一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，冷轧 工作辊及其制造方法

摘要

本发明公开了一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，冷轧工作辊及其制造方法。所述冷轧工作辊材质的化学组分及含量为：C：0.6～0.8wt％；Si：0.6～1.5wt％；Mn：0.6～1.5wt％；Cr：4.0～6.0wt％；Mo：0.5～2.0wt％；V：0.5～1.0wt％；P≤0.020wt％；S≤0.015wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。其制造工艺流程包括：电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重溶→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。本发明的新型冷轧工作辊，在5％Cr材质的基础上优化合金元素配比，采用短时高温固溶调质热处理工艺，提高了冷轧工作辊的辊体强度和耐磨性能，能够满足高强度冷轧带钢的生产需求。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，本发明涉及一种冷轧工作辊及其制造方法，更具体涉及一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，冷轧工作辊及其制造方法。 

背景技术

随着汽车、家电、食品等行业的高速发展，高强钢系列产品已经成为钢铁企业构建冷轧精品的重要组成部分，其主要特点为：成品带钢屈服强度高达1400MPa，最高抗拉强度达到1600MPa。这使得轧制产品的高强度对冷轧工作辊的性能提出了更高的要求，使得高强钢轧制用冷轧工作辊的选用成为难题。 

当前国内市场上使用的高端冷轧工作辊用钢主要为5％Cr材质系列，其性能能够满足大部分普通板材的轧制需求。但在轧制高强钢时，由于轧辊辊体强度不够，在板形控制能力上较弱，从而影响了产品质量。另一方面，由于耐磨性能较差，不能满足高强钢正常轧制的需求，导致换辊周期缩短，生产效率低下，影响了机组产能发挥，成为制约冷轧高强度板材生产的瓶颈。 

专利公开号为“CA1282983C”的中国发明专利其Cr含量较低，使得其所能得到的淬硬层深度不够，且Mo、V的含量较低不能够形成有利于耐磨的特殊碳化物；专利公开号为“JP2000246315A”的发明专利其C含量较低，Cr、Mo含量相对较高，使得马氏体基体不能达到最佳的硬度和强度；专利公开号为“JP5148585A”和“JP7034188A”的发明专利其C含量偏高，形成的基体以孪晶马氏体为主，使得冷轧辊的韧性不够；而专利公开号为“JP10317102A”、“JP9041091A”、“JP2002285284A”、“JP1208437A”和“JP2001279366A”的发明专利其不仅C含量偏高，Cr、Mo或其他合金元素(V、W等)均有偏高，不利于较大规格冷轧辊的锻造，在制造上存在一定难度，其中专利公开号为“JP2001279366A”的发明专利其冷轧辊的制造方法为新日铁受专利保护的连续电渣熔铸工艺(CPC)，非传统锻造工艺。上述各专利文献的比较示于表1。 

由上可见，目前用于高强钢轧制的现有冷轧工作辊暴露出的主要问题是耐磨损性能较差和辊体强度不够，而耐磨性能、强度等性能指标与材料的微观组织有着紧密的 联系，通过对轧辊材质的改进和热处理工艺的优化，能够改善材料的微观组织，提高轧辊的耐磨性能并实现强度和韧性的最佳匹配。 

表1相关专利化学成分(质量百分比，wt.％) 

发明内容

为克服所述问题，本发明目的是，提供一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，本发明的另一目的在于，提供一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊，本发明的再一目的在于，提供一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊冷轧工作辊及其用钢的制造方法，以满足高强钢冷轧轧制生产的需求，提升产品质量，提高生产效率。 

本发明的技术方案如下： 

一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，其材质的化学组分及含量为：C：0.6～0.8wt％；Si：0.6～1.5wt％；Mn：0.6～1.5wt％；Cr：4.0～6.0wt％；Mo：0.5～2.0wt％；V：0.5～1.0wt％；P≤0.020wt％；S≤0.015wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。 

基于此，本发明的冷轧工作辊新材质在5％Cr系列冷轧工作辊的基础上，降低了C元素的含量(0.6～0.8wt％)，确保基体硬度和强度的同时得到有利于提高韧性的板条马氏体组织；同时提高了Si、Mn元素的含量(Si：0.6～1.5wt％；Mn：0.6～1.5wt％)，此类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在于轧辊的基体之中，能够显著提高轧辊的基体强度；并提高了Mo、V等强碳化物形成元素的含量(Mo：0.5～2.0wt％；V：0.5～1.0wt％)，使M₇C₃型碳化物的合金(Cr、Mo、V)配比更高，提高了M₇C₃型碳化物的硬度，同时还形成了部分富V的MC型碳化物，此类碳化物硬度更高，尺寸更小，弥散分布在马氏体基体之中，能够有效地提高轧辊的耐磨性能。此外，出于经济性考虑，新材质中取消了昂贵的Ni元素，其在冷轧工作辊中所起到的提高淬透性和强度等功能可由其它元素(Mn、Mo等)弥补。 

