整體鑄鋼支承輥淬火方法

2023-08-22 12:14:01

專利名稱：整體鑄鋼支承輥淬火方法
技術領域：
本發明涉及金屬熱處理領域，特別是對整體鑄鋼支承輥工作層淬火方法的改進。
背景技術：
整體鑄鋼支承輥由於生產工藝簡單，與鍛造和複合支承輥比，減少了鍛造過程和 複合澆注過程， 一次澆注成型成本低，使用性能穩定可靠，越來越受到冷、熱軋帶鋼廠的歡 迎。由於受熱處理設備和淬火工藝的制約，現有技術對支承輥工作表層淬火處理，只能採用 整體加熱方式加熱支承輥工件，淬火工藝大致分為預熱保溫段、噴淬段和回火段三個工藝 段，其中預熱保溫段採用連續升溫至淬火溫度(通常在900-950°C )，保溫一時間使熱量向 內層滲透，達到內外溫度基本接近，出爐噴水淬火，進爐回火(圖2)。由於整體鑄鋼支承輥 直徑通常在1.2-2.0米，長度在l-5米，此整體加熱至內外(徑向)基本同溫(淬火溫度) 的通體加熱淬火溫度的淬火工藝，由於支承輥體積大，熱容量也大，在加熱和保溫過程中能 量消耗高時間長，工作表層噴水淬火，噴淬時間長，用水量大，並且表層淬火冷卻後，徑向內 部仍然是高溫狀態，易造成工件淬火淬硬層返溫，工件自退火，表面硬度和淬硬層底部硬度 降低，淬硬層徑向硬度落差增大，輥身表面硬度均勻性不一致，淬硬層深度難以控制，上述 自退火後均導致淬硬層抗拉強度降低，影響使用壽命；其次，此淬火工藝，不僅能耗高，而且 加溫時間長，淬火一支直徑1. 5米，長1. 78米支承輥，加熱保溫時間需要140小時左右，淬 火效率低。因此表面工作層硬度和淬硬層深度難以控制，均勻性差，淬火效率低，能耗高，是 目前同溫加熱熱處理淬火難以克服的缺點。 中國專利CN1147020公開的消除支撐輥輥身軟帶熱處理工藝，依據存在軟帶的支 撐輥的成分、金相組織等不同的原始狀況，採用等溫退火、噴霧淬火、回火工藝三個步驟進 行處理。其仍然採用整體同溫加熱方式加熱工件，因此上述缺陷仍然未能得到克服。上述 不足仍有值得改進的地方。

發明內容
本發明目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種淬火後輥身表面硬度高且均 勻、淬硬層徑向硬度落差小、強度高，使用壽命長，淬火加熱能耗低的整體鑄鋼支承輥淬火 方法。 本發明目的實現，主要改進是將淬火人為分成預熱段、差溫加熱段、噴淬段和回火 段四個工藝段，通過改變淬火加熱模式，使加熱分前慢速後快速兩段加熱，達到控制支承輥 淬火溫度深度(徑向形成梯度溫差)，降低加熱總能耗，並減少噴水淬火後，工件返溫自退 火，從而克服上述現有技術的不足，實現本發明目的。具體說，本發明整體鑄鋼支承輥淬火 方法，包括依次對支承輥整體加熱，工作層水淬，回火處理，其特徵在於支承輥整體加熱為 先對調質態支承輥以《20°C /h升溫速率，加熱至共析線溫度以下50-10(TC，保溫13D-20D 小時；移至差溫爐內，使支承輥在低速轉動中以^ 250°C /h的升溫速率，快速加熱至表面 ^淬火溫度，保溫至熱滲透厚度^所要求淬硬層深度，保溫結束移入水淬機，在表面溫度> 850°C以上進行轉動噴水淬火，軋輥噴水淬火降溫速率^ 2°C /s，噴水淬火至表面溫度 《22(TC時停止噴水，移入加爐熱回火處理，得到輥身表面硬度55-75HSD ;表面硬度均勻 性《士1HSD ;淬硬層徑向硬度落差《0. 5HSD/cm ;淬硬層抗拉強度1200MPa。其中D 為支撐輥直徑，單位米。
按上述熱處理工藝方案，本發明更具體工藝為 前慢速加熱至共析線溫度以下50-100°C，例如鑄鋼支承輥表面溫度為 600-650°C ，保溫輥直徑米的13-20倍小時，使相對淬火溫度的低溫熱均勻向中心滲透。
後在差溫熱處理爐內低速轉動快速升溫，轉速為5-10rpm，低速轉動加熱，有利於 支承輥在差溫爐內受熱均勻；快速升溫至淬火溫度，相對短時保溫(保溫至熱滲透厚度^ 所要求淬硬層深度，試驗確定為保溫時間為升溫時間X (0. 5-1. 2)小時)，有利於形成加熱 徑向溫差，即工作層達到淬火溫度(900-950°C )，而使內層溫度儘可能低，既可以降低加熱 能耗，減少噴水淬時間，又可減輕後續水淬後的返溫自退火。 > 85(TC轉動噴水淬火，主要是避免〈85(TC噴淬熱處理，易造成淬透不良，淬硬 層不足。支承輥轉動淬火，速度為5-20rpm。噴水淬火，較好為水壓0. 