本發(fā)明屬于冶金技術領域，涉及一種Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯鍛造變形工藝。

背景技術：

2008年以前國內使用的冷軋工作輥材質主要是Cr2、Cr3和Cr5系列，為促進國產冷軋工作輥用鋼更新換代，提高冷軋工作輥輥坯的耐磨性、粗糙度保持性和抗輥印性能，從2008年開始北滿特鋼與寶鋼軋輥公司合作生產開發(fā)含Cr6％的冷軋工作輥用鋼。該鋼種輥坯合金含量較高，碳化物偏析重，尤其是大規(guī)格輥坯，超聲波探傷很難滿足要求，生產合格率較低。

Cr6％型輥坯是在MC5鋼種的基礎上，C略有提高，Si和Mo含量增加，Cr含量增加了1％，由于合金含量較高，鋼錠易產生嚴重的偏析，鍛造塑性差，生產制造難度較大。輥坯用鋼的碳化物網狀、帶狀、液析以及夾雜物、氣體、探傷等要求都很嚴格。現有Cr6采用電爐加爐外精煉和真空脫氣的方式冶煉電極坯料，采用模鑄的方式澆注10.4噸(Φ680mm)電極錠。采用電渣重熔方式生產Φ865mm～Φ960mm電渣鋼錠。采用3000噸水壓機進行鍛造，鍛前進行高溫均質化處理，采用3火方式成品的方式生產，第一火次用上平臺鐓粗、拔長，鋼錠端部容易產生縮孔，第一火次道次壓下量及變形率過大容易造成輥身橫裂小口。第二火次輥身道次壓下量過大容易造成輥身橫裂小口，輥頸變形時在800～900℃之間，輥頸變形率過大、變形溫度過低容易造成內部碳化物偏析區(qū)開裂。第三火次輥身變形量較小，輥身晶粒粗大、碳化物網狀嚴重。輥頸變形溫度高，局部變形率大、變形速度快容易造成輥頸內部碳化物偏析區(qū)產生過熱裂紋。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種Φ500～650mm Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯鍛造變形工藝，該工藝生產的產品質量穩(wěn)定，生產檢驗合格率達到95％以上。Cr6型冷軋工作輥投入使用后，和MC5冷軋工作輥相比由于輥印缺陷造成的換輥率下降了10％，提高了冷軋板的表面質量和軋機工作效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種Φ500～650mm Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯鍛造變形工藝，包括如下步驟：轉爐冶煉+LF精煉+VD真空→連鑄圓坯料→電極坯料熱送退火→清理→電渣重熔→電渣錠退火→鍛造→鍛后退火，其中：

鍛造前進行高溫均質化處理，控制加熱溫度為1190℃～1210℃，保溫時間為30～42h。

鍛造時采用四火方式生產，具體步驟如下：

第一火：采用弧形鐓粗板鋼錠冒口向上鐓粗，鐓粗比控制在1.5～2.0之間，然后采用上平砧、下V型砧拔長，道次壓下量為30～50mm，變形率為15～20％，返爐保溫時間2.5～3.5h，返爐溫度1190～1210℃；

第二火：輥身拔到成品鍛件尺寸加50mm余量，道次壓下量為60～80mm，變形率為25～30％，返爐保溫1～2h，返爐溫度1170～1190℃；

第三火：上平砧不變，下砧采用小V型砧鍛造一端輥頸，變形率為20～60％，道次壓下量在30～80mm之間，采用高溫停鍛3秒的方式進行，返爐保溫時間50～70分鐘，返爐溫度1170～1190℃；

