Φ500～650mmCr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯锻造变形工艺的制作方法

本发明属于冶金技术领域，涉及一种Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯锻造变形工艺。

背景技术：

2008年以前国内使用的冷轧工作辊材质主要是Cr2、Cr3和Cr5系列，为促进国产冷轧工作辊用钢更新换代，提高冷轧工作辊辊坯的耐磨性、粗糙度保持性和抗辊印性能，从2008年开始北满特钢与宝钢轧辊公司合作生产开发含Cr6％的冷轧工作辊用钢。该钢种辊坯合金含量较高，碳化物偏析重，尤其是大规格辊坯，超声波探伤很难满足要求，生产合格率较低。

Cr6％型辊坯是在MC5钢种的基础上，C略有提高，Si和Mo含量增加，Cr含量增加了1％，由于合金含量较高，钢锭易产生严重的偏析，锻造塑性差，生产制造难度较大。辊坯用钢的碳化物网状、带状、液析以及夹杂物、气体、探伤等要求都很严格。现有Cr6采用电炉加炉外精炼和真空脱气的方式冶炼电极坯料，采用模铸的方式浇注10.4吨(Φ680mm)电极锭。采用电渣重熔方式生产Φ865mm～Φ960mm电渣钢锭。采用3000吨水压机进行锻造，锻前进行高温均质化处理，采用3火方式成品的方式生产，第一火次用上平台镦粗、拔长，钢锭端部容易产生缩孔，第一火次道次压下量及变形率过大容易造成辊身横裂小口。第二火次辊身道次压下量过大容易造成辊身横裂小口，辊颈变形时在800～900℃之间，辊颈变形率过大、变形温度过低容易造成内部碳化物偏析区开裂。第三火次辊身变形量较小，辊身晶粒粗大、碳化物网状严重。辊颈变形温度高，局部变形率大、变形速度快容易造成辊颈内部碳化物偏析区产生过热裂纹。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种Φ500～650mm Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯锻造变形工艺，该工艺生产的产品质量稳定，生产检验合格率达到95％以上。Cr6型冷轧工作辊投入使用后，和MC5冷轧工作辊相比由于辊印缺陷造成的换辊率下降了10％，提高了冷轧板的表面质量和轧机工作效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种Φ500～650mm Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯锻造变形工艺，包括如下步骤：转炉冶炼+LF精炼+VD真空→连铸圆坯料→电极坯料热送退火→清理→电渣重熔→电渣锭退火→锻造→锻后退火，其中：

锻造前进行高温均质化处理，控制加热温度为1190℃～1210℃，保温时间为30～42h。

锻造时采用四火方式生产，具体步骤如下：

第一火：采用弧形镦粗板钢锭冒口向上镦粗，镦粗比控制在1.5～2.0之间，然后采用上平砧、下V型砧拔长，道次压下量为30～50mm，变形率为15～20％，返炉保温时间2.5～3.5h，返炉温度1190～1210℃；

第二火：辊身拔到成品锻件尺寸加50mm余量，道次压下量为60～80mm，变形率为25～30％，返炉保温1～2h，返炉温度1170～1190℃；

第三火：上平砧不变，下砧采用小V型砧锻造一端辊颈，变形率为20～60％，道次压下量在30～80mm之间，采用高温停锻3秒的方式进行，返炉保温时间50～70分钟，返炉温度1170～1190℃；

第四火：锻造另一端辊颈，休整辊身，辊身变形量在7～8％之间，辊颈锻造方式和第三火一样；

以上各火次终锻温度为850～900℃，900℃以下为休整温度；

锻造后进行热处理，控制正火温度：1020℃；球化退火温度：840℃、740℃：扩氢退火温度：680℃。

本发明在锻造时采用四火方式生产，第一火采用弧形镦粗板钢锭冒口向上镦粗，减少了缩孔的产生，同时提高了成材率；而且第一火次道次压下量由80～100mm降为30～50mm小压下量轻击，变形率也由25～30％降为15～20％，减少了辊身产生横裂小口。第二火次辊身拔到成品锻件尺寸加50mm余量，道次压下量为60～80mm，变形率为25～30％之间，道次压下量降低了，减少了辊身裂纹的产生。第三火次锻造一端辊颈，变形率为20～60％，道次压下量在30～80mm之间，采用高温停锻3秒的方式进行，即上砧接触到锻件时停顿3秒再压，减少辊颈由于变形量过大造成的内部碳化物偏析区过热裂纹；辊颈变形温度在900℃以上，减少了辊颈由于低温锻造形成的内部开裂。第四火次锻造另一端辊颈，休整辊身，辊身变形量在7～8％之间，辊颈锻造方式和第3火一样。第一火次返炉保温2.5～3.5h，第二火次返炉保温1～2h，第3火次返炉50～70分钟。终锻温度为850～900℃，900℃以下为休整温度，不允许有大变形。增加1个火次，将第二火锻造的辊颈改到第三火锻造，保证锻造温度，减少了由于低温锻造造成的内部开裂。

