鞍钢1780轧机支承辊材料选择及制造_朱安伦 (1)

辊颈硬度 炉号
(H S)
辊身硬度 (H S)
辊颈硬度 金相组织
(H S)
43 46 697408
44 47
69 70 70 70 70 68 70 70 71 69 69 71 71 70 69 69 71 70 70 70
47 48 48 48
贝氏体 回火组织
44 44 698082
44 45
70 69 69 69 70 70 70 68 70 69 70 70 67 69 70 70 69 69 60 68
(3) 最终热处理: 采用较先进的开合式差温 热处理炉加热及卧式喷雾淬火。 差温炉的特点是 加热速度快, 2h 左右即 可 将 炉 温 由 500℃升 到 1000℃以上, 加热均匀, 工件在炉内每间隔一定时 间旋转 90°; 加热层深, 支承辊在炉内保温 4h 左 右, 便可使加热层达到 200mm 左右。 采用差温加 热喷雾淬火, 当表面达到一定温度时, 芯部具有较 小的拉应力, 从而提高了支承辊的抗事故能力。回 火在中低温回火电炉中进行, 以保证辊身硬度均 匀。
用 5 2mm ×12mm 的试样, 在 D T 100 (法国) 仪器上测定临界点和 CCT 曲线, 结果见图 1。
大型支承辊的实际生产工艺为差温热处理〔3〕
(使用开合式差温热处理炉, 仅对支承辊的辊身表 面进行淬火加热) , 辊身表面与芯部处于不同的温 度状态。本文采用不同加热温度下的热处理试验, 并选定原来常用的支承辊钢 (70C r3M o ) 作对比, 探讨加热温度与性能之间的关系, 试验结果见图 2。 将试样加热到一定的奥氏体温度, 保温一段时 间后冷却回火, 做出回火温度对力学性能的影响 的关系曲线, 见图 3, 4。
关键词 C r4 钢 轧机Hale Waihona Puke Baidu支承辊 制造
M a teria l Select ion and M anufactu re of B ackup Ro lls fo r A ngang 1780mm M ill
Zhu An lun Song Bangjun (T he Ho t Ro lled St rip P lan t of A ngang N ew Steel Co. , L td. )
4 产品检验结果
支承辊预备热处理后, 在冒口端辊颈的 2 3R 处套取试样进行机械性能检验, 结果见表 3。最终 热处理后在辊身表面进行硬度、金相组织检验, 结 果见表 4。 残余应力测定值见表 5, 精加工后探伤 结果见表 6。从这些检查结果可以看出, 各项技术 指标均满足要求。
炉号 697408 698082
支承辊材料及制造工艺的研究工作, 下面对此加 以介绍。
2 材料与试验
2. 1 试样材料及技术要求 1780 轧机支承辊的技术要求见表 1。
表 1 1780 轧机支承辊技术要求
规格, mm 重量, kg 辊身硬度 (H S) 硬度均匀性 (∃H S) 辊颈硬度 (H S) 力学性能 残余应力,M Pa
图 2 不同淬火温度下的硬度曲线
温度的升高, 试验用钢的硬度逐渐升高, 940℃时 硬度值最高, 高于 940℃后硬度逐渐降低, 所以较 合适的淬火温度为 930～ 950℃。 900℃以上淬火 硬度变化不大, 而高于 960℃时硬度降低较多。回 火后硬度平均降低 H S5, 故选择 930～ 950℃为最 佳奥氏体化温度。
3 试验工艺
3. 1 冶炼和锻造 采用电炉粗炼钢水, 然后兑入精炼炉中精炼,
真空除气, 真空浇注。钢水经二次真空处理后, 氢、 氧、氮、磷、硫等气体含量均很低, 为锻后缩短热处 理周期打下了良好的基础。 支承辊锻件直径和质 量均较大, 选用的钢锭吨位也较大, 需对钢锭进行 一次镦粗, 以增加拔长压实火次 (锻造过程中回炉 重新加热次数) 锻造比。 为充分压实钢锭内部缺 陷, 采用 KD 锻造法, 使坯料芯部整体长度上无空 锤, 闭合区覆盖整个轴心线长度, 以获得质量良好 的锻件。 3. 2 热处理
图 3 不同回火温度下的硬度曲线
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《鞍钢技术》2002 年第 1 期
图 4 不同回火温度下的力学性能