01-0. 05MPa，水流量 0. 2-1.0t/min，三者配合以確保降溫速率^ 2°C /s，使淬硬層獲得穩定的貝氏體組織及達 到所要求的硬度範圍。 噴水淬火結束後回火前，一種較好為先進行吹風冷卻，例如風量2000-15000m3/h， 吹風1. 5-3個小時，使支承輥輥溫冷卻到400°C以下，再進爐加熱回火，有利於防止支承輥 返溫影響軋輥的硬度及硬度落差。 回火處理，可以按此支撐輥常規回火工藝進行，但一種較好為升溫速率《15°C / h，升溫至450-550°C ，進行13D-20D小時保溫(190-480小時)，回火保溫結束後隨爐冷卻降 至IO(TC及以下出爐，以確保支承輥熱處理應力得到充分釋放，組織轉變完全，有利於提高 支承輥的使用穩定性。 本發明整體鑄鋼支承輥淬火方法，由於改變原一次加熱至淬火溫度的加熱方式， 通過先慢速後快速兩段加熱，加熱初期低速升溫，並降低加溫溫度，後再快速升溫至表面 達淬火溫度，保溫至熱滲透厚度^所要求淬硬層深度，不僅可以控制支承輥淬火溫度深度 (達到或略大於淬火工作層深度)，有效保證了要求淬火層深度範圍內都能達到淬火所需 溫度，而且使淬硬層向內溫度儘可能降低，降低了加熱總能耗，並減少噴水淬火工作量(節 水60%，時間縮短0. 5-1小時)，及降低淬火後工件返溫自退火。本發明形成的徑向內外差 溫加熱淬火工藝，相對於現有技術，淬火表面工作層硬度高，硬度均勻性好，淬透性好，硬度 超出現有技術3HSD，並淬硬層深度可控，徑向硬度落差小《0. 5HSD/cm，淬硬層抗拉強度高 且晶粒細小，軋制過程中修磨量小，較鍛鋼和複合輥低25%，並且淬火所需總體時間短，淬 火效率高，能耗低，可以較現有工藝節約加熱能耗約35%，克服了現有技術徑向等溫加熱淬 火所帶來的缺陷。 以下結合一個具體實施例，示例性說明及幫助進一步理解本發明，但實施例具體 細節僅是為了說明本發明，並不代表本發明構思下全部技術方案，因此不應理解為對本發 明總的技術方案的限定，一些在技術人員看來，不偏離本發明構思的非實質性增加和/或 改動，例如以具有相同或相似技術效果的技術特徵簡單改變或替換，均屬本發明保護範圍。


圖1為本發明淬火工藝升溫曲線示意圖。
圖2為現有技術淬火工藝升溫曲線示意圖。
具體實施例方式
實施例以直徑D = 1. 5米整體鑄鋼支承輥淬火工藝為例。按圖1所示分大致4 個工藝段。預熱段首先將經鑄造後調質態整體鑄鋼支承輥，裝入臺車式電阻爐內預熱，以 12tVh升溫速率加熱至63(TC，保溫20小時；後移至差溫爐內繼續加溫，以8rpm速度轉動， 並以280°C /h的升溫速率快速加熱至表面達91(TC的淬火溫度，停止加熱，在爐內保溫36 小時至熱滲透厚度大於所需淬硬層深度，加熱保溫總能耗約35000度電，用時56小時。保 溫結束移入水淬工具機，在水淬機上以10rpm轉動，在表面溫度880°C以上，以水壓0. 03MPa， 水流量0. 45t/min對向噴水進行噴水淬火，調節水壓和/或水流量、水流狀態以及輥轉動 速度，使噴淬冷卻速度^ 2. 3°C /s，檢測表面溫度《22(TC時停止噴淬。噴淬結束後，對支 承輥輥身表面進行吹風冷卻，風量為2000-15000m3/h，吹風1. 5_3個小時，防止支承輥返溫 影響軋輥硬度，在支承輥輥溫冷卻到400°C以下，吹風冷卻結束。把支承輥吊入臺車式電阻 爐內，按升溫速率9°C /h，升溫至50(TC，進行230小時保溫，回火保溫結束後隨爐冷卻降至 IO(TC及以下出爐，使支承輥熱處理應力得到充分釋放，組織轉變完全。淬火後支承輥性能 指標輥身表面硬度68HSD ;輥身淬硬層徑向硬度落差《0. 3HSD/cm ;輥身淬硬層抗拉強 度1350MPa ;輥身表面硬度均勻性《0. 8HSD。 比較例按圖2常規加熱淬火工藝，將例1經鑄造後調質態整體鑄鋼支承輥，在臺 車式電阻爐內加熱，以《15°C /h升溫速度加熱到315°C保溫10小時，再以《20°C /h升溫速 度加熱到620°C ，保溫8-10小時，以《20°C /h升溫速度加熱到91(TC保溫2-3天。出爐進行 水噴淬，水淬2-3小時後表面溫度低於20(TC吹風，在支撐輥返溫平衡後，由室溫到910°C， 保溫2-3天。在> 80(TC轉動噴水淬火，至表面溫度《20(TC時停止噴淬。