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冷轧辊工具钢的加工方法

摘要

冷轧辊工具钢的加工方法,它属于冶金技术领域。本发明是冷轧辊工具钢的加工方法,包括如下步骤:步骤1、电弧炉EBT初炼,LF精炼,VD真空除气,浇注成冷轧辊工具钢电极坯料;步骤2、将冷轧辊工具钢电极坯料退火,退火出炉后清理,清理后进行电渣重熔得到冷轧辊工具钢电渣钢锭,将得到的冷轧辊工具钢电渣钢锭再次进行退火,退火出炉后清理,得到冷轧辊工具钢退火钢锭;步骤3、将冷轧辊工具钢退火钢锭装入炉中保温,预热及加热后进行锻造,锻造后进行退火处理,得到冷轧辊毛坯;步骤4、将步骤3得到的冷轧辊毛坯进行光面加工并探伤检验,检验合格后得到冷轧辊辊坯。本发明加工方法生产的产品,碳化物分布细小、弥散,使用寿命长。

著录项

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2018-02-13

    授权

    授权

  • 2017-12-01

    著录事项变更 IPC(主分类):C22C33/04 变更前: 变更后: 申请日:20161223

    著录事项变更

  • 2017-05-24

    实质审查的生效 IPC(主分类):C22C33/04 申请日:20161223

    实质审查的生效

  • 2017-04-26

    公开

    公开

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域;具体涉及一种冷轧辊工具钢的加工方法。

背景技术

近年来,随着冷轧产品向多品种、高强度、薄规格方向发展,用户对冷轧产品质量和使用性能要求越来越高,轧机的控制精度也越来越高,这就要求不断开发新型冷轧辊的材质,以适应轧机和生产的需求。

在冷轧过程中,冷轧辊要承受比热轧辊更大的轧制压力和剧烈摩擦带来剪切应力,而且轧制中经常出现的故障和事故使轧辊受到机械冲击和热冲击,加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题导致瞬间高温,使工作辊产生裂纹、粘辊甚至剥落而报废。为适应这样的工作条件,冷轧辊要具有高的表面硬度、优良的耐磨性和粗糙度保持能力,同时要有好的抗疲劳性能和抗事故性能。另外,随着轧制技术的发展,冷轧辊的工作环境也越来越苛刻,辊身长期处在高负荷、高速度的恶劣工作条件下,因此急需改善冷轧辊的使用性能。

日本三菱钢铁公司开发了一种新型的高铬锻钢冷轧辊,实验证明:铬含量由3%提高到8%~10%,轧辊的耐磨性可提高近两倍,通过调整碳和铬的平衡,还可在较低的淬火温度下获得所需的冷轧工作辊硬度,从而降低断裂敏感性,减少轧辊断裂事故,抗裂性改善,可用于高载荷、高速度冷轧工作辊。但是8%Cr含量的辊坯钢种是在6%Cr含量钢种的基础上,增加V和Mo元素含量,Cr元素含量增加了2%,由于合金含量增加,在电渣钢锭内部易产生严重的成分偏析,钢锭在锻造加工时热塑性性能较差,生产制造难度较大。轧辊辊坯用钢材质本身碳化物网状、带状、液析以及夹杂物、气体、探伤等要求指标都很严格。

发明内容

本发明目的是基于冷轧辊工具钢提供一种提高钢锭合格率、提高产品质量的冷轧辊工具钢的加工方法。

本发明通过以下技术方案实现:一种冷轧辊工具钢的加工方法,包括如下步骤:

步骤1、电弧炉EBT初炼,LF精炼,VD真空除气,浇注成冷轧辊工具钢电极坯料;

步骤2、将步骤1制成的冷轧辊工具钢电极坯料退火,退火出炉后清理,清理后进行电渣重熔得到冷轧辊工具钢电渣钢锭,将得到的冷轧辊工具钢电渣钢锭再次进行退火,退火出炉后清理,得到冷轧辊工具钢退火钢锭;

步骤3、将步骤2中得到的冷轧辊工具钢退火钢锭装入加热炉中保温,预热、加热后进行锻造,锻造后进行退火处理,得到冷轧辊毛坯;

步骤4、将步骤3得到的冷轧辊毛坯进行光面加工及探伤检验,检验合格后得到冷轧辊辊坯。

本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤1中真空精炼保持真空度为67帕以下,保持时间15min,破真空后通氩气15min;步骤2中电渣重熔的加热温度为1650℃~1750℃,加热时间为10~20h;步骤2中退火温度为840~860℃,退火时间为20~25h。

本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤3中锻造方法包括如下步骤:

步骤a:将加热后的冷轧辊工具钢钢锭置于下平台上,冷轧辊工具钢钢锭的最后补缩端面朝上,然后在冷轧辊工具钢钢锭的上面放置一块弧形镦粗板进行镦粗,在压下量为冷轧辊工具钢退火钢锭原高度的22%~25%时,停顿5s~10s,再继续镦粗至冷轧辊工具钢钢锭原高度的35%~40%,然后将变形后的冷轧辊工具钢钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃~1200℃,保温时间4h~6h,得到变形钢锭;步骤a采用弧形镦粗板对电渣钢锭进行镦粗,可解决电渣钢锭内部缩孔被压入内部加深问题,可减少钢锭端部切除量,以提高产品的成材率,在镦粗过程时采取停顿操作,可使电渣钢锭内部恢复再结晶以提高塑性,避免钢锭内部产生裂纹,提高产品合格率达到95%;

步骤b:采用上平型砧、下V型砧方式,将步骤a得到的变形钢锭进行拔长,单边压下量30mm~40mm,总变形率在15%~20%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃~1200℃,保温时间9h~10h,得到变形钢锭b;镦粗后拔长时采用单边30mm~40mm小压下量轻度锻打,可减少钢锭表面裂纹,同时碳化物得到一定程度的破碎,避免钢锭内部过热,提高产品合格率达到95%,减少废品量;

步骤c:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭b继续进行拔长,单边压下量60mm~70mm,总变形率在20%~25%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃~1180℃,保温时间4h~6h,得到变形钢锭c;钢锭第一次被拔长后,返回加热炉进行加热,加热温度下降20℃,以避免产生后续锻造加工时出现钢锭内部过热现象,提高产品合格率达到95%,减少废品量;

步骤d:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭c继续进行拔长,拔长至钢锭中间辊身的一段长度的直径到工艺要求尺寸加45mm余量,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃~1180℃,保温时间4h~6h,得到变形钢锭d;在锻造辊身时增加余量,可为后续加工提高一定的压缩比,提高产品合格率达到95%;

步骤e:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭d的一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4秒钟,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃~1180℃,保温时间60min~70min,得到变形钢锭e;辊颈与辊身分开锻造加工,可避免辊颈处因晶粒粗大而得不到压力破碎,提高产品合格率达到95%;

步骤f:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭e的另一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4s,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃~1180℃,保温时间60min~70min,得到变形钢锭f;

步骤g:采用上平型砧、下V型砧方式,对变形钢锭f的表面及平直度进行修整,达到工艺要求,终锻温度控制在850℃~900℃,得到冷轧辊工具钢变形钢锭。

本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤3中锻后退火温度是两个温度区间,首先在870~890℃的温度下退火12~16h,然后再730~750℃的温度下退火20~25h。

本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,所述的步骤b中加热炉进行加热,加热温度1200℃,保温时间10h;所述的步骤c中加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间6h;钢锭第一次被拔长后,返回加热炉进行加热,加热温度相比于第一次拔长下降20℃,以避免产生后续锻造加工时出现钢锭内部过热现象,提高产品合格率达到95%,减少废品量。

本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,所述的冷轧辊工具钢中Cr含量是8%。本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法,生产出性能突出的8%Cr含量的辊坯,球化组织达到2~3级,碳化物网状≤2.0级,碳化物带状、碳化物液析≤1.0级,非金属夹杂物总和≤2.0级,探伤合格率由原来的75%提高到95%。本发明所述的冷轧辊工具钢的加工方法生产的产品,碳化物分布细小、弥散,使用寿命长。

附图说明

附图1是本发明中的冷轧辊工具钢的球化组织的金相图片;

附图2是本发明中的冷轧辊工具钢的碳化物带状组织的金相图片;

附图3是本发明中的冷轧辊工具钢的碳化物液析组织的金相图片;

附图4是本发明中的冷轧辊工具钢的碳化物网状组织的金相图片。

具体实施方式

具体实施方式一:

一种冷轧辊工具钢的加工方法,包括如下步骤:

步骤1、电弧炉EBT初炼,LF精炼,VD真空除气,浇注成冷轧辊工具钢电极坯料;

步骤2、将步骤1制成的冷轧辊工具钢电极坯料退火,退火出炉后清理,清理后进行电渣重熔得到冷轧辊工具钢电渣钢锭,将得到的冷轧辊工具钢电渣钢锭再次进行退火,退火出炉后清理,得到冷轧辊工具钢退火钢锭;