根据本发明的用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢，一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢的制造方法，包括：电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品，其特征在于，在炉外精炼之后附加电渣重溶工艺。 

根据本发明的用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢的制造方法，其特征在于，上述工艺流程中，所述预备热处理包括正火、扩氢退火和球化退火，球化退火工艺为：≤400℃入炉→升温至850～880℃保温→炉冷至700～740℃保温→炉冷至≤300℃出炉空冷。 

根据本发明的用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢的制造方法，其特征在于，上述工艺流程中，所述调质热处理包括高温固溶淬火和高温回火，调质热处理工艺为：1000～1100℃短时高温固溶3～8h后油淬和630～700℃高温回火。 

上述工艺流程中，所述调质热处理工艺为：1000～1100℃短时高温固溶3～8h，视轧辊直径和调质层深度而定，而传统调质热处理淬火保温时间为10h以上。 

根据本发明的用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢的制造方法，其特征在于，上述工艺流程中，所述最终热处理包括双频感应淬火和低温回火，最终热处理工艺为：1000～1050℃淬火和120～180℃低温回火。 

本发明的新型冷轧工作辊，在5％Cr材质的基础上优化合金元素配比，采用短时高温固溶调质热处理工艺，提高了冷轧工作辊的辊体强度和耐磨性能，能够满足高强度冷轧带钢的生产需求。 

附图简单说明

图1为本发明的用于高强钢轧制的冷轧工作辊辊面硬度测试位置示意图。 

具体实施方式

实施例1-5 

现按表2所示化学成份分别实施本发明的新型冷轧工作辊用钢及工作辊。 

表2本发明冷轧工作辊的化学成份(wt.％) 

   C   Si   Mn   Cr   Ni   Mo   V   P   S   对照材质   0.85   0.40   0.35   5.00   0.35   0.35   0.15   0.013   0.006   实施例1   0.78   0.68   0.63   5.21   -   1.03   0.47   0.012   0.005   实施例2   0.73   0.81   0.71   5.11   -   1.10   0.51   0.014   0.005   实施例3   0.76   0.90   0.73   5.55   -   1.22   0.53   0.012   0.007   实施例4   0.75   0.85   0.92   5.94   -   1.35   0.49   0.013   0.005   实施例5   0.69   0.83   0.81   5.76   -   1.47   0.41   0.014   0.006

工艺路线如下： 

电炉冶炼→炉外精炼→真空脱气→浇注电极棒→电渣重溶→铸锭→锻造→预备热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→最终热处理→精加工→成品。 

预备热处理中的球化退火工艺为：≤400℃入炉→升温至850～880℃保温→炉冷至700～740℃保温→炉冷至≤300℃出炉空冷； 

调质热处理工艺为：1000～1100℃短时高温固溶(3～8h)后油淬和630～700℃高温回火； 

最终热处理工艺为：1000～1050℃淬火和120～180℃低温回火。 

在实施例1-5中，调质热处理、最终热处理的工艺参数如表3所示。 

表3调质及最终热处理的工艺参数 

   油淬℃/固溶时间h   高温回火℃   感应淬火℃   低温回火℃   对照材质   950/15   620   980   120   实施例1   1040/4   650   1020   120   实施例2   1000/8   630   1050   180   实施例3   1020/6   650   1000   150   实施例4   1050/4   680   1040   180   实施例5   1060/3   680   1020   180

在实施例1-5中，按上述材质和生产工艺制作新型冷轧工作辊，工艺稳定性和加工性能均能够满足要求。成品检验实施例新型冷轧工作辊辊面硬度均大于95HSD，耐磨性能较5％Cr系列冷轧工作辊提高50％以上；辊颈抗拉强度均大于1000MPa，较5％Cr系列冷轧工作辊提高10％以上；V型缺口冲击功达到15J，能够满足高强钢冷轧轧制生产的需要。 

另外，实施例成品冷轧工作辊的辊面硬度如表4所示，采用肖氏硬度计，测试位置如图1所示，共测量四条母线取平均值。 

表4实施例成品辊的辊面硬度(HSD) 

   测点1   测点2   测点3   测点4   测点5   对照材质   96   98   97   98   97   实施例1   95   98   98   98   97   实施例2   96   98   96   97   98   实施例3   97   98   97   98   98   实施例4   97   98   98   97   98   实施例5   98   97   99   99   97

根据本发明的新型冷轧工作辊，在5％Cr材质的基础上优化合金元素配比，采用短时高温固溶调质热处理工艺，提高了冷轧工作辊的辊体强度和耐磨性能，能够满足高强度冷轧带钢的生产需求。