大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种辊套及其制造方法，具体的说是一种大型锻造合金钢支承辊辊套 及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件。大型锻钢支承辊 是一种将巨大的压力通过支承辊的辊颈将轧制力作用到辊身传递到轧件的工具。支承辊在 工作过程中要承受很大的轧制应力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂、断带等问题，其工作条件 恶劣，长期与工作辊或中间辊接触，容易导致磨损严重、接触应力大，使得支承辊受到巨大 疲劳接触应力，容易造成裂纹、粘辊、剥落甚至报废。由于锻钢支承辊在工作过程中所受应 力极大，支承辊表面常产生剥离、掉块、磨损等失效形式，因此要求其表面具备相当高的硬 度、耐磨性和抗接触疲劳。总之，大型锻钢支承辊不仅要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂 韧性和机械和热冲击强度，也要有抵抗因弯曲应力、扭转应力和剪切应力引起的开裂和剥 落的能力等。
[0003] 在当前国内外市场上用来制造冷、热轧支承辊的材料主要是Cr3、Cr4和Cr5系列。 Cr3系列大多用于小型轧机以及部分装备水平较差的可逆轧机；Cr4系列轧辊大多用于可 逆冷、热轧机以及部分大型冷、热轧机；目前Cr5系列是中国锻钢支承辊的主流材质，大多 数冷、热连轧机以及单机架可逆冷、热轧机基本全部采用整体常规Cr5系列支承辊。
[0004] 随着汽车、家电、电子等行业的高速发展，对薄板及硅钢片的质量要求在不断提 高，对支承辊的质量要求也越来越高。带材平直度和宽度方向上的厚度均匀性控制，关键在 于能够及时补偿板带材轧制时产生的挠度，一般主要借助于原始辊身凸度和弯辊系统来控 制，但这些方法效果有限，难于处理带材尺寸和材质变化所引起的挠度变化。
[0005] 为此国外陆续在板带轧机的支承辊上采用可变凸度装置，简称VC辊系统，装备VC 辊的轧机称作为VC轧机。通过实践的摸索和掌握，证明它能够有效的控制板带材板型和辊 型，即轧辊凸度可以动态改变。VC轧辊实际上是一种组合式轧辊，在辊芯和辊套之间设有储 油室，辊芯通过旋转接头从高性能的液压系统接收高压油来进行辊套辊型调节，当油压连 续变化时，就会在辊面上获得连续的凸度变化，实现板形控制。因此，VC轧辊可以极佳的嵌 入自动板型控制（AFC)中。VC轧辊生产的核心环节是支承辊辊套的生产。同时，为了节约 社会资源，对于支承辊辊身工作层已经使用完的轧辊采用镶套方法进行再利用，既有利于 降低生产成本，又有利于将有限的合金资源用在关键部位，提升支承辊使用性能。
[0006] 随着对支承辊辊套耐磨性、抗接触疲劳能等综合性能要求的不断提高，为得到更 高的综合使用性能，不仅要提高支承辊材料合金化水平，也要关注辊套制作过程中的残余 应力及组织分布更加合理。目前，支承辊辊套在制造过程中采用常规材质及工艺生产，常规 锻造辊套在支承辊生产中用途有限，只能用于制造部分一般用途的小型支承辊，无法满足 大型支承辊的使用要求。
【发明内容】
[0007] 本发明需要解决的技术问题是提供一种大型锻造合金钢支承辊辊套及其制造方 法，该支承辊辊套具有高耐磨性、高接触疲劳性能和高组织稳定性。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0009] 一种大型锻造合金钢支承辊辊套，所述辊套的化学组分及其质量百分含量为： C 0. 40 ?0. 80%，Si 0. 20 ?1. 20%，Mn 0. 20 ?1. 00%，Cr 3. 00 ?8. 00%，M〇0. 15 ? 1. 50%，V 0? 05 ?0? 40%，Ni < 0? 80%，P < 0? 02%，S < 0? 02%，其余为 Fe 和不可避免 的杂质。
[0010] 本发明的进一步改进在于：所述辊套的化学组分及其质量百分含量为：
[0011] C0. 40 ?0? 60%，Si 0? 60 ?1. 00%，Mn 0? 60 ?1. 00%，Cr 4. 50 ?6. 00%， M〇0. 80 ?1. 40%，V 0? 10 ?0? 30%，Ni 彡 0? 80%，P 彡 0? 02%，S 彡 0? 02%。其余为 Fe 和不可避免的杂质。
[0012] 本发明的进一步改进在于：所述辊套的表层硬度为55?75HSD，残余压应力分布 为-100 ?-500MPa。
[0013] 一种大型锻造合金钢支承辊辊套的制造方法，包括以下工艺步骤：
[0014] A、炼制钢锭
[0015] 将原料在电弧炉中进行初步熔炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中对钢水精 炼，钢水精炼完成后，t吴铸成钢徒；
[0016] B、锻造辊套坯
