專利名稱：一種軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥鍛后熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于大鍛件熱處理工藝技術領域，主要涉及的是一種軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥鍛后熱處理工藝。
背景技術：
大型支承輥一般用于大型板帶軋制設備的關鍵和核心部位，是軋機中用來支承工作輥或中間輥，以便在軋制時防止工作輥出現撓曲變形而影響板形質量的重要部件，是大型冷軋、熱軋設備的基礎件。隨著軋機向自動化、高精度、優質板形控制等方向發展，軋制條件越來越苛刻，提高軋制效率、降低軋制成本、保證產品質量成為突出的問題。由于軋制時長期承受大載荷，容易引起滑動磨損和斷輥，熱軋支承輥的主要失效形式為①支承輥兩側邊緣部位30 50mm處，受局部交變載荷的作用下容易產生應力集中，導致局部掉塊現象的發生；②支承輥在使用過程中，常表現為表面磨損嚴重，出現耐磨性不足的問題。分析表面磨損失效的主要原因是在重載荷、冷熱交變狀態下工作時，受所軋制鋼種變化的影響，加上部分母材成分的偏析和制造工藝上的缺陷，使軋輥表面局部極易產生一定深度的殘余應力集中。隨著時間的推移，逐漸由點擴展至局部層面的層狀撕裂，最終導致大面積的脫離。在軋輥產品中，支承輥是尺寸大、重量大、制造難度大的品種，技術水平要求非常高。支承輥的性能特征為輥身表面硬度高、硬度均勻性好、輥身淬硬層深，輥頸和輥身芯部具有良好的強韌性。作為軋機的重要部件，對支承輥的要求也不斷提高，要求支承輥具有高的耐磨性、 抗斷裂性、抗剝落性。尤其是對大型支承輥材料、輥身硬度、均勻性、淬硬性、殘余應力等方面提出了較高的要求。因此，鍛鋼支承輥通常應具備如下主要特性
(1)具有很高的淬透性及高的耐磨性，要求表面淬硬層深度達到50 80mm；
(2)支承輥內部具有致密的組織和良好的抗事故性；
(3)具有很強的在交變應力作用下的表面抗剪應力的能力，以防止剝落；
(4)具有高強度、穩定的剛性。大型支承輥鍛件重量一般在幾十到上百噸，需用大型鋼錠鍛制。早期的厚板軋機支承輥采用60CrMnMo和50CrNiMo材料，后來發展為70Cr3Mo、70Cr3NiMo，適用于硬度較小的支承輥。由于材料含碳量較高隨著鋼錠的增大，碳及合金元素偏析較大，支承輥芯部不可避免地出現了網狀碳化物或混晶組織，支撐輥心部韌性降低，抗事故能力下降，影響了使用性能。由于合金元素，尤其是碳化物形成元素含量低，使鋼的耐磨性降低；此外，隨著冶金設備的大型化，市場急需Φ 1500mm以上的大型支承輥，此類材料如70Cr3Mo已不能滿足大型支承輥工作的需要。大型軋機支承輥材料發展的趨勢是以降低碳含量，增加Cr含量，碳含量在0. 4 0. 6%之間，Cr含量提高到4-5%之間，添加微量的V元素來細化支承輥心部晶粒，其目的是通過提高Cr含量來提高鋼的淬硬層深度。由于絡含量高，形成大量硬度高且彌散分布的M7C3型碳化物，同時擁有良好的淬透性，從而提高軋輥的耐磨性、抗剝落能力及綜合機械性能，滿足大型軋機的工作要求。大型支承輥制造工藝流程備料一粗煉一鋼包精煉一真空鑄錠一鍛造一鍛后熱處理一粗加工一超聲探傷一預備熱處理一半精加工一最終熱處理一精加工一超聲探傷。傳統的熱處理工藝
支承輥的熱處理分為兩部分第一部分為鍛后熱處理。鍛后入爐通常在600 650°C 待料保溫，然后直接升溫。采用1次正火處理。其目的是細化晶粒、均勻組織，消除網狀碳化物，去除氫氣、防止白點產生，得到滿意的球化組織。第二部分為最終熱處理。通常采用差溫加熱方式，淬火時輥身噴霧冷卻，輥頸空冷。輥身回火完成后再將輥身包罩，對輥頸回火。其目的是在軋輥表面淬火前對軋輥輥身的差溫加熱，使得淬火處理后工件內外得到不同的組織，即保證軋輥工作層的硬度，又保證軋輥整體的強度和韌性。支承輥的傳統鍛后熱處理工藝存在的不足之處為