步骤3、将步骤2中得到的冷轧辊工具钢退火钢锭装入炉中保温,预热及加热后进行锻造,锻造后进行退火处理,得到冷轧辊毛坯;

步骤4、将步骤3得到的冷轧辊毛坯进行光面加工及探伤检验,检验合格后得到冷轧辊辊坯。

本实施方式步骤1中真空精炼保持真空度为67帕以下,保持时间15min,破真空后通氩气15min;

本实施方式步骤2中电渣重熔的加热温度为1750℃,加热时间为20h;步骤2中退火温度为860℃,退火时间为25h。

本实施方式中步骤3中锻后退火温度是两个温度区间,首先在890℃的温度下退火13h,然后再750℃的温度下退火22h。

具体实施方式二:

根据具体实施方式一所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤3中锻造方法包括如下步骤:

步骤a:将加热后的冷轧辊工具钢钢锭置于下平台上,冷轧辊工具钢钢锭的最后补缩端面朝上,然后在冷轧辊工具钢钢锭的上面放置一块弧形镦粗板进行镦粗,在压下量为冷轧辊工具钢钢锭原高度的22%时,停顿5s,再继续镦粗至冷轧辊工具钢钢锭原高度的35%,然后将变形后的冷轧辊工具钢钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间4h,得到变形钢锭;

步骤b:采用上平型砧、下V型砧方式,将步骤a得到的变形钢锭进行拔长,单边压下量30mm,总变形率在15%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间9h,得到变形钢锭b;

步骤c:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭b继续进行拔长,单边压下量60mm,总变形率在20%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃,保温时间4h,得到变形钢锭c;

步骤d:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭c继续进行拔长,拔长至钢锭中间辊身的一段长度的直径到工艺要求尺寸加45mm余量,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃,保温时间4h,得到变形钢锭d;

步骤e:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭d的一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4秒钟,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃,保温时间60min,得到变形钢锭e;

步骤f:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭e的另一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4s,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1160℃,保温时间60min,得到变形钢锭f;

步骤g:采用上平型砧、下V型砧方式,对变形钢锭f的表面及平直度进行修整,达到工艺要求,终锻温度控制在850℃,得到冷轧辊工具钢变形钢锭。

本实施方式中8%Cr含量的辊坯钢种是在6%Cr含量钢种的基础上,增加V和Mo元素含量,Cr元素含量增加了2%,由于合金含量增加,在电渣钢锭内部易产生严重的成分偏析,钢锭在锻造加工时热塑性性能较差,生产制造难度较大。轧辊辊坯用钢材质本身碳化物网状、带状、液析以及夹杂物、气体、探伤等要求指标都很严格。根据此钢种自身特性,合理制定电渣钢锭在锻造加工前高温均质化温度和时间,在锻造加工时采用“轻-重-轻”的锻造方式,即电渣钢锭在初始阶段锻造时要轻度锻打,在碳化物得到一定程度的破碎后,再大压下量锻造,镦粗后拔长时采用单边30mm小压下量轻度锻打,待返炉保温后出炉拔长时可单边60mm大压下量重度锻打。

本实施方式所述的冷轧辊工具钢的加工方法,生产出性能突出的8%Cr含量的辊坯,本发明制备的冷轧辊工具钢的金相图片如附图1、附图2、附图3、附图4所示,球化组织达到2级,碳化物网状≤2.0级,碳化物带状、碳化物液析≤1.0级,非金属夹杂物总和≤2.0级,探伤合格率由原来的75%提高到95%。

具体实施方式三:

根据具体实施方式一所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤3中锻造方法包括如下步骤:

步骤a:将加热后的冷轧辊工具钢退火钢锭置于下平台上,冷轧辊工具钢钢锭的最后补缩端面朝上,然后在冷轧辊工具钢钢锭的上面放置一块弧形镦粗板进行镦粗,在压下量为冷轧辊工具钢钢锭原高度的25%时,停顿10s,再继续镦粗至冷轧辊工具钢退火钢锭原高度的40%,然后将变形后的冷轧辊工具钢钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1200℃,保温时间6h,得到变形钢锭;

步骤b:采用上平型砧、下V型砧方式,将步骤a得到的变形钢锭进行拔长,单边压下量40mm,总变形率在20%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1200℃,保温时间10h,得到变形钢锭b;

步骤c:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭b继续进行拔长,单边压下量70mm,总变形率在25%,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间6h,得到变形钢锭c;

步骤d:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭c继续进行拔长,拔长至钢锭中间的一段长度(辊身)的直径到工艺要求尺寸加45mm余量,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间6h,得到变形钢锭d;

步骤e:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭d的一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4秒钟,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间70min,得到变形钢锭e;