第四火：鍛造另一端輥頸，休整輥身，輥身變形量在7～8％之間，輥頸鍛造方式和第三火一樣；

以上各火次終鍛溫度為850～900℃，900℃以下為休整溫度；

鍛造后進行熱處理，控制正火溫度：1020℃；球化退火溫度：840℃、740℃：擴氫退火溫度：680℃。

本發(fā)明在鍛造時采用四火方式生產，第一火采用弧形鐓粗板鋼錠冒口向上鐓粗，減少了縮孔的產生，同時提高了成材率；而且第一火次道次壓下量由80～100mm降為30～50mm小壓下量輕擊，變形率也由25～30％降為15～20％，減少了輥身產生橫裂小口。第二火次輥身拔到成品鍛件尺寸加50mm余量，道次壓下量為60～80mm，變形率為25～30％之間，道次壓下量降低了，減少了輥身裂紋的產生。第三火次鍛造一端輥頸，變形率為20～60％，道次壓下量在30～80mm之間，采用高溫停鍛3秒的方式進行，即上砧接觸到鍛件時停頓3秒再壓，減少輥頸由于變形量過大造成的內部碳化物偏析區(qū)過熱裂紋；輥頸變形溫度在900℃以上，減少了輥頸由于低溫鍛造形成的內部開裂。第四火次鍛造另一端輥頸，休整輥身，輥身變形量在7～8％之間，輥頸鍛造方式和第3火一樣。第一火次返爐保溫2.5～3.5h，第二火次返爐保溫1～2h，第3火次返爐50～70分鐘。終鍛溫度為850～900℃，900℃以下為休整溫度，不允許有大變形。增加1個火次，將第二火鍛造的輥頸改到第三火鍛造，保證鍛造溫度，減少了由于低溫鍛造造成的內部開裂。

本發(fā)明生產的Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯的直徑為500～650mm，球化組織2～3級，碳化物網狀≤2.0級，碳化物帶狀、液析1.0級以下，非金屬夾雜物總和≤2.0級，探傷合格率由原來的75％提高到了95％，而且碳化物分布細小、彌散，使用壽命長。目前國內寶鋼、首鋼、鞍鋼等大型鋼鐵廠的大型軋機均開始采用Cr6型材質的冷軋工作輥，使用效果較好，Cr6型輥坯將逐步代替MC5系列冷軋工作輥，該產品市場前景廣闊，在不久的將來會給企業(yè)帶來可觀的經濟效益。Cr6型輥坯噸鋼利潤為4200元左右，目前北滿年生產量為2000噸左右，每年可獲利840萬元。此產品的試制成功為國內冷軋輥材質的更新換代奠定堅實的基礎。

附圖說明

圖1為Cr6輥坯帶狀碳化物1級、液析0級(100×)的高倍圖片；

圖2為Cr6輥坯網狀碳化物1級(500×)的高倍圖片；

圖3為Cr6輥坯球化組織2級(500×)的高倍圖片；

圖4為Cr6的高溫變形抗力曲線；

圖5為Cr6的高溫塑性圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

本發(fā)明提供了一種Φ500～650mm Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯鍛造變形工藝，采用轉爐冶煉、鋼包精煉、真空脫氣的方式生產電極坯料，然后采用電渣重熔方式進一步凈化鋼液，通過控制電渣重熔過程中的熔化速率等參數控制電渣錠的偏析。合理制定電渣錠均質化溫度和時間，鍛造時采用輕-重-輕的鍛造方式，電渣錠初始階段輕擊，然后大壓下量鍛造(鐓粗后直接拔長時30～50mm小壓下量輕擊，待返爐保溫后再出爐拔長時可60～80mm大壓下量鍛造)，各道次互成90°翻轉，輥身預留修正量，輥頸采用分兩次成品的方式生產，鍛造溫度低于900℃時修整，鍛后快速噴水冷卻控制網狀碳化物。本發(fā)明通過對鋼水的純凈度、電渣錠的偏析、鍛前高溫均質化溫度和時間、鍛造變形過程、終鍛溫度及鍛后控冷、鍛后熱處理等進行重點控制，產品最終試制成功，產品的高倍照片見圖1-圖3。具體技術方案如下：

