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CN118291881B - 一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法 - Google Patents

一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法，涉及冷轧技术领域。本发明在进行高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯时，依次经过喷射成型、热压烧结、锻造、淬火处理，在冷轧工作辊辊坯的原料组分中加入少量碳，能够再在淬火处理时增加高速钢奥氏体中的含碳量，加强弥散硬化作用，再与少量铬、钒形成高硬度的弥散碳化物，钒的加入还加强了辊坯晶粒组织的细化度，从而提高辊坯的强度，喷射成型在雾化时将导液管进行感应加热，这种方式形成的辊坯组织更加细密，力学性能更加优异喷射成型结合双频感应加热，进一步提高密度，使得组织更为均化，进一步提高强度。

Description

一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法
技术领域
本发明涉冷轧技术领域，具体为一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法。
背景技术
为满足超高强钢产品和工艺的需求，制备超高强钢的轧辊需具备优异的力学性能，即轧辊的表层需具有极高的硬度，满足耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳的性能，芯部则需具有较高的强韧性，满足扭矩弯矩、冲击和疲劳的性能；随着高强钢产品力学性能的发展，小辊径连轧机或20辊轧机逐渐推广，因此对轧辊力学性能提出了新的要求，高速钢辊产线常规使用电渣重熔冶炼制造高速钢材质工作辊，具有成本低，制造难度相对较小等优点。
喷射成型作为一种新型的快速凝固技术，是熔融金属或合金液流，在高速的氩气或氮气等惰性气体的冲击作用下雾化成细小的液态颗粒，再喷射到金属沉积器上并焊合在一起，快速形成致密度较高的预成型辊坯。由于细小颗粒在飞行过程中迅速放热，并在沉积过程中处于半固态或过冷液态，通过控制基板运动可精确控制坯件形状和尺寸，因此，喷射成形是一种快速凝固、半固态加工和近终形加工的综合工艺。与传统冶金工艺相比，喷射成型将合金熔炼、成型集成为一个步骤，显著减少了材料被氧化的可能性，而且晶粒较为细小，但是存在一次碳化物不均匀，力学性能相对不足，易发生事故等缺点，已无法满足轧制的需要。因此本发明研究制备了一种力学性能优异的高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的化学组分及含量为：C：0.82～1.08wt％，Si：0.6～1.2wt％，Mn：0.4～0.6wt％，P：0.01～0.03wt％，S：0.003～0.009wt％，Cr：2.8～4.5wt％，Ni：0.8～1.2wt％，Mo：1.0～1.4wt％，Co：1.2～1.8wt％，V：0.05～0.08wt％，其余为Fe。
优选的，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的屈服强度≥752MPa，抗拉强度≥982MPa，致密度≥99.8％，晶粒尺寸≤14μm。
优选的，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，包括以下具体步骤：将原料进行喷射成型、热压烧结、锻造、淬火处理，制得高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯。
优选的，所述喷射成型时，将原料熔化后，以3～5kg/min的速率经感应加热的导液管，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为0.8～1.2MPa，角度为30～60°，喷射在转速为8～12r/min的沉积基底上，沉积基底预热550～650℃，喷射温度为800～840℃。
优选的，所述感应加热时，感应器为50～70Hz，功率为220～320kW。
优选的，所述热压烧结时，依次升温至550～650℃、850～950℃和1400～1500℃，分别保温4～6min、8～10min和5～10min，随炉冷却至950～1050℃时，保温5～8h，随炉冷却。
优选的，所述锻造时温度保持在1150～1250℃，锻造比4～6；模具下压速率为0.04～0.06mm/s。
优选的，所述淬火处理时依次进行：预热、双频感应加热、冷却、低温回火。
优选的，所述双频感应加热时，感应器1为80～100Hz，时间为4～10min，功率为280～420kW，感应器2为200～240Hz，时间为6～9min，功率为50～140kW。
优选的，所述预热温度为260～350℃，所述低温回火的温度为120～180℃。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明在进行高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯时，依次经过喷射成型、热压烧结、锻造、淬火处理；
在冷轧工作辊辊坯的原料组分中加入少量碳，能够再在淬火处理时增加高速钢奥氏体中的含碳量，加强弥散硬化作用，再与少量铬、钒形成高硬度的弥散碳化物，钒的加入还加强了辊坯晶粒组织的细化度，从而提高辊坯的强度；
