[发明专利]一种轧机45Cr4NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺

说明书

 

技术领域

本发明属于大锻件热处理工艺技术领域，主要涉及的是一种轧机45Cr4NiMoV 合金钢大型支承辊锻后热处理工艺。

背景技术

大型支承辊一般用于大型板带轧制设备的关键和核心部位，是轧机中用来支承工作辊或中间辊，以便在轧制时防止工作辊出现挠曲变形而影响板形质量的重要部件，是大型冷轧、热轧设备的基础件。

随着轧机向自动化、高精度、优质板形控制等方向发展，轧制条件越来越苛刻，提高轧制效率、降低轧制成本、保证产品质量成为突出的问题。

由于轧制时长期承受大载荷，容易引起滑动磨损和断辊，热轧支承辊的主要失效形式为：①支承辊两侧边缘部位30～50mm处，受局部交变载荷的作用下容易产生应力集中，导致局部掉块现象的发生；②支承辊在使用过程中,常表现为表面磨损严重，出现耐磨性不足的问题。分析表面磨损失效的主要原因是在重载荷、冷热交变状态下工作时，受所轧制钢种变化的影响，加上部分母材成分的偏析和制造工艺上的缺陷，使轧辊表面局部极易产生一定深度的残余应力集中。随着时间的推移，逐渐由点扩展至局部层面的层状撕裂，最终导致大面积的脱离。

在轧辊产品中，支承辊是尺寸大、重量大、制造难度大的品种，技术水平要求非常高。支承辊的性能特征为：辊身表面硬度高、硬度均匀性好、辊身淬硬层深，辊颈和辊身芯部具有良好的强韧性。

作为轧机的重要部件，对支承辊的要求也不断提高，要求支承辊具有高的耐磨性、抗断裂性、抗剥落性。尤其是对大型支承辊材料、辊身硬度、均匀性、淬硬性、残余应力等方面提出了较高的要求。

因此，锻钢支承辊通常应具备如下主要特性：

（1）具有很高的淬透性及高的耐磨性，要求表面淬硬层深度达到50～80mm；

（2）支承辊内部具有致密的组织和良好的抗事故性；

（3）具有很强的在交变应力作用下的表面抗剪应力的能力, 以防止剥落；

（4）具有高强度、稳定的刚性。

    大型支承辊锻件重量一般在几十到上百吨，需用大型钢锭锻制。早期的厚板轧机支承辊采用60CrMnMo和50CrNiMo材料，后来发展为70Cr3Mo、70Cr3NiMo，适用于硬度较小的支承辊。由于材料含碳量较高随着钢锭的增大，碳及合金元素偏析较大，支承辊芯部不可避免地出现了网状碳化物或混晶组织，支撑辊心部韧性降低，抗事故能力下降，影响了使用性能。由于合金元素，尤其是碳化物形成元素含量低，使钢的耐磨性降低；此外，随着冶金设备的大型化，市场急需φ1500mm以上的大型支承辊，此类材料如70Cr3Mo已不能满足大型支承辊工作的需要。大型轧机支承辊材料发展的趋势是以降低碳含量,增加Cr含量,碳含量在0.4～0.6%之间，Cr含量提高到4-5%之间，添加微量的V元素来细化支承辊心部晶粒，其目的是通过提高Cr含量来提高钢的淬硬层深度。由于络含量高，形成大量硬度高且弥散分布的M₇C₃型碳化物，同时拥有良好的淬透性，从而提高轧辊的耐磨性、抗剥落能力及综合机械性能,满足大型轧机的工作要求。

    大型支承辊制造工艺流程: 备料——粗炼——钢包精炼——真空铸锭——锻造——锻后热处理——粗加工——超声探伤——预备热处理——半精加工——最终热处理——精加工——超声探伤。

传统的热处理工艺：

支承辊的热处理分为两部分：第一部分为锻后热处理。锻后入炉通常在600～650℃待料保温，然后直接升温。采用1次正火处理。其目的是细化晶粒、均匀组织,消除网状碳化物，去除氢气、防止白点产生，得到满意的球化组织。

第二部分为最终热处理。通常采用差温加热方式，淬火时辊身喷雾冷却，辊颈空冷。辊身回火完成后再将辊身包罩，对辊颈回火。其目的是在轧辊表面淬火前对轧辊辊身的差温加热，使得淬火处理后工件内外得到不同的组织，即保证轧辊工作层的硬度，又保证轧辊整体的强度和韧性。

支承辊的传统锻后热处理工艺存在的不足之处为：

（1）锻后入炉通常在600～650℃待料保温，然后直接升温，这样心部降温很慢，且奥氏体转变不充分。

（2）锻后采用1次正火（正火+球化退火+回火）的热处理方式，对支承辊细化晶粒不够充分。对于较大或特大的支承辊，由于冶炼条件、铸锭冷却条件较差、铸态组织晶粒粗大、偏析严重，而且锻造变形较困难，内部晶粒相对粗大，则需增加一次正火和一次过冷，使基体组织更细化，为下道热处理及机械加工工序做好组织准备，此时的组织为细晶粒的球状珠光体。