专利名称：一种高硬度半钢轧辊的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理方法，具体是指一种全新的对高碳高脆性材质的半钢材质 轧辊进行高硬度热处理的方法。
背景技术：
半钢轧辊一般是在大型型钢轧机上用于轧制型材、热轧板带轧机粗轧等，半钢轧 辊的材料中含碳量一般很高，接近铸铁的含碳量，此类轧辊的硬度要求也比较高。按照传统 的热处理工艺，对半钢和铸铁材料不能采用淬火处理，即不能采用水冷、油冷等剧烈冷却方 式进行热处理，只能采用空冷的方式进行正火处理。为了达到大规格高碳半钢轧辊的高硬 度要求，过去传统热处理工艺是采用喷雾热处理工艺，其正火温度一般为900 950°C，正 火出炉后采用喷雾冷却15 20分钟，然后吹风冷却到480°C。由于冷却介质是风和水的混 和物，因为水在低温阶段的冷速很快，会造成轧辊表面的冷却均勻性和终冷温度很难控制。 在轧辊表面冷却不均勻和终冷温度较低的情况下都会产生裂纹。要保证高硬度的半钢轧辊 硬度要求，喷雾冷却时大的风压、水压是必须的，如果喷水强度太低，硬度则无法满足技术 要求。但是如果冷却过程中水量较大时，不可避免的又会使辊面降温不均勻，经常会使局部 表面温度降到100°C以下，在热处理过程中如果半钢轧辊的表面温度被冷却到100°C以下， 表面的热处理应力会急剧加大，这样会致使轧辊表面形成应力裂纹。随着轧辊规格的增加， 热处理应力会成倍的增加，裂纹倾向也急剧增大，这是半钢轧辊所不允许的，轧辊一旦有裂 纹只能报废。采用目前的方法生产时，不是出现裂纹就是硬度不足，硬度均勻性也很差，废 品率很高。热处理过程中出现裂纹而报废和因冷却不足而使产品硬度偏低的问题是热处理 工作的常见问题，二者之间又是互相矛盾的，很难同时兼顾。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种高硬度要求的大规格高碳半钢轧辊的热 处理工艺方法，从而解决高硬度要求的大规格高碳半钢轧辊在热处理时造成的废品率高、 硬度不足、硬度均勻性差的问题。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，轧辊所用材料为155CrNiMo或者ISOCrNiMo 的其中一种，轧辊辊身直径为Φ850 1350mm，，包括加热、冷却工步，热处理工艺方法包括 下列步骤A、将轧辊整体加热到正火温度950-1000°C，并保温15 30h ；B、迅速将轧辊吊出加热炉，放入淬火油中冷却，使轧辊表面温度达到230 2500C，50mm工作层深处的温度为270 290°C，IOOmm深处的温度400_450°C ；C、然后将轧辊迅速吊到喷雾机上进行单吹风冷却，使轧辊表面温度达到< 480°C 且不再升温后再逐步下调风压，整个风冷过程的冷速控制在2 5°C /min左右；
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D、当轧辊表面温度能够保持在480°C以下300°C以上且不再升温后时，空冷即可。本发明的进一步具体操作方法为所述步骤B中的油冷时间为20 30分钟；所述 步骤C中初期的风压保持0. 25 0. 35Mpa，整个吹风时间为50 80min。本发明的进一步改进在于所述步骤B中轧辊从出炉至入油时间彡5min ；步骤C 中轧辊从出油至上喷雾机吹风时间彡3min。由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于本发明改变了半钢轧辊常用的热处理方法，将正火处理过程中的喷雾冷却改为油 冷和风冷的分级淬火方法。通过恰当控制油冷时间、不同阶段的冷却温度，打破了半钢和铸 铁材料不能进行水冷或油冷处理的观念；再通过控制风量和吹风的强度，使轧辊在一定的 冷却速度下缓慢冷却，达到即不使被淬火的工作层返温，也不使轧辊冷却过快，使奥氏体缓 慢向贝氏体组织转变，直到最终比较完全的转变成贝氏体。通过油冷和风冷的两种冷却方 法的有效配合，生产出硬度达到55HSD以上的高硬度大型半钢轧辊。高碳半钢材料的含碳量很高，其热处理的常规理论是只能空冷而不能采用油冷等 比较剧烈的快速冷却方式，传统理论认为高碳半钢材料采用油冷必然会将工件淬裂。而本 发明采用的油冷+喷雾机风冷的分级淬火方法成功的解决了大型高碳半钢轧辊热处理时 的开裂和硬度不足、不均的难题，此方法为国内外首创。通过控制油冷时间、出油温度、风冷 强度和速度的合理设计，保证了产品的合格率，不但不会开裂，而且硬度及硬度的均勻度都 达到了技术要求。用本发明的工艺生产的材质为155CrNiMo、辊身成品直径1250mm的粗轧 工作辊，辊身硬度达到55-57HSD，生产的材质为180CrNiMo、辊身成品直径<2 900_1200mm多 种型号的轧辊，辊身硬度达到58 60HSD。目前已用此工艺方法生产大型高碳半钢轧辊上 百支，没有出现过裂纹和硬度不合格产品。