喷射成型是将原料熔化后，在雾化气体的作用下雾化形成熔滴射流，直接喷射在沉积基底上形成辊坯，雾化时将导液管进行感应加热，这种方式形成的辊坯组织更加细密，力学性能更加优异；淬火处理是经过预热、双频感应加热、冷却和低温回火，淬火采用双拼感应加热的的方式，热量集中在辊坯表面，使表层到心部形成一定梯度的温度场，在表层一定深度范围内发生组织转变，产生一定深度的淬硬层，使轧辊具有高的表面硬度，喷射成型结合双频感应加热，进一步提高密度，使得组织更为均化，进一步提高强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
化学组分及含量为：C：0.82wt％，Si：0.6wt％，Mn：0.4wt％，P：0.01wt％，S：0.003wt％，Cr：2.8wt％，Ni：0.8wt％，Mo：1.0wt％，Co：1.2wt％，V：0.05wt％，其余为Fe
(1)喷射成型：将原料熔化后，以3kg/min的速率经感应加热的导液管，感应器为50Hz，功率为220kW，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为0.8MPa，角度为30°，喷射在转速为8r/min的沉积基底上，沉积基底预热550℃，喷射温度为800℃；
(2)热压烧结：依次升温至550℃、850℃和1400℃，分别保温4min、8min和5min，随炉冷却至950℃时，保温5h，随炉冷却；
(3)锻造：锻造时温度保持在1150℃，锻造比4；模具下压速率为0.04mm/s
(4)淬火处理：依次进行预热、双频感应加热、冷却、低温回火；预热温度为260℃，双频感应加热时，感应器1为80Hz，时间为4min，功率为280kW，感应器2为200Hz，时间为6min，功率为50kW、冷却、低温回火温度为120℃。
实施例2
化学组分及含量为：C：0.95wt％，Si：0.9wt％，Mn：0.5wt％，P：0.02wt％，S：0.006wt％，Cr：3.7wt％，Ni：1.0wt％，Mo：1.2wt％，Co：1.6wt％，V：0.06wt％，其余为Fe
(1)喷射成型：将原料熔化后，以4kg/min的速率经感应加热的导液管，感应器为60Hz，功率为270kW，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为1.0MPa，角度为45°，喷射在转速为10r/min的沉积基底上，沉积基底预热600℃，喷射温度为820℃；
(2)热压烧结：依次升温至600℃、900℃和1450℃，分别保温5min、9min和8min，随炉冷却至1000℃时，保温6h，随炉冷却；
(3)锻造：锻造时温度保持在1200℃，锻造比5；模具下压速率为0.05mm/s
(4)淬火处理：依次进行预热、双频感应加热、冷却、低温回火；预热温度为305℃，双频感应加热时，感应器1为90Hz，时间为7min，功率为340kW，感应器2为220Hz，时间为8min，功率为95kW、冷却、低温回火温度为150℃。
实施例3
化学组分及含量为：C：1.08wt％，Si：1.2wt％，Mn：0.6wt％，P：0.03wt％，S：0.009wt％，Cr：4.5wt％，Ni：1.2wt％，Mo：1.4wt％，Co：1.8wt％，V：0.08wt％，其余为Fe
(1)喷射成型：将原料熔化后，以5kg/min的速率经感应加热的导液管，感应器为70Hz，功率为320kW，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为1.2MPa，角度为60°，喷射在转速为12r/min的沉积基底上，沉积基底预热650℃，喷射温度为840℃；
(2)热压烧结：依次升温至650℃、950℃和1500℃，分别保温6min、10min和10min，随炉冷却至1050℃时，保温8h，随炉冷却；
(3)锻造：锻造时温度保持在1250℃，锻造比6；模具下压速率为0.06mm/s
(4)淬火处理：依次进行预热、双频感应加热、冷却、低温回火；预热温度为350℃，双频感应加热时，感应器1为100Hz，时间为10min，功率为420kW，感应器2为240Hz，时间为9min，功率为140kW、冷却、低温回火温度为180℃。
对比例1
对比例1的处方组成同实施例2。该高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制作方法与实施例2的区别仅在于化学组分及含量为：C：0.95wt％，Si：0.9wt％，Mn：0.5wt％，P：0.02wt％，S：0.006wt％，Cr：3.7wt％，Ni：1.0wt％，Mo：1.2wt％，Co：1.6wt％，其余为Fe。
对比例2
对比例2的处方组成同实施例2。该高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制作方法与实施例2的区别仅在于化学组分及含量为：C：0.95wt％，Si：0.9wt％，Mn：0.5wt％，P：0.02wt％，S：0.006wt％，Ni：1.0wt％，Mo：1.2wt％，Co：1.6wt％，V：0.06wt％，其余为Fe。
对比例3
对比例3的处方组成同实施例2。该高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制作方法与实施例2的区别仅在于在喷射成型是将原料熔化后，在雾化气体的作用下雾化形成熔滴射流，直接喷射在沉积基底上形成辊坯。
对比例4
对比例4的处方组成同实施例2。该高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制作方法与实施例2的区别仅在于进行高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯时，依次经过喷射成型、热压烧结、锻造、800℃保温6h的退火处理。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至4的高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的性能分析结果：