本发明生产的Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯的直径为500～650mm，球化组织2～3级，碳化物网状≤2.0级，碳化物带状、液析1.0级以下，非金属夹杂物总和≤2.0级，探伤合格率由原来的75％提高到了95％，而且碳化物分布细小、弥散，使用寿命长。目前国内宝钢、首钢、鞍钢等大型钢铁厂的大型轧机均开始采用Cr6型材质的冷轧工作辊，使用效果较好，Cr6型辊坯将逐步代替MC5系列冷轧工作辊，该产品市场前景广阔，在不久的将来会给企业带来可观的经济效益。Cr6型辊坯吨钢利润为4200元左右，目前北满年生产量为2000吨左右，每年可获利840万元。此产品的试制成功为国内冷轧辊材质的更新换代奠定坚实的基础。

附图说明

图1为Cr6辊坯带状碳化物1级、液析0级(100×)的高倍图片；

图2为Cr6辊坯网状碳化物1级(500×)的高倍图片；

图3为Cr6辊坯球化组织2级(500×)的高倍图片；

图4为Cr6的高温变形抗力曲线；

图5为Cr6的高温塑性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种Φ500～650mm Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯锻造变形工艺，采用转炉冶炼、钢包精炼、真空脱气的方式生产电极坯料，然后采用电渣重熔方式进一步净化钢液，通过控制电渣重熔过程中的熔化速率等参数控制电渣锭的偏析。合理制定电渣锭均质化温度和时间，锻造时采用轻-重-轻的锻造方式，电渣锭初始阶段轻击，然后大压下量锻造(镦粗后直接拔长时30～50mm小压下量轻击，待返炉保温后再出炉拔长时可60～80mm大压下量锻造)，各道次互成90°翻转，辊身预留修正量，辊颈采用分两次成品的方式生产，锻造温度低于900℃时修整，锻后快速喷水冷却控制网状碳化物。本发明通过对钢水的纯净度、电渣锭的偏析、锻前高温均质化温度和时间、锻造变形过程、终锻温度及锻后控冷、锻后热处理等进行重点控制，产品最终试制成功，产品的高倍照片见图1-图3。具体技术方案如下：

一、生产工艺路线如下：

转炉冶炼+LF+VD→连铸圆坯料→电极坯料热送退火→清理→电渣重熔→电渣锭退火→锻造→锻后退火→光面、探伤→检验(高、低倍、气体)→上交。

二、各生产工序关键控制点及技术原理如下：

A、转炉冶炼及LF精炼+VD真空

针对Cr6型辊坯的成品化学成分要求，并考虑进行电渣重熔时易烧损元素的烧损量，首先设定了该钢种的内控坯料成分，具体见表1。

Cr6型辊坯用钢的冶炼选择炉料时要严格控制有害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi含量。转炉冶炼前期保证钢水脱P，另外重点控制终点C含量≥0.12％，防止钢水过氧化；当P含量符合要求及钢水温度合适，利用挡渣锥进行挡渣出钢并控制下渣量，当下渣渣层厚度超过150mm要进行倒渣处理或LF升温后倒渣；出钢过程进行合金化，主要成分控制在下限，出钢同时加热石灰及精炼渣；钢包到LF精炼位后给电升温，加热一定时间后取样，根据分析结果调整成分符合要求。当钢液温度适宜，渣子白、脱氧良好后进行真空精炼。真空度67帕以下，保持15分钟，破真空后弱吹氩15分钟。连铸电极坯料，在生产过程中选择合适的浇铸过热度和拉速。电极坯料退火，退火出炉后清理，进行电渣重熔。

表1 BGCr6标准及坯料化学成分要求(％)

B、电渣重熔及电渣锭退火

电渣重熔时，首先要加强对渣料的烘烤，确保渣料的加热温度和加热时间；且在化渣时，渣料要均匀地分批加入，以保证化渣质量，渣化清后方可进入金属电极进行精炼。尤其要注意补缩期操作的控制，以保证实现缩孔深度最小、体积最小，提高电渣锭的成材率。电渣重熔过程中根据锭型大小合理的控制熔化速率，保证熔化速率均衡稳定。电渣锭退火处理，退火后进行清理取样，然后转到锻造厂进行加热、锻造工序。

C、加热、锻造及锻后热处理

电渣锭装入待料炉预热，在升至锻造温度后，进行高温均质化处理，其目的是为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性，保温后进行锻造。Cr6钢其锻造特性要比MC3和MC5差一些。采用镦粗、拔长的锻造方式，满足锻造比≥3的要求，充分破碎粗大的树枝状碳化物。第一火次采用镦粗、拔长的变形方式，拔长时采用30～50mm的小变形量，第二火次可采用60～80mm大压下量锻造，充分焊合内部缺陷，温度低于900℃时可小压下量修整。第三火到第四火锻造成形。锻造过程中关键控制高温扩散的温度和保温时间，锻造每火次的返炉保温温度和时间，每火次的变形量和终锻温度的控制。