一、生產工藝路線如下：

轉爐冶煉+LF+VD→連鑄圓坯料→電極坯料熱送退火→清理→電渣重熔→電渣錠退火→鍛造→鍛后退火→光面、探傷→檢驗(高、低倍、氣體)→上交。

二、各生產工序關鍵控制點及技術原理如下：

A、轉爐冶煉及LF精煉+VD真空

針對Cr6型輥坯的成品化學成分要求，并考慮進行電渣重熔時易燒損元素的燒損量，首先設定了該鋼種的內控坯料成分，具體見表1。

Cr6型輥坯用鋼的冶煉選擇爐料時要嚴格控制有害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi含量。轉爐冶煉前期保證鋼水脫P，另外重點控制終點C含量≥0.12％，防止鋼水過氧化；當P含量符合要求及鋼水溫度合適，利用擋渣錐進行擋渣出鋼并控制下渣量，當下渣渣層厚度超過150mm要進行倒渣處理或LF升溫后倒渣；出鋼過程進行合金化，主要成分控制在下限，出鋼同時加熱石灰及精煉渣；鋼包到LF精煉位后給電升溫，加熱一定時間后取樣，根據分析結果調整成分符合要求。當鋼液溫度適宜，渣子白、脫氧良好后進行真空精煉。真空度67帕以下，保持15分鐘，破真空后弱吹氬15分鐘。連鑄電極坯料，在生產過程中選擇合適的澆鑄過熱度和拉速。電極坯料退火，退火出爐后清理，進行電渣重熔。

表1 BGCr6標準及坯料化學成分要求(％)

B、電渣重熔及電渣錠退火

電渣重熔時，首先要加強對渣料的烘烤，確保渣料的加熱溫度和加熱時間；且在化渣時，渣料要均勻地分批加入，以保證化渣質量，渣化清后方可進入金屬電極進行精煉。尤其要注意補縮期操作的控制，以保證實現縮孔深度最小、體積最小，提高電渣錠的成材率。電渣重熔過程中根據錠型大小合理的控制熔化速率，保證熔化速率均衡穩(wěn)定。電渣錠退火處理，退火后進行清理取樣，然后轉到鍛造廠進行加熱、鍛造工序。

C、加熱、鍛造及鍛后熱處理

電渣錠裝入待料爐預熱，在升至鍛造溫度后，進行高溫均質化處理，其目的是為了改善或消除在冶金過程中形成的成分不均勻性，保溫后進行鍛造。Cr6鋼其鍛造特性要比MC3和MC5差一些。采用鐓粗、拔長的鍛造方式，滿足鍛造比≥3的要求，充分破碎粗大的樹枝狀碳化物。第一火次采用鐓粗、拔長的變形方式，拔長時采用30～50mm的小變形量，第二火次可采用60～80mm大壓下量鍛造，充分焊合內部缺陷，溫度低于900℃時可小壓下量修整。第三火到第四火鍛造成形。鍛造過程中關鍵控制高溫擴散的溫度和保溫時間，鍛造每火次的返爐保溫溫度和時間，每火次的變形量和終鍛溫度的控制。

鍛后熱處理實際上是預備熱處理，其重點是要完成三個任務：一是消除網狀碳化物，二是消除應力軟化組織得到球狀珠光體組織，三是要降低鋼中氫含量，防止白點的產生。因此，熱處理工藝曲線也由三個部分組成：正火+球化退火+擴氫退火。球化退火工藝由兩段組成，840℃球化起到碳化物溶斷的作用，而740℃的球化則決定最終的球化效果。

三、工藝參數試驗研究

1、鍛造溫度范圍的確定

為摸索最佳的鍛造工藝參數，在Cr6型輥坯上取樣進行高溫熱塑性試驗，摸索最佳的鍛造溫度范圍，為大生產提供理論依據。

采用GLEEBLE 3500設備在不同的溫度下進行gleeble實驗。具體試驗溫度如下：選擇800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃共計14個不同溫度，每個溫度兩支試樣。

通過圖4可以看出，在850℃時變形抗力較大，900℃時變形抗力急劇下降，隨著變形溫度的升高，變形抗力呈下降趨勢，到1100～1200℃之間變形抗力變化較小，曲線呈平緩趨勢，變形溫度超過1200℃變形抗力又急劇下降。從圖5可以看到，在800～1200℃塑性均較好，超過1200℃塑性急劇下降。

