专利名称：一种报废Cr5锻钢工作辊的再生方法
技术领域：
本发明属于材料及热处理领域涉，是一种冷轧工作辊的再生方法，特别涉及报废辊的选定、再生方法、热处理工艺及X应力测试的方法。
背景技术：
随着钢铁业的持续火热，轧辊的需求量急剧上升。目前，国内外冷轧工作辊(包括中间辊)主要材质为含Cr量为5%锻钢系列，通过感应或整体淬火达到一定的工作层厚度，特别是整个轧辊材质是一样的，通过ESR及锻造技术保证内部夹杂物含量、碳化物分布及疏松、偏析等指标较好。按制造工序，从冶炼直至球化扩氢退火，均为Cr5锻钢辊坯的准备阶段，期间的能源消耗占整个加工工序的一半左右。报废辊的主要特点是存在外观质量不佳，表面碳化物网状和粗化等缺陷。同时，Cr5锻钢辊的报废率在90%左右。因此，利用报废Cr5锻钢工作辊来再生制造其他目标辊，不仅能节约成本，更能减少相当部分的碳排放，这是一件非常有意义的事情。到目前为止，只有应用于小型轧机的Cr2轧辊的简单改制(如中国专利93111115.3，涉及一种废旧轧辊的改制工艺)，对于Cr5锻钢材质的大型连轧机用辊再生制造未见报道。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于:针对目前大型连轧机组使用的Cr5锻钢材质大型工作辊、中间辊，提供一种大改小的再生制造方法。本发明的技术方案是:一种报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，包括工作辊的检测，该方法包括以下步骤:(I)工作辊检测:剔除有通孔的旧辊和外观有重度粘钢的旧辊；(2)高温回火工艺:将工作辊加热至680 700°C，保温15小时以上冷却，使再生目标辊硬度在30 45HSD ；(3)调质工艺:第一次调质为940 980°C保温10-15小时淬火后，630 660°C保温15-25小时回火，目标辊硬度在35 45HSD ;第二次调质为940 980°C保温10-15小时淬火后，610 650°C保温15-25小时回火，使目标辊硬度在40 50HSD ；(4)表面淬火工艺:首先在电炉进行200 350°C预热后，在双频机床上表面淬火，采用不同的感应圈移动速度来控制目标辊的淬硬层深度，淬火温度为970 1010°C ;残余应力水平控制在-800 IOOOMPa之间。在第(4)步表面淬火工艺之后，辊身的硬度可增加到93-98HSD。根据本发明所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，较好的是，所述步骤(2)的加热步骤为:先将炉温升至250 300°C，保温10-15小时，然后以每小时30_60°C的速度升温至 680 700°C。
根据本发明所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，较好的是，所述第一次调质工艺中，淬火前的加热工艺为:先将炉温升至650 700°C，保温10-18小时；然后以每小时30-600C的速度升温至940 980°C。优选的是，所述第二次调质工艺中，淬火前的加热工艺为:先将炉温升至650 700°C，保温10-18小时；然后以每小时30-60°C的速度升温至940 980°C。报废Cr5锻钢工作辊的检测主要包括外观质量检测、几何尺寸检测、化学成份分析、超声波检测、表面波及磁粉检测和金相检测。其中前四项是必检项目，根据实际检测在改制过程决定是否对后两项进行检测。基本判定原则如下:①为减少热处理环节开裂的风险和使用中容易出现断辊质量事故，一般情况下有通孔的旧辊不用于改制；外观不能有重度粘钢(重度粘钢即指辊身缠绕粘连很多钢板，辊面发蓝变色)；②尺寸要符合再生辊的尺寸。目标新辊的直径必须符合原有报废辊原始直径的2/3以上；因为轧辊不能无限改制再生，到一定直径，内部偏析和夹杂会恶化，影响轧辊使用，经过解剖分析，设定在2/3。其他优选的判定原则是:①低碳含量的旧辊不用于高硬度的工作辊；MC5材质轧辊的碳含量在0.82
0.92%，低碳含量是指碳含量低于0.82%的旧辊，高硬度是指硬度大于95HSD的新辊；②旧辊探伤有F = 0 3缺陷时，两次调质后检测如缺陷当量变大则不进行再生加工；F = 0 3是GB/T13314-2008锻钢冷轧工作辊通用技术条件上的缺陷当量。两次调质后缺陷当量变大说明这个缺陷是活动的，在后期的淬火和使用中具备危险性，需要报废。③旧辊如有表 面碳化物网状和粗化问题出现，需要进行正火热处理进行改善。表面网状碳化物粗化是指网状大于3级，正火热处理一般是指加热到900 940°C，保温一定时间后空冷到室温，然后进行630 670°C的高温回火处理。所述正火处理在调质工艺处理之前进行。处理完之后，用X应力测试仪检测其残余应力水平，主要是通过检测来控制新辊的残余应力水平。因为合适的轧辊表面的压应力不宜过大，可以预防热冲击时的开裂，降低辊面产生裂纹的倾向。通过检测目标辊的残余应力，使残余应力水平控制在-800 IOOOMPa之间，低于此区间需要重新高温回火后重新淬火；高于此区间，需要重新回火，调节残余应力水平在此区间。本发明的有益效果是:通过基本检测、高温回火工艺、两次调质工艺和表面淬火处理调节，使得报废的Cr5锻钢工作辊达到了新辊的使用性能。按照此方法进行报废Cr5锻钢工作辊的再生制造，目标辊应用于大型连轧机组上，使用效果达到新辊的使用性能。按照本方法，每年针对Cr5锻钢材质轧辊实现改制再生上百支，节省采购资金上千万元。
具体实施例方式实施例1报废Cr5锻钢材质中间辊规格:Φ500 X 1550 X 4400mm再生目标辊规格:Φ450X 1430X4340mm。硬度要求93 97HSD，淬硬层深度^ 25mm。
