小规格轧辊的表面热处理工艺的制作方法

本发明涉及一种可以提高小规格轧辊表淬质量的基于250hz淬火设备的小规格轧辊的表面热处理工艺，属于热处理技术领域。

背景技术：

在小规格轧辊（φ160-φ240）的最终热处理表淬过程中，常采用高频单感应圈进行淬火，主要操作方式为工件固定，按一定的速度旋转，加热感应圈沿淬火辊面移动加热，且喷水装置与感应圈连接，加热完立刻喷水冷却，即完成表淬过程。此方法淬火的轧辊硬度均匀性差，淬硬层浅，且硬度稳定性差，不易满足用户的技术要求。50/250hz双频淬火机床可淬火轧辊的直径范围为φ300-φ700，由于该设备是工频+中频双感应圈加热，且感应圈高度达165mm，是常用的高频淬火感应圈的10倍，对于小直径轧辊淬火时，极易因加热时间过长，加热深度过深，导致轧辊芯部达到奥氏体化温度，从而使轧辊整体淬透，失去调质时获得内部的合适的机械性能（韧性、抗冲击能力等），在使用中易发生断裂、炸辊等事故，影响使用效果。鉴于此，需要对双频淬火机床进行改造，来实现一种单中频淬火小规格轧辊（φ160-φ240）的表面热处理工艺，结合设备250hz单中频淬火的特点，最终达到交货轧辊硬度均匀性好，淬硬层满足技术要求，且硬度稳定性好的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对一种小规格轧辊最终热处理时高频淬火硬度不均匀、淬硬层浅、硬度稳定性差、易造成轧辊失效的缺点，而提供一种基于250hz淬火设备的小规格轧辊的表面热处理工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：一种小规格轧辊的表面热处理工艺，其热处理工艺是基于250hz淬火设备而通过如下步骤实现的：

步骤1）、通过对50/250hz双频淬火设备的改造，实现单中频表面热处理过程，具体为去掉双频淬火机床上50hz的工频感应圈，变成频率选择为250hz的单中频淬火设备；

步骤2）、在单中频淬火过程中，中频感应圈固定，采取工件旋转下降的方式进行淬火，设定预热温度为200±10℃，工件的下降速度为1.1-1.4mm/s，工件的旋转速度为40r/min；

步骤3）、淬火后，冷却方式为喷水冷却加淬火池继续冷却，在淬火池中进行继续冷却的续冷时间为30±10min，之后完成淬火过程；

步骤4）、最后根据辊身的硬度要求，选择140±10℃的回火温度进行回火，完成表面热处理过程。

进一步的，在步骤4之后，还设置有步骤5）对完成表面热处理过程的工件均分为4条母线，检检辊身硬度，验证硬度值及硬度均匀性；淬火后轧辊的硬度值要求在90-95hsd之间，硬度均匀性高于普通表淬的3hsd而在1.5hsd以内，淬硬层深度高于高频表淬的2-6mm深而在12mm以上，达到使用时硬度要求10mm以上的技术条件。

进一步的，所述小规格轧辊的工件直径在φ160-φ240mm之间。

进一步的，所述中频感应圈的高度为165mm。

进一步的，在所述中频感应圈下面设置有喷水环。

本发明型具有以下的优点：

1）能够利用50/250hz双频淬火机床特点并进行改造，适合淬火小规格轧辊（φ160-φ240），实现了对设备的充分利用；

2）.淬火后的轧辊质量较好，硬度均匀性在1.5hsd以内，高于表淬的3hsd，硬度稳定性好，不易出现软点、使用过程中硬度急剧下降等情况，淬硬层深度为12mm以上，高于高频表淬的2-6mm深，充分满足轧辊使用时的技术要求。

附图说明

图1为本发明改造后250hz单中频结构示意图。

图2为本发明改造后250hz单中频淬火与高频淬火不同深度硬度分布图。

图3为本发明改造后250hz单中频淬火与高频淬火表面硬度均匀性检测对比图。

图中标注为：1、φ225轧辊；2、中频感应圈；3、喷水环；4、淬火池。

具体实施方式

如图1所示，一种小规格轧辊的表面热处理工艺，其热处理工艺是基于250hz淬火设备而通过如下步骤实现的：

步骤1）、通过对50/250hz双频淬火设备的改造，实现单中频表面热处理过程，具体为去掉双频淬火机床上50hz的工频感应圈，保留250hz的中频感应圈2，变成频率选择为250hz的单中频淬火设备；通过对50/250hz双频淬火设备的改造，实现单中频表面热处理过程，利用50/250hz双频淬火设备实现φ225轧辊1的表面热处理过程，通过调整工艺参数，并与设备特性相结合，完成淬火过程，实现小规格轧辊质量的提升，即硬度均匀性及淬硬层深度的提高；选择中频250hz频率的中频感应圈2，加热时的穿透力大于高频，能够保证一定（10mm以上）深度轧辊辊身达奥氏体化的温度，有效的保证淬硬层深度；频率选择为250hz的单中频淬火过程，250hz的中频感应圈2的高度为165mm；在所述中频感应圈下面设置有喷水环3。