Cr6輥坯鍛造時始鍛溫度一般在1170～1190℃之間，終鍛溫度控制在850～900℃之間，在900℃以下進行小壓下量修整。根據以上的試驗分析發(fā)現，我們選用的鍛造溫度范圍比較合理，大量的生產實踐也充分證明了Cr6型輥坯鍛造溫度范圍選擇的合理性，高溫塑性試驗進一步對Cr6型輥坯的鍛造溫度合理性提供了理論依據。

2、正火溫度的確定

為了驗證Cr6輥坯網狀隨加熱溫度的升高的變化情況，選取Cr6網狀3.5級的12個試樣，在6個不同加熱溫度下保溫30分鐘油冷檢驗網狀的變化情況，檢驗結果見表2。

表2

從表2可以看出，隨著淬火溫度的提高，網狀級別逐漸降低。950℃沒有變化，970℃改善不明顯，990℃開始有明顯改善，不存在封閉碳化物網，1050℃網狀降低到1.5級。

因為試驗時保溫時間較短，因此本發(fā)明在生產時正火溫度選擇1020℃。

四、Φ500～650mm Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯制造工藝如下：

1、鋼的化學成分控制在：C：0.85～0.95％、Mn：0.20～0.50％、Si：0.80～1.20％、S：≤0.015％、P：≤0.020％、Cr：5.50～6.00％、Mo：0.30～0.50％、V：0.05～0.15％、氧含量≤20×10^-6，氫含量≤1.5×10^-6，氮含量≤120×10^-6，其余為Fe。

2、鋼采用轉爐冶煉+LF精煉+VD真空+ESR電渣重熔方法冶煉，電渣鋼錠：Φ865～960mm；

(1)采用轉爐冶煉+LF精煉+VD真空工藝生產Φ650mm電極棒時，LF精煉爐精煉用白渣法，在VD爐脫氣后軟吹氬≥15分鐘。

(2)在Φ865mm和Φ960mm電渣鋼錠冶煉中，電極棒重熔輸入功率分別控制在1300～1400kW和1700～1800kW；充填階段輸入功率以不大于100kW/h的速度逐漸降低。

3、鋼錠在鍛造前進行高溫均質化處理，加熱溫度為1190℃～1210℃，保溫時間根據錠型按30～42h控制。

4、采用多火次鍛造，分為四個步驟：

第一火：采用弧形鐓粗板鋼錠冒口向上鐓粗，鐓粗比控制在1.5～2.0之間，然后采用上平砧、下V型砧拔長，道次壓下量為30～50mm，變形率為15～20％。根據鋼錠尺寸返爐保溫時間2.5～3.5h之間，返爐溫度1190～1210℃。

第二火：輥身拔到成品鍛件尺寸加50mm余量，道次壓下量為60～80mm，變形率為25～30％。返爐保溫1～2h，返爐溫度1170～1190℃。

第三火：上平砧不變，下砧采用小V型砧鍛造一端輥頸，變形率為20～60％，道次壓下量在30～80mm之間，采用高溫停鍛3秒的方式進行。返爐保溫50～70分鐘，返爐溫度1170～1190℃。

第四火：鍛造另一端輥頸，休整輥身，輥身變形量在7～8％之間，輥頸鍛造方式和第3火一樣。

以上各火次終鍛溫度為850～900℃，900℃以下為休整溫度，不允許有大變形。

5、成品輥坯鍛后水冷3～4分鐘后，空冷到350～400℃后熱送退火。

6、鍛后熱處理工藝曲線也由三個部分組成：正火1020℃；球化退火：840℃碳化物溶斷，740℃形成球狀碳化物及長大，680℃擴氫及球狀碳化物進一步長大。

本發(fā)明生產的Cr6型鍛制電渣鋼冷軋工作輥輥坯碳化物帶狀和液析按照GB/T18254-2002標準中第8、9級別圖評定為≤1.0級，網狀碳化物按照GB/T1299-2014標準中第三級別圖評定為≤2.0級，球化組織按照GB/T1299-2014標準中第二級別圖評定為2級-3級，粗加工后的輥坯按照GB/T13314-2008中要求探傷，質量等級滿足表A.2中A級要求。