(1)鍛后入爐通常在600 650°C待料保溫，然后直接升溫，這樣心部降溫很慢，且奧氏體轉變不充分。(2)鍛后采用1次正火(正火+球化退火+回火)的熱處理方式，對支承輥細化晶粒不夠充分。對于較大或特大的支承輥，由于冶煉條件、鑄錠冷卻條件較差、鑄態組織晶粒粗大、偏析嚴重，而且鍛造變形較困難，內部晶粒相對粗大，則需增加一次正火和一次過冷， 使基體組織更細化，為下道熱處理及機械加工工序做好組織準備，此時的組織為細晶粒的球狀珠光體。針對支承輥的傳統鍛后熱處理工藝存在的不足，本發明提出如下的工藝改進。

發明內容
大型支承輥鍛件中往往存在著顯著的化學成分不均勻性、多種多樣的組織缺陷和過高的有害氣體含量。鍛造過程中由于大型支承輥鍛造變形的不同時性、不均勻性和再結晶程度不同，鍛件毛胚可能出現廣2級的粗大晶粒和混晶現象，因此必須進行熱處理改善其內部缺陷及組織結構，還可消除鍛造應力調整組織及均勻性，防止產生白點。本發明的目的即是提出一種軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥熱處理工藝，滿足大型支承輥的高硬度和良好綜合機械性能要求。所述支承輥的材料為45Cr4NiMoV ；支承輥的材料的化學成份為C :0. 4-0. 5，Si 0. 4-0. 7，Mn 0. 6-0. 8，Mo :0. 4-0. 7, Cr :3. 4-4. 5，Ni :0. 4-0. 6, V :0. 05-0. 15，S 彡 0. 015， P 彡 0. 015。支承輥材料的相變臨界點，Acl 7840C，Ac3 :859°C。所述大型支承輥制造工藝流程備料——粗煉——鋼包精煉——真空鑄錠—— 鍛造——鍛后熱處理——粗加工——超聲探傷——預備熱處理——半精加工一一最終熱處理——精加工——超聲探傷。本發明所述的軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥的鍛后熱處理工藝技術特征如下
(1)鍛后空冷到400 450°C入爐，低于傳統的600 650°C入爐溫度，熱處理爐待料溫度不低于600°C ；有利于縮短保溫時間盡快將毛坯心部奧氏體充分過冷轉變為珠光體組織，然后以較快加熱速度重新奧氏體化進行重結晶細化，再繼之空冷進行正火；
(2)采用高溫正火+低溫正火+球化退火+高溫回火工藝，空冷； (a)高溫正火
將支承輥鍛后空冷到400 450°C入爐；熱處理爐待料溫度不低于60(TC，保溫18 22小時，使支承輥芯部和表面溫度均勻；緩慢升溫至890 930°C，升溫速率小于等于70 800C /h，保溫18 20小時，吊下臺車空冷，空冷至400 450°C后進行爐冷，爐冷至300 350°C，保溫30 ；35小時；
45Cr4NiMoV鋼是高合金鋼過共析鋼，經高溫正火得到數量更多、組織更細的珠光體組織，提高了合金鋼的機械性能，細化晶粒，消除了滲碳體網狀組織，為下一步熱處理做好組織準備。(b)低溫正火
保溫30 35小時后緩慢升溫至640 680°C，升溫速率小于等于50 60°C /h，保溫 18 22小時；升溫至870 920°C，升溫速率小于等于70 80°C /h，保溫25 30小時； 吊下臺車空冷，空冷至400 450°C后進行爐冷，爐冷至300 350°C，保溫30 35小時； (C)球化退火
