ 0. 80%~丨.80%， W (). 20%~().30%, Nb 0. 10%~0. 4:0%， S 彡 0.020%， Ρ ?^Ο. 025%,
[0016] Ni ^0.50%, Cu ^0.20%, Fe 余量；
[0017] 第二步、钢包精炼：
[0018] 采用钢包精炼炉对第一步产生的钢水进行精炼，在真空条件下对钢水进行脱气处 理；
[0019] 第三步、铸锭：
[0020] 在真空或惰性气体保护下进行铸锭；
[0021] 第四步、锻造辊坯：
[0022] 辊坯采用上步制得的铸锭经锻造工艺制造，锻造压缩比大于4;所述锻造工艺为： 1100 °C~1160 °C加热，始锻温度为1050 °C~1100 °C，终锻温度2 820 °C ;
[0023] 锻造后退火；
[0024] 第五步、表面热处理：
[0025] 经1000HZ，1020~110(TC中频淬火处理以及550Γ回火处理。
[0026] 作为优选，上述第一步在电弧炉中进行。
[0027]作为优选，锻造后辊坯在经球化退火工艺处理前先缓冷。
[0028] 作为优选，所述缓冷工艺为:锻造后辊坯进入缓冷坑埋砂缓冷72h以上，且当辊坯 温度低于l〇〇°C出坑，出坑后再缓冷不超过8h。
[0029] 本发明的中厚板热矫直辊的制备方法的原理说明：
[0030] 1、（熔炼辊坯用钢)合理的合金化：
[0031] 辊子本体采用调制处理，其中，化学成分(辊坯用钢的组分)是保证辊子具有良好 的强韧性、表面工作层足够深度内的淬硬性、耐磨性、耐疲劳性能的基础。
[0032] ①碳(C)含量是钢中的重要强化元素，是通过固溶在钢的基体中，起到对钢的强化 作用，同时部分碳和钢中的碳化物形成元素形成碳化物，起到强化和增加耐磨性的作用。碳 含量越低，钢的强度与耐磨性能越差，但过高，辊子的冲击韧性降低，易断裂。根据计算和实 验，本发明的制备方法中辊坯用钢中的碳含量〇. 45 %~0.55 %较为适宜。
[0033] ②铬(Cr)含量的增加能提高钢的淬透性和钢的抗氧化能力，既提高钢的淬硬层深 度，又解决例行检修停机阶段锈蚀问题。在实验的基础上，本发明的制备方法中辊坯用钢中 Cr含量8.50%~13.50%最为适宜。
[0034] ③熔炼辊坯用钢具有适量的铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)，其都是强碳化物形成 元素，在钢中形成M7C3、M2C、和M(C、N)型碳化物，提高耐磨性，Mo、V还起到增加回火稳定性 的重要作用，使辊子表面在500~600°C时还具有高的硬度。V、Nb形成细小弥散的MC、M(C、N) 型碳化物，细化晶粒，增加了钢的强韧性，提高耐磨性和抗疲劳性能。在实验的基础上，本发 明的制备方法中辊坯用钢中钼1.50%~2.50%、钒0.80%~1.80%最为适宜。
[0035]④加入适量的铌(Nb)，形成的碳化物分解温度高，在高温淬火时防止晶粒粗大。本 发明的制备方法中辊坯用钢中含铌〇. 1 〇 %~〇. 40 %最为适宜。
[0036] 2、经济效益
[0037] 根据本发明的制备方法中熔炼辊坯用钢的组分，采用电弧炉+炉外精炼(LF)+真空 处理的工序，减少了电渣重熔冶炼工序，故能降低热矫直辊的制造成本。
[0038] 3、球化退火工序