试样经 940℃奥氏体化, 淬火后进行不同温 度的回火。由图 3 可以看出, 回火温度低于 560℃ 时硬度变化不大, 回火温度高于 560℃时硬度显 著下降, 这说明 C r4 钢的抗回火性较高。
表 3 机械性能检验结果
Ρb,M Pa 1110 1100 1075 1050
Ρs,M Pa 960 950 945 900
∆, % 13. 5 12. 5 16. 5 16. 5
Ω, % 40. 5 44. 5 41. 5 41. 5
ak, J cm 2 46 53 53
37. 5
表 4 表面硬度、金相组织检验结果
Key W ords C r4 steel ro lling m ill backup ro ll m anufactu re
1 前 言
鞍钢 1780mm 热带钢轧机是我国与日本三菱 商事株式会社联合制造的高质量、高精度、高效率 的轧制设备。 该轧机全部采用世界先进技术, 如 F 1～ F 7 采用全液压压下的 A GC 系统, F 2～ F 4 (F 5～ F 7 预留) 采用交叉的 PC 轧制等, 其主要备 件支承辊在材料、辊身硬度、均匀性、淬硬性、残余 应力、机械性能等方面都达到了世界先进水平。过 去, 国内各制造厂一直沿用M C3 (3% C r 型) 钢制 造支承辊, 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, 影响了使用性 能。 另外, 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〔1〕, 因此, 此类材料不 能满足大型轧机支承辊的要求。 为此开展了 C r4
由图 1 可见, 珠光体转变区向右移, 使贝氏体 转变区在前, 淬成贝氏体的临界冷却速度为 6℃ m in, 表明仅需较低的冷却速度就可获得贝氏体组 织, 说明成分选择合理。 图 2 表明, C r4 钢在不同 淬火温度下的硬度均高于 70C r3M o 钢, 随着淬火
图 1 4C r2N i2M o 2V 钢 CCT 曲线
1550×1760×5300
41457 68±3
±2 45±3 Ρb≥880M Pa、∆≥10%、ak≥20J cm 2 ≤- 500
朱安伦 宋榜君 赵席春 陈春云 郭峰 鞍钢 1780 轧机支承辊材料选择及制造
支承辊直径一般大于 1000mm , 所以要求材 料不仅具有高淬透性, 而且炼钢、锻造、热处理等 工艺性能必须良好。 影响淬硬性及淬透性的主要 元素是 C、C r、M o , 碳含量的降低使得支承辊淬火 时可以承受强烈的冷却而不开裂; 铬含量的提高, 可以增加碳化物的含量, 改善碳化物结构, 提高耐 磨性; 适量加入钼, 可以提高淬透性和辊子的淬硬 层深度; 加入适量的钒, 可以细化晶粒, 并能形成 少量的含钒碳化物, 提高耐磨性和回火稳定性〔2〕。 在此设想的基础上, 设计了 C r4 钢种, 其化学成分 见表 2。
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A
N
GA
N
鞍钢技术 G T ECHNOL
O
GY
2002
年第
1
期
鞍钢 1780 轧机支承辊材料选择及制造
朱安伦 宋榜君 (鞍钢新轧钢股份有限公司热轧带钢厂)
赵席春 陈春云 郭 峰 (中国第一重型机器集团公司)
摘要 结合鞍钢 1780 轧机支承辊的材料选择、工艺研究及制造过程, 介绍了自行开发的 C r4 支承辊新材料的特性和炼钢、锻造、热处理所采用的先进工艺。检验结果表明, C r4 材料及 相应的制造技术完全可以生产出高标准的支承辊。
(1) 锻后热处理: 锻后热处理采用高温正火、 二次过冷、球化退火及回火的工艺。增加一次球化 退火, 使基体组织球化, 球化的碳化物有利于下道 热处理工序及机械加工。
(2) 预备热处理: 预备热处理的目的是保证 辊颈硬度, 调整组织, 提高支承辊的综合力学性
能, 为最终热处理做好组织准备。据资料〔2〕报道, 日本等国家预备热处理一般采用正回火工艺, 而 一重公司采用油冷工艺, 其优点是组织为颗粒状 索氏体, 冲击值较高, 屈强比大, 喷淬时可以承受 强烈的冷却, 从而提高了辊面硬度及淬硬层深度。