经过外观质量检测、几何尺寸检测、超声波检测和金相检测等，符合再生要求。首先进行高温回火处理，先将炉温升至250 300°C，保温12小时；然后以每小时50°C的速度升温至680 700°C，保温15小时，然后空冷至室温，检测再生目标辊硬度为35 38HSD ；经过粗车进行两次调质处理，具体工艺为:第一次调质处理:先将炉温升至650 700°C，保温10小时；然后以每小时50°C的速度升温至960 980°C，保温12小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为640 6600C，保温18小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测37 40HSD ；第二次调质处理:先将炉温升至650 700°C，保温10小时，然后以每小时50°C的速度升温至940 950°C，保温12小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为620 630°C，保温18小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测为40 42HSD ；经过半精加工后进行表面淬火处理，具体工艺为:根据目标辊的硬度要求和淬硬层深度制定表面淬火工艺。首先在电炉进行200 250°C预热后，在双频机床上表面淬火，淬火温度为980±5°C，感应圈行速为0.5mm/s，冷却水压为0.15MPa，回火温度为120±5°C，保温时间为90小时。检测目标辊硬度为95 96HSD，符合技术要求。在目标辊表面三点进行X应力测试仪检测残余应力为-85IMPa、_875MPa和-845MPa，符合要求。实施例2报废Cr5锻钢材质中间辊 规格:Φ500 X 1550 X 4400mm是否可以补充一个与实施例I不同的规格。再生目标辊规格:Φ450Χ1430Χ4340_。硬度要求93 97HSD，淬硬层深度^ 25mm。经过外观质量检测、几何尺寸检测、超声波检测和金相检测等，符合再生要求。首先进行高温回火处理，先将炉温升至250 300°C，保温14小时；然后以每小时52°C的速度升温至680 700°C，保温15小时，然后空冷至室温，检测再生目标辊硬度为35 38HSD ；经过粗车进行两次调质处理，具体工艺为:第一次调质处理:先将炉温升至680 700°C，保温12小时；然后以每小时55°C的速度升温至960 970°C，保温15小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为640 6600C，保温18小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测37 40HSD ；第二次调质处理:先将炉温升至680 700°C，保温12小时，然后以每小时55°C的速度升温至940 950°C，保温12小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为630 640°C，保温20小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测为43 45HSD ；经过半精加工后进行表面淬火处理，具体工艺为:根据目标辊的硬度要求和淬硬层深度制定表面淬火工艺。首先在电炉进行200 250°C预热后，在双频机床上表面淬火，淬火温度为990±5°C，感应圈行速为0.5mm/s，冷却水压为0.15MPa，回火温度为125±5°C，保温时间为85小时。检测目标辊硬度为96 97HSD，符合技术要求。在目标辊表面三点进行X应力测试仪检测残余应力为_867MPa、_856MPa和-846MPa，符合要求。
实施例3报废Cr5锻钢材质中间辊规格:Φ500 X 1550 X 4400mm再生目标辊规格:Φ450X 1430X4340mm。硬度要求93 97HSD，淬硬层深度^ 25mm。经过外观质量检测、几何尺寸检测、超声波检测和金相检测等，符合再生要求。首先进行高温回火处理，先将炉温升至250 300°C，保温12小时；然后以每小时55°C的速度升温至680 700°C，保温18小时，然后空冷至室温，检测再生目标辊硬度为35 38HSD ；经过粗车进行两次调质处理，具体工艺为:第一次调质处理:先将炉温升至650_680°C，保温12小时；然后以每小时53°C的速度升温至960 970°C，保温15小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为640 6600C，保温18小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测37 40HSD ；第二次调质处理:先将炉温升至660-670°C，保温15小时，然后以每小时58°C的速度升温至960 980°C，保温15小时，通过油淬后进行高温回火，高温回火温度为640 645°C，保温22小时，然后空冷至室温。目标辊硬度检测为46 48HSD ；经过半精加工后进行表面淬火处理，具体工艺为:根据目标辊的硬度要求和淬硬层深度制定表面淬火工艺。首先在电炉进行200 250°C预热后，在双频机床上表面淬火，淬火温度为1000±5°C，感应圈行速为0.5mm/s,冷却水压为0.15MPa，回火温度为130±5°C，保温时间为85小时。检测目标辊硬度为96 97HSD，符合技术要求。在目标辊表面三点进行X应力测试仪检测残余应力为_833MPa、831MPa和-84 IMPa，符合要求。实施例4除表面淬火处理中淬火温度为970±5°C，回火温度为120±5°C，保温时间为95小时以外，其他同实施例1.