步骤2）、在单中频淬火过程中，中频感应圈固定，采取工件旋转下降的方式进行淬火，设定预热温度为200±10℃，工件的下降速度为1.1-1.4mm/s，工件的旋转速度为40r/min；

步骤3）、淬火后，冷却方式为喷水冷却加淬火池继续冷却，在淬火池4中进行继续冷却的续冷时间为30±10min，之后完成淬火过程；

步骤4）、最后根据辊身的硬度要求，选择140±10℃的回火温度进行回火，完成表面热处理过程。

在步骤4之后，还设置有步骤5）对完成表面热处理过程的工件均分为4条母线，检检辊身硬度，验证硬度值及硬度均匀性；淬火后轧辊的硬度值要求在90-95hsd之间，硬度均匀性高于普通表淬的3hsd而在1.5hsd以内，淬硬层深度高于高频表淬的2-6mm深而在12mm以上，达到使用时硬度要求10mm以上的技术条件。

所述小规格轧辊的工件直径在φ160-φ240mm之间。

实施例：如图1、2、3所示，以φ225*1150*2526材质为9cr3mo小型工作辊的淬火过程进行工艺成果验证。

步骤1）、通过对50/250hz双频淬火设备的改造，实现单中频表面热处理过程，具体为将50/250hz双频淬火机床上的50hz感应圈拆掉，保留250hz的中频感应圈2，变成频率选择为250hz的单中频淬火设备；并将所连接的电器冷却水管路改道，以不影响250hz感应圈的正常运行，将设备变成单中频淬火设备；

步骤2）、对于φ225轧辊1淬火时，基于设备配套使用的感应圈高度比高频淬火设备的感应圈高很多（10倍左右），使轧辊的加热时间过长，易造成轧辊芯部被加热透，为防止淬火加热时温度升高过多，预热温度选择200±10℃（低于常规的220℃和350℃），保证淬火时产生较小的应力同时，防止芯部温度过高，整体淬透；在单中频淬火过程中，所述中频感应圈的高度为165mm，固定中频感应圈，将250hz变压器上连接φ292感应圈，φ225轧辊1与中频感应圈2的单边间隙为32mm；由于感应圈高度较其他淬火小规格轧辊的设备大，在单中频淬火时，增大下降速度（常规速度为0.5-0.7mm/s，现速度可以设定为1.1-1.4mm/s）及旋转速度以避免加热深度过深，设备下降速度极限为1.5m/s，现设定下降速度为1.4m/s，工件的旋转速度为40r/min，在设备允许范围内进行表淬；以减少感应圈与与辊身加热部位的接触时间，避免轧辊芯部温度过高，影响芯部的机械性能。同时，中频250hz频率的的选择，加热时的穿透力大于高频，能够保证一定（10mm以上）深度轧辊辊身达奥氏体化的温度，有效的保证淬硬层深度；下降过程中工件旋转下降的淬火方式，能够最大限度的保证淬火轧辊的辊身硬度均匀性（在1.5hsd以内）；

步骤3）、φ225轧辊1淬火后，冷却方式为喷水冷却加淬火池继续冷却，在所述中频感应圈下面设置有喷水环3；首先通过喷水环3对φ225轧辊1进行冷却，然后在淬火池中进行继续冷却，续冷时间为30±10min，之后完成淬火过程；最终冷却方式采用喷水冷却+蓄水池冷却相结合进行，使轧辊冷却过程充分进行，保证轧辊的硬度稳定性；

步骤4）、最后根据图纸要求（辊身硬度：90-95hsd），选择合适的回火温度（140±10℃）进行回火，完成表面热处理过程；

步骤5）、对φ225轧辊1均分4条母线，检辊身硬度，验证硬度值及硬度均匀性。

本发明利用50/250hz双频淬火设备实现支承辊表面热处理过程，通过调整工艺参数，并与设备特性相结合，完成淬火过程，实现小规格轧辊质量的提升，即硬度均匀性及淬硬层深度的提高。