步骤f:采用上平型砧、下V型砧方式,将变形钢锭e的另一端辊颈进行高温停锻拔长,所述的高温停锻拔长是上平型砧在接触到变形钢锭d时停顿4s,然后再拔长,将所述的变形钢锭d的一端辊颈直径拔长到工艺要求尺寸,然后将变形完的钢锭返回加热炉进行加热,加热温度1180℃,保温时间70min,得到变形钢锭f;

步骤g:采用上平型砧、下V型砧方式,对变形钢锭f的表面及平直度进行修整,达到工艺要求,终锻温度控制在900℃,得到冷轧辊工具钢变形钢锭。

本实施方式采用弧形镦粗板对电渣钢锭进行镦粗,可解决电渣钢锭内部缩孔被压入内部加深问题,可减少钢锭端部切除量;在镦粗过程时采取停顿操作,可使电渣钢锭内部恢复再结晶以提高塑性,避免钢锭内部产生裂纹;镦粗后拔长时采用单边40mm小压下量轻度锻打,可减少钢锭表面裂纹,同时碳化物得到一定程度的破碎,避免钢锭内部过热;钢锭第一次被拔长后,返回加热炉进行加热,加热温度下降20℃,以避免产生后续锻造加工时出现钢锭内部过热现象;在锻造辊身时增加余量,可为后续加工提高一定的压缩比;辊颈与辊身分开锻造加工,可避免辊颈处因晶粒粗大而得不到压力破碎,以提高产品合格率。

本实施方式所述的冷轧辊工具钢的加工方法,生产出性能突出的8%Cr含量的辊坯,球化组织达到2级,碳化物网状≤2.0级,碳化物带状、碳化物液析≤1.0级,非金属夹杂物总和≤2.0级,探伤合格率由原来的75%提高到95%。

具体实施方式四:

根据具体实施方式一所述的冷轧辊工具钢的加工方法,步骤1中EBT粗炼+LF精炼+VD真空脱气,针对8%Cr含量辊坯的成品化学成分要求,并考虑进行电渣重熔时易烧损元素的烧损量,首先设定了该钢种的内控坯料成分。8%Cr含量辊坯用钢的冶炼选择炉料时要严格控制有害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi含量。P及温度合适时全扒渣,且保证足够的扒渣量。当脱氧良好,渣子变白,出钢温度合适时出钢,出钢同时吹氩。钢包到LF精炼位后给电升温,加热一定时间后取样,根据分析结果调整成分符合要求。当钢液温度适宜,渣子白、脱氧良好后进行真空精炼。真空度67帕以下,保持15分钟,破真空后弱吹氩15分钟。浇注电极坯料,在生产过程中选择合适的浇铸温度和浇铸速度。电极坯料退火,退火出炉后清理,进行电渣重熔。

具体实施方式五:

根据具体实施方式一所述的冷轧辊工具钢的加工方法,电渣重熔时,首先加强对渣料的烘烤,确保渣料的加热温度和加热时间;且在化渣时,渣料要均匀地分批加入,以保证化渣质量,渣化清后方可进入精炼期。尤其要注意补缩期操作的控制,以保证实现缩孔深度最小、体积最小,提高电渣锭的成材率。电渣重熔过程中根据锭型大小合理的控制熔化速率,保证熔化速率均衡稳定。电渣锭退火处理,退火后进行清理取样,然后转到锻造厂进行加热、锻造工序。

具体实施方式六:

根据具体实施方式一所述的冷轧辊工具钢的加工方法,电渣锭装入待料炉加热,在升至锻造温度后,进行高温均质化处理,其目的是为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性,加热保温后进行锻造。8%Cr含量钢其锻造特性要比6%Cr含量的差一些。采用镦粗、拔长的锻造方式,满足锻造比≥3的要求,充分破碎粗大的树枝状碳化物。温度低于900℃时可对钢锭进行小压下量修整。锻造过程中关键控制高温扩散的温度和保温时间、锻造每火次的返炉保温温度和时间、每火次的变形量和终锻温度的控制。

锻后热处理是预备热处理,其重点是要完成三个任务:一是消除网状碳化物,二是消除应力软化组织得到球状珠光体组织,三是要降低钢中氢含量,防止白点的产生;因此热处理工艺曲线也由三个部分组成:正火+球化退火+扩氢退火。球化退火工艺由两段组成。8%Cr含量辊坯锻造时始锻温度一般在1160℃~1180℃之间,终锻温度控制在850℃~900℃之间,在900℃以下对钢锭进行小压下量修整,不允许有大变形量。

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