本发明的方法还可以推广到所有半钢和铸铁类 轧辊，能够解决高碳脆性材质轧辊的淬火难题。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明实施例1粗轧工作辊，所用材料为155CrNiMo，轧辊辊身直径为Φ 1250mm，热处理工艺方法 包括将轧辊整体加热到正火温度980士5°C，保温15小时；打开加热炉，迅速吊出轧辊， 放入淬火油中冷却，从打开炉门到入油的时间间隔不能超过5分钟；油冷时间为30分钟，此 时轧辊表面的温度达到230 250°C ；到达时间后，再将轧辊迅速吊到喷雾机上进行吹风冷 却，从出油到吹风冷却的时间不能超过3分钟；吹风冷却的初期分压为0. 28Mpa,当轧辊表 面温度达到< 480°C且不再升温后再逐步下调风压，整个吹风过程的时间为80min，防止轧 辊返温，当轧辊表面温度能够保持在450°C时，停止吹风，空冷。用此方法共生产4批60根 粗轧工作辊，每根轧辊的辊身硬度均在55 57HSD。实施例2生产出口埃及的轧辊，材质为180CrNiMo，辊身直径分别为<2 900、<2 910, <2 950、<2 980, <2 1000、<2 1100、<2 1200mm不等，共生产30根，热处理工艺方法包括轧 辊整体加热温度分别为950 V、980 V、960 V、970 V、1000 V、990 V、980 V，保温时间分别为
410h、llh、14h、12h、13h、ll. 5h、12. 5h，迅速吊出放入淬火油中冷却，油冷时间分别为20分 钟、28分钟、22分钟、24分钟、25分钟、26分钟、27分钟，再将轧辊迅速吊到喷雾机上进行 吹风冷却，初期分压为 0. 32Mpa、0. 25Mpa、0. 26Mpa、0. 30Mpa、0. 31Mpa、0. 29Mpa,吹风时间为 50min、70min、65min、60min、55min、58min、68min，终冷温度控制在 420°C左右。经此热处理 后，每件轧辊的辊身硬度均在58 60HSD。 当然本发明的方法中的加热温度、冷却温度、保温时间、冷却时间以及风压还可以 选择本发明要求范围内的上述实施例以外的其它数值。
权利要求
一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，轧辊所用材料为155CrNiMo或者180CrNiMo的其中一种，轧辊辊身直径为Φ850～1350mm，包括加热、冷却工步，其特征在于热处理工艺方法包括下列步骤A、将轧辊整体加热到正火温度950 1000℃，并保温15～30h；B、迅速将轧辊吊出加热炉，放入淬火油中冷却，使轧辊表面温度达到230～250℃，50mm深处的温度为270～300℃，100mm深处的温度400 450℃；C、将轧辊迅速吊到喷雾机上进行吹风冷却，使轧辊表面温度达到≤480℃且温度不再升高，逐步下调风压，整个风冷过程的冷速控制在2～5℃/min；D、当轧辊表面温度能够保持在480℃以下300℃以上且不再升高时，空冷即可。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，其特征在于所述步骤 B中的油冷时间为20 30分钟；所述步骤C中初期的风压保持0. 25 0. 35Mpa,整个吹风 时间为50 80min。
3.根据权利要求1或者2所述的一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，其特征在于 所述步骤B中轧辊从出炉至入油时间≤5min ；步骤C中轧辊从出油至上喷雾机吹风时间 ≤3min。
全文摘要
本发明公开了一种高硬度半钢轧辊的热处理方法，适用于材料为155CrNiMo或180CrNiMo辊身直径为Φ850～1350mm的轧辊。热处理工艺方法包括将轧辊整体加热到正火温度950-1000℃，并保温15～30h；迅速将轧辊吊出加热炉，放入淬火油中冷却，使轧辊表面温度达到230～250℃，50mm深处的温度为270～300℃，100mm深处的温度400-450℃；再将轧辊迅速吊到喷雾机上进行吹风冷却，使轧辊表面温度达到≤480℃且不再升温后再逐步下调风压，整个风冷过程的冷速控制在2-5℃/min；当轧辊表面温度能够保持在480℃以下300℃以上且不再升温时，空冷即可。本发明改变了半钢轧辊常用的热处理方法，通过恰当控制油冷时间、不同阶段的冷却温度，打破了半钢和铸铁材料不能进行油冷处理的观念；再通过控制风量和吹风的强度，使轧辊在一定的冷却速度下冷却，通过油冷和风冷的两种冷却方法的有效配合，使高硬度大型半钢轧辊硬度达到55HSD以上。
文档编号C21D9/38GK101892374SQ20101023761
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者崔聪聪, 李江魁, 苏军新, 韩明高 申请人:中钢集团邢台机械轧辊有限公司