表 2 C r4 钢化学成分, %
C
Si M n P
S Cr N i Mo V
0. 40～ 0. 40～ 0. 60～ ≤ ≤ 3. 50～ 0. 40～ 0. 40～ 0. 05～ 0. 50 0. 70 0. 80 0. 015 0. 015 4. 50 0. 60 0. 70 0. 15
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49 47 贝氏体 47 47 回火组织
朱安伦 宋榜君 赵席春 陈春云 郭峰 鞍钢 1780 轧机支承辊材料选择及制造
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炉号 697408
表 5 残余应力测定值
Ρ周向,M Pa
Ρ轴向,M Pa
- 210
- 180
炉号 697408 698082
表 6 精加工后探伤结果
探伤标准 日方 1780mm 支承辊
支承辊材料采用电炉粗炼钢水, 精炼炉精炼, 经双真空处理获得低 S、P , 低 N、O、H 的铸锭。通 过我公司开发的 KD 锻造法, 用 135°角、1200mm 宽、上下 V 型的砧拔长压实, 采用满砧进给在压 下量锻造, 单次压下量为坯料高度的 20% , 各道 次互成 90°翻转, 交替进行, 使坯料芯部整体长度 上无空锤, 闭合区覆盖整个轴心线长度, 以获得质 量良好的锻件。在此基础上取试验用料, 沿锻件长 度方向取 6mm ×6mm ×80mm 和 20mm ×20mm ×100mm 的试样。 2. 2 试验结果及分析
由图 4 可以看出, 随着回火温度的升高, 强度 值显著降低, 而冲击韧性显著提高。在 600℃回火 时抗拉强度可达 1090M Pa, 而冲击韧性值近 30J cm 2。 由于支承辊调质处理时均采用高温回火, 故 选用高于 600℃的回火温度检验材料的力学性 能, 为调质处理提供了有利依据。 由此可见, 试验 用钢热处理回火温度的合适范围为 550～ 560℃。
检查要领书
探伤结果 未发现超标缺陷 未发现超标缺陷
5 结 论
(1) C r4 钢支承辊材料成分选择合理, 材料特 性、工艺性能、使用性能等均达到试验要求, 是替 代M C3 的理想材料。
(2) 采用精炼炉炼钢、二次除气的炼钢技术 和一次镦粗加 KD 法的锻造技术, 可使大型支承 辊获得良好的冶金质量。
Zhao X ichun Chen Chunyun Guo Feng (T he N o. 1 H eavy M ach inery G roup Co. of Ch ina)
Abstract T h is p ap er describes the fea tu res of the self2develop ed new m a teria l C r4 fo r backup ro ll and the advanced techno logy adop ted in steelm ak ing, fo rging and hea t trea tm en t ba sed on the m a teria l selection, p rocess and m anufactu re of the backup ro lls fo r A ngang 1780mm m ill. T he test resu lts show tha t m a teria l C r4 and the co rresponding m anufactu ring techn iques cou ld ab so lu tely a ssu re the p roduction of the h igh standa rd backup ro lls.
(3) 采用调质预备热处理工艺, 可获得较好 的综合力学性能; 最终热处理采用差温炉加热喷 雾淬火的工艺形式, 可保证辊面硬度, 获得良好的 组织, 且表面压应力较小, 各项使用性能良好。
参考文献
1 赵膺哲. 我厂轧辊生产技术的三十年回顾. 一重技术, 1990 2 王笑天. 金属材料学. 北京: 机械工业出版社, 1986 3 罗国伟. 大型支承辊差温热处理. 中国机械工程学会第五届年