锻后热处理实际上是预备热处理，其重点是要完成三个任务：一是消除网状碳化物，二是消除应力软化组织得到球状珠光体组织，三是要降低钢中氢含量，防止白点的产生。因此，热处理工艺曲线也由三个部分组成：正火+球化退火+扩氢退火。球化退火工艺由两段组成，840℃球化起到碳化物溶断的作用，而740℃的球化则决定最终的球化效果。

三、工艺参数试验研究

1、锻造温度范围的确定

为摸索最佳的锻造工艺参数，在Cr6型辊坯上取样进行高温热塑性试验，摸索最佳的锻造温度范围，为大生产提供理论依据。

采用GLEEBLE 3500设备在不同的温度下进行gleeble实验。具体试验温度如下：选择800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃共计14个不同温度，每个温度两支试样。

通过图4可以看出，在850℃时变形抗力较大，900℃时变形抗力急剧下降，随着变形温度的升高，变形抗力呈下降趋势，到1100～1200℃之间变形抗力变化较小，曲线呈平缓趋势，变形温度超过1200℃变形抗力又急剧下降。从图5可以看到，在800～1200℃塑性均较好，超过1200℃塑性急剧下降。

Cr6辊坯锻造时始锻温度一般在1170～1190℃之间，终锻温度控制在850～900℃之间，在900℃以下进行小压下量修整。根据以上的试验分析发现，我们选用的锻造温度范围比较合理，大量的生产实践也充分证明了Cr6型辊坯锻造温度范围选择的合理性，高温塑性试验进一步对Cr6型辊坯的锻造温度合理性提供了理论依据。

2、正火温度的确定

为了验证Cr6辊坯网状随加热温度的升高的变化情况，选取Cr6网状3.5级的12个试样，在6个不同加热温度下保温30分钟油冷检验网状的变化情况，检验结果见表2。

表2

从表2可以看出，随着淬火温度的提高，网状级别逐渐降低。950℃没有变化，970℃改善不明显，990℃开始有明显改善，不存在封闭碳化物网，1050℃网状降低到1.5级。

因为试验时保温时间较短，因此本发明在生产时正火温度选择1020℃。

四、Φ500～650mm Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯制造工艺如下：

1、钢的化学成分控制在：C：0.85～0.95％、Mn：0.20～0.50％、Si：0.80～1.20％、S：≤0.015％、P：≤0.020％、Cr：5.50～6.00％、Mo：0.30～0.50％、V：0.05～0.15％、氧含量≤20×10^-6，氢含量≤1.5×10^-6，氮含量≤120×10^-6，其余为Fe。

2、钢采用转炉冶炼+LF精炼+VD真空+ESR电渣重熔方法冶炼，电渣钢锭：Φ865～960mm；

(1)采用转炉冶炼+LF精炼+VD真空工艺生产Φ650mm电极棒时，LF精炼炉精炼用白渣法，在VD炉脱气后软吹氩≥15分钟。

(2)在Φ865mm和Φ960mm电渣钢锭冶炼中，电极棒重熔输入功率分别控制在1300～1400kW和1700～1800kW；充填阶段输入功率以不大于100kW/h的速度逐渐降低。

3、钢锭在锻造前进行高温均质化处理，加热温度为1190℃～1210℃，保温时间根据锭型按30～42h控制。

4、采用多火次锻造，分为四个步骤：

第一火：采用弧形镦粗板钢锭冒口向上镦粗，镦粗比控制在1.5～2.0之间，然后采用上平砧、下V型砧拔长，道次压下量为30～50mm，变形率为15～20％。根据钢锭尺寸返炉保温时间2.5～3.5h之间，返炉温度1190～1210℃。

第二火：辊身拔到成品锻件尺寸加50mm余量，道次压下量为60～80mm，变形率为25～30％。返炉保温1～2h，返炉温度1170～1190℃。

第三火：上平砧不变，下砧采用小V型砧锻造一端辊颈，变形率为20～60％，道次压下量在30～80mm之间，采用高温停锻3秒的方式进行。返炉保温50～70分钟，返炉温度1170～1190℃。

第四火：锻造另一端辊颈，休整辊身，辊身变形量在7～8％之间，辊颈锻造方式和第3火一样。

以上各火次终锻温度为850～900℃，900℃以下为休整温度，不允许有大变形。

5、成品辊坯锻后水冷3～4分钟后，空冷到350～400℃后热送退火。

6、锻后热处理工艺曲线也由三个部分组成：正火1020℃；球化退火：840℃碳化物溶断，740℃形成球状碳化物及长大，680℃扩氢及球状碳化物进一步长大。

本发明生产的Cr6型锻制电渣钢冷轧工作辊辊坯碳化物带状和液析按照GB/T18254-2002标准中第8、9级别图评定为≤1.0级，网状碳化物按照GB/T1299-2014标准中第三级别图评定为≤2.0级，球化组织按照GB/T1299-2014标准中第二级别图评定为2级-3级，粗加工后的辊坯按照GB/T13314-2008中要求探伤，质量等级满足表A.2中A级要求。