[0039] 锻造后的缓冷是在辊坯锻后不能立即安排球化退火时，为避免辊坯在冷却过程中 产生的应力作用下产生裂纹甚至开裂而采取的工艺措施；如能及时球化退火，可不需要缓 冷工序。如不能及时球化退火时，则该缓冷工序为必须。
[0040] 球化退火的作用是改善辊坯微观组织中的碳化物形态，使辊坯具有一定的韧性， 是为调制热处理提供微观组织准备。球化退火，可以是锻后热状态下也可以是室温状态下 开始加热进行。
[0041 ] 4、成品热处理工艺
[0042] 淬火、回火工艺要求控制硬度32~37HRC，表面热处理工艺控制有效淬硬层大于 12mm，表面硬度按达到61HRC控制。其中：
[0043] 1)淬火+回火工艺要求控制硬度32~37HRC，其作用是使辊体具有足够的强韧性， 既不能太硬，又不能太软，过硬则辊体韧性差，太软则强度不够，工作时易变形；
[0044] 2)有效催硬层是表示经调制热处理后再进行表面淬火，其加热方式是中频感应加 热，速度快，加热层深小。但为保证辊子使用性能，必须保证加热层速度以保证淬硬层速度； 太浅，辊子从表面到辊体的硬度下降曲线斜率太大，辊子工作时易在浅层产生疲劳裂纹，导 致表面剥落破坏。因此须要求淬硬层深度。
[0045] 3)表面硬度大于61HRC，是控制指标，实际应为58-61HRC。
[0046]本发明的中厚板热矫直辊的制备方法具有以下有益技术效果：
[0047] 1、辊坯用钢的组分设计保证矫直辊材质具有高淬透性，经1000HZ 1020 °C~1100 °C中频淬火及550°C回火，使辊身工作层在12mm以内具有晶粒细化、组织均匀、高强度和一 定韧性、高硬度和耐磨性、抗疲劳性能、一定的抗水汽腐蚀的能力，保证工作辊在矫直热钢 板时均匀耐磨;避免表层开裂、掉块;保证辊子承受热钢板冲击而不产生冲击坑及断裂。
[0048] 2、本发明的制备方法采用电弧炉(EAF)结合钢包精炼(LF)与真空脱气(VD)的工艺 流程，减少了电渣重熔工序，优化了矫直辊制备过程中的热处理条件，有效降低了制备能耗 和成本。
[0049] 3、采用本发明制备方法制得的中厚板热矫直辊使用寿命比通用60CrM〇V新辊提高 2倍，比表面堆焊辊提高5倍;矫直钢板的表面质量符合标准要求。高性能中厚板热矫直辊价 格方面与60CrM〇V新辊相当，具有较高的性价比。因此特别适用于在国内同类型钢板生产线 上推广使用。
[0050] 4、能够保证热矫直辊组织均匀性、保证了矫直辊本体的强韧性，表面硬度高，有效 淬硬层深，硬度均匀，保证辊子耐磨、耐水汽腐蚀、耐交变在荷及冷热疲劳疲劳，避免表层开 裂、掉块。经本发明制备方法制得的热矫直辊不仅制造成本降低，且制得的热矫直辊更为经 久耐用，故也能够提高生产效率，降低使用成本。
[0051] 5、矫直辊的工作层深度及硬度、均匀性，保证辊子均匀耐磨;在保证了矫直辊本体 的强韧性条件下，具有足够的有效淬硬深度，避免表层开裂、掉块，保证辊子承受钢板冲击 而不产生冲击坑及断裂;具有一定的耐水汽腐蚀性能，与支承辊配合，减少腐蚀磨损。
【具体实施方式】
[0052]下面对本发明作进一步的详细说明。
[0053] 实施例1:
[0054] 一种中厚板热矫直辊的制备方法，包括以下步骤：
[0055]第一步、熔炼辊坯用钢：
[0056] 所述辊坯用钢中各组分的重量百分比为： C 0.45% Si 1.5:0% Μη 0. 1:5%, Cr 8.00% Mo 1.50% ￥ 0. 80%
[0057] W 0. 20% Nb 0. 10% S 0. 020%, P 0. 0