[0017]将步骤A制得的钢锭加热至1160?1240°C，保温4?12h，然后锻造制成辊套坯；
[0018] C、预备热处理
[0019] 对辊套坯进行预备热处理，先加热至880?980°C，保温4?10h后吹风冷却至 300?450°C ;然后进行回火处理，回火温度为600?710°C，回火保温时间8?30h ;
[0020] D、机加工和最终热处理
[0021] 将辊套坯进行粗加工，经超声波探伤检验合格之后进行半精加工；对半精加工的 辊套表层进行感应加热淬火，淬火温度为980?1KKTC，淬火加热时间0. 2?lh;然后再将 半精加工辊套进行回火处理，回火温度450?550°C，回火保温时间8?12h，然后空冷至室 温；最后按所需尺寸对辊套进行精加工，制成大型锻造合金钢支承辊辊套辊套。
[0022] 本发明的进一步改进在于：所述步骤A中，精炼温度为多1580°C，精炼时间为4? 8h〇
[0023] 本发明的进一步改进在于：所述步骤D中的回火处理重复两次，两次回火保温时 间共计15?30h。
[0024] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0025]本发明提供了一种大型锻造合金钢支承辊辊套。在辊套的化学组分中，Cr增加了 钢的淬透性，提高了钢的硬度和耐磨性而且不会使钢变脆;Mo提高了钢的淬透性、热强性、 组织稳定性，防止回火脆性，提高抗接触疲劳性能，增加了钢对变形、开裂和磨损等的抗力。 本发明Cr、Mo、V等碳化物形成元素的含量较高，形成的少量细小弥散分布的高硬度碳化物 M 〇2C、VC赋予了材料良好的热处理工艺性能，基体在高温回火下得到高硬度并具有极高的 组织稳定性，保证了大型锻造合金钢支承辊辊套辊具有优异的抗接触疲劳性能、耐磨性、辊 型保持能力，因而可使复合支承辊满足高精度板材的轧制需要，复合支承辊在的工作过程 中接触疲劳性能、辊型保持能力、抗机械及热冲击性能明显优于常规支承辊，特别是在可变 凸度复合支承辊用套方面性能优异。
[0026] 采用本发明材料制得的辊套，其辊套表层硬度为55?75HSD，内层硬度为35? 45HSD具有优异的抗接触疲劳性、耐磨性和高组织稳定性。在事故率较高的轧机上应用， 其综合使用性能明显提高；支承辊辊套具有优异的耐磨损性能，在连轧机后架及平整机及 VC轧机上应用，提高板带材产品质量和生产效率，大大降低了生产成本，充分利用有限的资 源，实现绿色循环发展。
[0027] 本发明的辊套制造方法为钢锭采用均匀定向快速凝固方式，避免了钢锭凝固不 佳，提高了钢锭质量。热处理方法保证了辊套的性能，其淬火、回火的温度和时间，使支承辊 辊套具有最佳机械性能和使用性能。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
[0029] -种大型锻造合金钢支承辊辊套，其化学组分及其质量百分含量为：C0. 40? 0. 80%，Si 0. 20 ?1. 20%，Mn 0. 20 ?1. 00%，Cr 3. 00 ?8. 00%，Mo 0. 15 ?1. 50%，V 0. 05?0. 40%，Ni彡0. 80%，P彡0. 02%，S彡0. 02%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0030] 上述化学组分及其质量百分含量可以进一步优选为：C0. 40?0. 60%，SiO. 60? 1.00%，Mn 0.60 ?1.00%，Cr 4. 50 ?6.00%，Mo 0.80 ?1.40%，V 0.10 ?0.30%， Ni彡0.80%，P彡0.02%，S彡0.02%。其余为Fe和不可避免的杂质。
[0031] 实施例1
[0032] 一种大型锻造合金钢支承辊辊套，所述辊套的化学组分及其质量百分含量设计目 标为：C 0.45 ?0.55%，Si 0.50 ?0.70%，Mn 0.60 ?0.80%，Cr 4. 80 ?5. 80%，Mo 0? 80 ?1. 20%，V0. 20 ?0? 30%，Ni 彡 0? 4%，P 彡 0? 02%，S 彡 0? 02%，其余为 Fe 和不可 避免的杂质。
[0033] 所述辊套的制作方法包括以下工艺步骤：
[0034] A、炼制钢锭
[0035] 将所需原料在电弧炉中进行初步冶炼，熔炼完成后将钢水置于LF精炼炉中，开始 对钢水进行精炼，LF精炼温度为1600?1800°C，精炼时间6h。当钢水精炼完毕后，采用模 铸形式饶注成钢锭。
[0036] 对钢锭进行化学组分分析，得到钢锭的化学组分及其质量百分含量为：C0. 51%， Si 0.60%，Mn 0.72%，Cr 5. 2%，Mo 0.90%，V 0.22%，P 0.02%，S 0.02%，其余为 Fe 和 不可避免的杂质。
[0037] B、锻造辊套坯
[0038] 将步骤A得到的钢锭加热至1230°C，保温6h后出炉；然后将钢锭锻造成辊套坯。
[0039] C、预备热处理
[0040] 将辊套坯先加热至980°C，保温4h后吹