球化退火加熱溫度的高低和冷卻速度的快慢對球化后組織的粗細影響很大。將低溫正火后的支承輥，加熱緩慢升溫至790 830°C，升溫的速率小于等于50 60°C /h,保溫時間 40 45小時，進行爐冷方式緩慢冷卻；進行球化處理后可使碳化物變成球狀，從而保證在調質過程中承受激烈的冷卻而不開裂。過共析鋼經球化退火后，片狀滲碳體(包括珠光體中的二次滲碳體)變為粒狀滲碳體，形成較穩定的、均勻的球化組織，其硬度比片狀珠光體低。(d)高溫回火
球化退火后，爐內冷至620 660°C，保溫100 120小時；緩慢冷卻至150°C時，出爐。 在緩慢冷卻過程中冷卻的速率不同，在冷卻至400°C之前，冷卻速率為小于等于30°C /h, 400°C至出爐前冷卻速率為15°C /h。高溫回火處理后，既有高的強度極限和屈服極限，又有足夠的塑性和韌性，故具有高的綜合力學性能。大型支承輥鍛件鋼錠尺寸較大，結晶過程緩慢，因而鑄造組織異常粗大，化學成分和組織偏析嚴重。在鍛造過程中，由于鍛造周期長，加熱次數多，加熱速度慢，在高溫區域停留時間長，變形分布不均勻，使大鍛件晶粒粗大，組織均勻性差。由于支承輥最終淬火只加熱表面一定深度，輥心部保持原鍛后熱處理狀態，而大型支承輥的心部組織和性能對軋輥的抗斷裂能力有決定性影響。本發明所述的45Cr4NiMoV鋼是高合金鋼過共析鋼，鍛前加熱到1100 1200°C，C 和Cr等元素完全固溶在單相奧氏體中，鍛后緩慢冷卻時沿晶界析出大量的先共析碳化物， 并出現網狀碳化物分布現象，之后進行珠光體轉變產生片層狀珠光體。如果鍛件心部出現網狀碳化物，則在后續熱處理中很難完全消除，所以應嚴格控制輥坯的終鍛溫度在800 850°C間，并且鍛后輥坯應立即進行強制冷卻，抑制網狀碳化物網形成。支承輥鍛后待料保溫使得心部和表面溫度基本均勻，升溫至奧氏體化溫度后保溫一定的時間，考慮到截面較大，熱處理正火后吊下臺車空冷，采用風扇強制空冷，使組織由奧氏體充分分解為鐵素體+碳化物的混合物，這不僅有利于氫的脫溶和擴散，而且有利于晶粒的調整和細化。進行球化處理后可使碳化物變成球狀，從而保證在調質過程中承受激烈的冷卻而不開裂。較高的回火溫度可以降低組織轉變應力和提高去氫處理效果，保證軋輥內部不存在白點并降低工件硬度，有利于切削加工。鍛后熱處理的主要作用是
(1).細化晶粒。本發明采用鍛后在400 450°C入爐保溫，有利于縮短保溫時間盡快將毛胚心部奧氏體充分過冷轉變為珠光體組織，然后以較快加熱速度重新奧氏體化進行重結晶細化，再繼之空冷進行正火。(2).調整組織消除網狀組織。大型鋼錠上部碳元素還偏析相當大，在Acl以上溫度長時間保溫，使碳化物部分回溶，剩余未熔碳化物發生球化，冷卻時得粒狀珠光體組織。 這樣組織韌性好，為下一步熱處理做好了組織準備。(3).防止出現白點。白點和氫脆產生的機理是應力與氫聯合作用的結果。
具體實施例方式實施例
所述大型支承輥是指輥身直徑大于等于Φ 1500mm以上的支承輥。給出本發明實施例，對本發明加以說明，但不構成對本發明的任何限制。所述大型支承輥制造工藝流程備料——粗煉——鋼包精煉——真空鑄錠——鍛造——鍛后熱處理(采用高溫正火+低溫正火+球化退火+高溫回火工藝，空冷)——粗加工——超聲探傷——預備熱處理(淬火+高溫回火)——半精加工——超聲探傷——包裝。實例45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥鍛后熱處理工藝支承輥規格為輥身直徑Φ 1750
軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥熱處理工藝包括鍛后熱處理工藝、預備熱處理、最終熱處理。其中鍛后熱處理工藝流程為
(1)鍛后空冷到400 450°C入爐，熱處理爐待料溫度不低于60(TC；有利于縮短保溫時間盡快將毛坯心部奧氏體充分過冷轉變為珠光體組織，然后以較快加熱速度重新奧氏體化進行重結晶細化，再繼之空冷進行正火；
(2)采用高溫正火+低溫正火+球化退火+高溫回火工藝，空冷；