在目标辊表面三点进行X应力测试仪检测残余应力为_873MPa、_876MPa和_871MPa，符合要求。实施例5除表面淬火处理中淬火温度为995±5°C，回火温度为125±5°C，以及高温回火处理工艺外，其他同实施例1.
高温回火处理，先将炉温升至260_280°C，保温16小时；然后以每小时50°C的速度升温至680 700°C，保温15小时，然后空冷至室温，检测再生目标辊硬度为42-44HSD.
在目标辊表面三点进行X应力测试仪检测残余应力为_855MPa、_856MPa和_851MPa，符合要求。本发明通过基本检测、高温回火工艺、两次调质工艺和表面淬火处理调节，使得报废的Cr5锻钢工作辊达到了新辊的使 用性能。按照此方法进行报废Cr5锻钢工作辊的再生制造，可以大大节约成本。
权利要求
1.一种报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，包括工作辊的检测，其特征在于:该方法包括以下步骤: (1)工作辊检测:剔除有通孔的旧辊和外观有重度粘钢的旧辊； (2)高温回火工艺:将工作辊加热至680 700°C，保温15小时以上冷却，使再生目标辊硬度在30 45HSD ； (3)调质工艺:第一次调质为940 980°C保温10-15小时淬火后，630 660°C保温15-25小时回火，目标辊硬度在35 45HSD ;第二次调质为940 980°C保温10-15小时淬火后，610 650°C保温15-25小时回火，使目标辊硬度在40 50HSD ； (4)表面淬火工艺:首先在电炉进行200 350°C预热后，在双频机床上表面淬火，采用不同的感应圈移动速度来控制目标辊的淬硬层深度，淬火温度为970 1010°C ;残余应力水平控制在-800 IOOOMPa之间。
2.根据权利要求1所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，其特征在于:所述步骤(2)的加热步骤为:先将炉温升至250 300°C，保温10-15小时，然后以每小时30_60°C的速度升温至680 700°C。
3.根据权利要求1所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，其特征在于:旧辊如有表面碳化物网状和粗化问题出现，进行正火热处理进行改善。·
4.根据权利要求3所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，其特征在于:所述正火处理在调质工艺处理之前进行。
5.根据权利要求1所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，其特征在于:所述第一次调质工艺中，淬火前的加热工艺为:先将炉温升至650 700°C，保温10-18小时；然后以每小时30-60°C的速度升温至940 980°C。
6.根据权利要求1所述的报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，其特征在于:所述第二次调质工艺中，淬火前的加热工艺为:先将炉温升至650 700°C，保温10-18小时；然后以每小时30-60°C的速度升温至940 980°C。
全文摘要
本发明提供了一种报废Cr5锻钢工作辊的再生方法，包括工作辊检测、680～700℃高温回火工艺、两次调质工艺(第一次调质为940～980℃保温12小时以上淬火后，630～660℃保温18-25小时回火，目标辊硬度在35～45HSD；第二次调质为940～980℃保温12小时以上淬火后，610～650℃保温18-25小时回火，使目标辊硬度在40～50HSD)和表面淬火工艺，使得报废的Cr5锻钢工作辊达到了新辊的使用性能。按照此方法进行报废Cr5锻钢工作辊的再生制造，可以大大节约成本。
文档编号C21D1/10GK103074482SQ201110329340
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者彭辉, 张青, 孙大乐, 葛浩彬, 吴卫强, 印建军, 徐展, 顾晓辉 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 宝钢集团常州轧辊制造公司