752MPa，抗拉强度≥982MPa，致密度≥99.8％，晶粒尺寸≤14μ
表1
通过表1中实施例与对比例的实验数据比较可以明显发现，实施例1、2、3制备的高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯具有优异的力学性能。
从实施例1、实施例2、实施例3和对比例1、对比例2、对比例3的实验数据比较可发现，在冷轧工作辊辊坯的原料组分中加入少量碳，能够再在淬火处理时增加高速钢奥氏体中的含碳量，加强弥散硬化作用，再与少量铬、钒形成高硬度的弥散碳化物，钒的加入还加强了辊坯晶粒组织的细化度，从而提高辊坯的强度和耐磨性；
从实施例1、实施例2、实施例3和对比例3、对比例4的实验数据比较可发现，将原料熔化后，在雾化气体的作用下雾化形成熔滴射流，直接喷射在沉积基底上形成辊坯，雾化时将导液管进行感应加热，这种喷射成型方式形成的辊坯组织更加细密，力学性能更加优异；淬火处理是经过预热、双频感应加热、冷却和低温回火，淬火采用双拼感应加热的的方式，热量集中在辊坯表面，使表层到心部形成一定梯度的温度场，在表层一定深度范围内发生组织转变，产生一定深度的淬硬层，使轧辊具有高的表面硬度，喷射成型结合双频感应加热，进一步提高密度，使得组织更为均化，进一步提高强度和耐磨性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯，其特征在于，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的化学组分及含量为：C：0.82~1.08wt%，Si：0.6~1.2wt%，Mn：0.4~0.6wt%，P：0.01~0.03wt%，S：0.003~0.009wt%，Cr：2.8~4.5wt%，Ni：0.8~1.2wt%，Mo：1.0~1.4wt%，Co：1.2~1.8wt%，V：0.05~0.08wt%，其余为Fe；
所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，包括以下具体步骤：将原料进行喷射成型、热压烧结、锻造、淬火处理，制得高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯；
所述喷射成型时，将原料熔化后，以3~5kg/min的速率经感应加热的导液管，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为0.8~1.2MPa，角度为30~60°，喷射在转速为8~12r/min的沉积基底上，沉积基底预热550~650℃，喷射温度为800~840℃；
所述淬火处理时依次进行：预热、双频感应加热、冷却、低温回火。
2.根据权利要求1所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯，其特征在于，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的屈服强度≥752MPa，抗拉强度≥982MPa，致密度≥99.8%，晶粒尺寸≤14μm。
3.根据权利要求1所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，包括以下具体步骤：将原料进行喷射成型、热压烧结、锻造、淬火处理，制得高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯；
所述喷射成型时，将原料熔化后，以3~5kg/min的速率经感应加热的导液管，在雾化气体氮气的作用下雾化形成熔滴射流，雾化压力为0.8~1.2MPa，角度为30~60°，喷射在转速为8~12r/min的沉积基底上，沉积基底预热550~650℃，喷射温度为800~840℃；
所述淬火处理时依次进行：预热、双频感应加热、冷却、低温回火。
4.根据权利要求3所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述感应加热时，感应器为50~70Hz，功率为220~320kW。
5.根据权利要求3所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述热压烧结时，依次升温至550~650℃、850~950℃和1400~1500℃，分别保温4~6min、8~10min和5~10min，随炉冷却至950~1050℃时，保温5~8h，随炉冷却。
6.根据权利要求3所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述锻造时温度保持在1150~1250℃，锻造比4~6；模具下压速率为0.04~0.06mm/s。
7.根据权利要求3所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述双频感应加热时，感应器1为80~100Hz，时间为4~10min，功率为280~420kW，感应器2为200~240Hz，时间为6~9min，功率为50~140kW。
8.根据权利要求3所述的一种高强度喷射成型冷轧工作辊辊坯的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为260~350℃，所述低温回火的温度为120~180℃。
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