具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铸轧辊套及其制造方法，尤其是一种铝铸轧辊套及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 铝铸轧过程是把熔融铝液通过铸嘴浇入一对转向相反、内部通冷却水的铸轧辊之 间，在这对辊缝中完成浇铸、冷却、结晶、凝固、乳制和出坯等一系列的工艺过程。铝铸轧轧 辊通常采用中部为辊芯、外层为辊套、中间通冷却液的复合式结构。
[0003] 在铸轧过程中，铸轧辊套辊面与铝液接触，内部通过冷却液进行强制冷却，铸轧辊 套既要承受铝液凝固而作用于辊面上的热应力，又要承受对凝固坯热加工所引起的金属变 形抗力。由于恶劣的工作条件，铸轧辊套表面容易产生热裂纹，铸轧辊套使用寿命较短，如 果冷却系统发生故障或因立板时轧辊预热不好等问题，将会使热应力的影响更为严重。同 时，铝铸轧辊制造工序复杂，加工周期长，且价格昂贵。因此，如何延长铸轧辊的使用寿命， 降低铸轧生产成本，是铝加工业很重视的课题。
[0004] 由于传统材质32Cr3MolV、PCrNi3Mo受制造水平及合金成分限制，使用寿命为 3000~5000吨。随着铸轧铝后道轧制工序产品升级及轧制要求更严，合金更高、铸轧铝板 更薄、立板次数更多及轧制冲击力更大，导致现有材质辊套主要失效形式为龟裂纹、局部辊 面塌陷、辊套断裂等，所以需分析缺陷产生的主要原因、确定产品性能的关键参数，具体分 析如下：
[0005] 1、辊套在使用过程中经受周期性载荷和热应力作用，经过一定时间后引起表面疲 劳而产生的微裂纹，随着疲劳积累，裂纹不断延伸，并向内部深层拓展，严重时表面形成网 状裂纹，故要求辊套具备较高的冷热疲劳寿命，确定研宄冷热疲劳性能及裂纹扩展速率。
[0006] 2、轧制中存在立板不成功现象，主要为操作原因及辊套本身导热速度慢，同时导 热速度影响到轧制速度，因此确定研宄热导率。
[0007] 3、辊套表面塌陷，主要为装配应力及材料本身特点造成，对材料本身来言，长时间 的高温作用导致蠕变，如何降低蠕变可能性，需选取耐热钢及提高钢本身的高温强度，同时 由于辊套内部存在较大的温度差，辊套内部产生变形量，产生较大应力，需研宄高温强度。
【发明内容】
[0008] 本发明需要解决的技术问题是提供一种具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套及其制 造方法，该辊套具有较大的高温强度及较好的抗热疲劳性能，能够减少热疲劳裂纹的产生 及扩张，延长铸轧辊套的使用寿命。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0010] 具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，所述辊套的化学组分及重量百分含量为： C 0. 25 ~0. 35 ;Si 0. 20 ~0. 80 ;Mn 0. 30 ~0. 70 ;Cr 2. 80 ~3. 80 ;Mo 1. 20 ~2. 00 ; V0. 10 ~0· 30 ;Ni 0· 05 ~0· 50 ;Nb 0· 05 ~0· 50 ;S 彡 0· 015 ;P 彡 0· 015 ;其余为 Fe 和不 可避免的杂质。
[0011] 本发明的进一步改进在于：所述辊套的化学组分及重量百分含量为：CO. 25~ 0. 35 ;Si 0. 28 ~0. 56 ;Mn 0. 35 ~0. 52 ;Cr 2. 88 ~3. 52 ;Mo 1. 25 ~1. 80 ;V 0. 12 ~ 0· 28 ;Ni 0· 10 ~0· 17 ;Nb 0· 15 ~0· 34 ;S 彡 0· 015 ;P 彡 0· 015 ;其余为 Fe 和不可避免的 杂质。
[0012] 本发明的进一步改进在于：所述辊套的表面硬度为380HB~460HB。
[0013] 本发明还公开了所述的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套的制造方法，包括下列工 艺步骤：
[0014] ①炼制钢材，配制钢材原料，采用电弧炉进行初步熔炼，再用LF/VD精炼炉进行 钢水精炼，冶炼过程按照各化学组分及含量添加微量元素进行微合金化处理，浇铸制得钢 锭；
[0015] ②锻造辊套毛坯，对钢锭加热到锻造温度后进行锻造，车削加工成辊套毛坯；
[0016] ③对毛坯进行性能热处理，在淬火温度下对毛坯进行加热，保温一定时间后进行 水淬；
[0017] ④对性能热处理后的毛坯进行回火处理。
[0018] 本发明的进一步改进在于：所述步骤①中的初步熔炼温度为1600~1650°C，钢水 精炼温度为1590~1630°C，浇注温度为1530~1550°C。
[0019] 本发明的进一步改进在于：所述步骤②中的锻造温度为1200~1260°C。
[0020] 本发明的进一步改进在于：所述步骤③中的淬火温度为880~930°C，保温时间为 3~6小时。
[0021] 本发明的进一步改进在于：所述步骤中④中回火温度为600~650°C，回火时间为 10~18小时。
[0022] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0023] 本发明的具有抗热疲劳性能的铝铸轧辊套，具有良好的导热性，从而尽可能地减 小热应力；具有较高的高温强度，能抵抗高温变形；具有较高的抗热疲劳性能，减少热疲劳 裂纹产生及扩展，延长铸轧辊套使用寿命，从而延长铸轧辊套在机轧制时间，降低铸轧成 本。经生产实践证明，在使用条件和承受载荷相同的情况下，本发明的辊套能够经受周期性 载荷和热应力作用，使用寿命比原有普通铸轧辊套提高了 50%以上。
[0024] 本发明的铝铸轧辊套的化学组分中，优化合金配比，C的含量为0. 25~0. 35,能 够提高基体的强度和硬度；Si的含量为0. 20~0. 80,优选0. 28~0. 56,能够提高基体强 度和回火稳定性；Mn的含量为0. 30~0. 70,优选0. 35~0. 52,能够提高基体强度；Cr的 含量为2. 80~3. 80,优选2. 88~3. 52,能够提高基体的淬透性和耐磨性；Mo的含量为 1. 20~2. 00,优选1. 25~1. 80,能够提高基体组织的热稳定性；V的含量为0. 10~0. 30， 优选0. 12~0. 28,能够提高基体耐磨性并且能够细化晶粒；Ni的含量为0. 05~0. 50,优 选0. 10~0. 17,能够提高淬透性和韧性；Nb的含量0. 05~0. 50,优选0. 15~0. 34,能够 细化组织晶粒度同时使合金变质；通过各组分间的相互协调与配合，本发明的铝铸轧辊套 具有的优点为：具有较高的常温机械性能、高温强度和细小的晶粒度和金相组织。
[0025] 本发明的铝铸轧辊套在制造工艺上，通过电弧炉进行初步熔炼及LF/VD精炼炉进 行钢水精炼，提尚钢水的纯净度，以提尚材料的抗疲劳性能；通过微合金化处理，细化晶粒， 经过适当的热处理后得到细小的索氏体组织和弥散的碳化物颗粒，使辊套塑性和强韧性合 理匹配。同时，具有较高的高温强度，检测600°C下材料的高温强度，新材质较32Cr3M〇lV高 温强度提高21. 2%。本发明的机械性能要求和热处理方法保证了铸轧辊套具有高的热疲劳 性能，其淬火、回火的温度和时间，也是使本发明的材料具有最佳性能的合理选择。本发明 制得的轧辊套具有较高的常温机械性能、高温强度和细小的晶粒度。
【具体实施