吹風冷卻，冷卻 到《550°C ，自然冷卻，進爐緩慢加熱至500°C回火溫度，保溫300小時，隨爐冷至IO(TC以下 出爐。加熱保溫總能耗約50000度電，耗水量、耗時約為實施例的3倍和2倍多。淬火後性 能相同材質、直徑支承輥硬度低3士1HSD ;輥身淬硬層徑向硬度落差^ 2HSD/cm ;表面硬度 均勻性^ 4士1HSD。 對於本領域技術人員來說，在本專利構思及具體實施例啟示下，能夠從本專利公 開內容及常識直接導出或聯想到的一些變形，本領域普通技術人員將意識到也可採用其他 方法，或現有技術中常用公知技術的替代，以及特徵間的相互不同組合，例如視輥材質、大 小等，一些具體工藝參數的變化，等等的非實質性改動，同樣可以被應用，都能實現與上述 實施例基本相同功能和效果，不再一一舉例展開細說，均屬於本專利保護範圍。
權利要求
整體鑄鋼支承輥淬火方法，包括依次對支承輥整體加熱，工作層水淬，回火處理，其特徵在於支承輥整體加熱為先對調質態支承輥以≤20℃/h升溫速率，加熱至共析線溫度以下50-100℃，保溫13D-20D小時；移至差溫爐內，使支承輥在低速轉動中以≥250℃/h的升溫速率，快速加熱至表面≥淬火溫度，保溫至熱滲透厚度≥所要求淬硬層深度，保溫結束移入水淬機，在表面溫度≥850℃以上進行轉動噴水淬火，軋輥噴水淬火降溫速率≥2℃/s，噴水淬火至表面溫度≤220℃時停止噴水，移入加爐熱回火處理，得到輥身表面硬度55-75HSD；表面硬度均勻性≤±1HSD；淬硬層徑向硬度落差≤0.5HSD/cm；淬硬層抗拉強度≥1200MPa。其中D為支撐輥直徑，單位米。
2. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於第一次加熱支承輥表面溫度為600-650°C。
3. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於低速轉動轉速5-10rpm。
4. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於加熱至表面^淬火溫度後保溫時間為差溫爐內升溫時間的0. 5-1. 2倍。
5. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於轉動噴水淬火轉速為5-20rpm。
6. 根據權利要求5所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於噴水淬火流量0. 2-1. Ot/min，水壓0. 01-0. 05Mpa。
7. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於噴水淬火結束後回火前先吹風冷卻。
8. 根據權利要求7所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於吹風冷卻以2000-15000m3/h風量，吹風1. 5-3h，冷卻到400。C以下。
9. 根據權利要求1所述整體鑄鋼支承輥淬火方法，其特徵在於回火升溫速率《15°C /h，升溫至450-550°C， 13D-20D小時保溫，回火保溫結束後隨爐冷卻降至IO(TC及以下出爐。
全文摘要
本發明為整體鑄鋼支承輥淬火方法。本發明是對整體鑄鋼支承輥工作層淬火方法的改進，其特徵是支承輥整體加熱為先對調質態支承輥以≤20℃/h升溫速率，加熱至共析線溫度以下50-100℃，保溫13D-20D小時；移至差溫爐內，使支承輥在低速轉動中以≥250℃/h的升溫速率，快速加熱至表面≥淬火溫度，保溫至熱滲透厚度≥所要求淬硬層深度，保溫結束移入水淬機，在表面溫度≥850℃以上進行轉動噴水淬火，軋輥噴水淬火降溫速率≥2℃/s，噴水淬火至表面溫度≤220℃時停止噴水，移入加爐熱回火處理，得到輥身表面硬度55-75HSD；表面硬度均勻性≤±1HSD；淬硬層徑向硬度落差≤0.5HSD/cm；淬硬層抗拉強度≥1200MPa。相對於現有技術，具有工作層硬度高，硬度均勻性好，淬透性好，淬硬層深度可控，徑向硬度落差小。
文檔編號C21D1/18GK101698902SQ20091021243
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者儲恩傑, 儲蓓, 張文君, 邵黎軍 申請人:江蘇共昌軋輥有限公司