(a)高溫正火
將支承輥鍛后空冷到400 450°C入爐；熱處理爐待料溫度不低于600°C，保溫20小時，使支承輥芯部和表面溫度均勻；緩慢升溫至890、00士 10°C，升溫速率小于等于80°C / h，，保溫20小時，吊下臺車空冷，空冷至40(T450°C后進行爐冷，爐冷至30(T350°C，保溫35 小時；
(b)低溫正火
保溫35小時后緩慢升溫至65(T670°C，升溫速率小于等于60°C /h，保溫20小時；升溫至870 890°C，升溫速率小于等于80°C /h，保溫沈小時；吊下臺車空冷，空冷至400 450°C后進行爐冷，爐冷至300 350°C，保溫35小時； (C)球化退火
低溫正火后的支承輥緩慢升溫至790 830°C，升溫的速率小于等于60°C /h,保溫45 小時，進行爐冷； (d)高溫回火
球化退火后爐冷至620 660°C，保溫100 120小時；緩慢冷卻至小于等于150°C 時，出爐，在緩慢冷卻過程中冷卻的速率不同，在冷卻至400°C之前，冷卻速率為小于等于 300C /h，400°C至出爐前冷卻速率為15°C /h。高溫回火處理后，既有高的強度極限和屈服極限，又有足夠的塑性和韌性，故具有高的綜合力學性能。
權利要求
1. 一種軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥的鍛后熱處理工藝，其特征在于(1)鍛后空冷到400 450°C入爐，低于傳統的600 650°C入爐溫度，熱處理爐待料溫度不低于600°C ；(2)采用高溫正火+低溫正火+球化退火+高溫回火工藝，空冷；(a)高溫正火將支承輥鍛后空冷到400 450°C入爐；熱處理爐待料溫度不低于60(TC，保溫18 22小時，使支承輥芯部和表面溫度均勻；緩慢升溫至890 930°C，升溫速率小于等于70 800C /h，保溫18 20小時，吊下臺車空冷，空冷至400 450°C后進行爐冷，爐冷至300 350°C，保溫30 ；35小時；(b)低溫正火保溫30 35小時后緩慢升溫至640 680°C，升溫速率小于等于50 60°C /h，保溫 18 22小時；升溫至870 920°C，升溫速率小于等于70 80°C /h，保溫25 30小時； 吊下臺車空冷，空冷至400 450°C后進行爐冷，爐冷至300 350°C，保溫30 35小時；(C)球化退火將低溫正火后的支承輥，加熱緩慢升溫至790 830°C，升溫的速率小于等于50 600C /h，保溫時間40 45小時，進行爐冷方式緩慢冷卻；(d)高溫回火球化退火后，爐內冷至620 660°C，保溫100 120小時；緩慢冷卻至150°C時，出爐， 在緩慢冷卻過程中冷卻的速率不同，在冷卻至400°C之前，冷卻速率為小于等于30°C /h, 400°C至出爐前冷卻速率為15°C /h。
全文摘要
本發明屬于大鍛件熱處理工藝技術領域，主要涉及一種軋機45Cr4NiMoV合金鋼大型支承輥的鍛后熱處理工藝，鍛后空冷到400～450℃入爐，熱處理爐待料溫度不低于600℃;采用高溫正火+低溫正火+球化退火+高溫回火工藝，空冷。采用本發明所述的鍛后熱處理工藝具有的特點細化晶粒。調整組織消除網狀組織。大型鋼錠上部碳元素還偏析相當大，在Ac1以上溫度長時間保溫，使碳化物部分回溶，剩余未熔碳化物發生球化，冷卻時得粒狀珠光體組織。這樣組織韌性好，為下一步熱處理做好了組織準備。防止出現白點。
文檔編號C21D11/00GK102417965SQ20111037222
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者平志革, 朱堅民, 雷靜桃, 雷靜波 申請人:洛陽中創重型機械有限公司