一种高速钢复合平整轧辊的制造方法

摘要

一种高速钢复合平整轧辊的制造方法，包括如下步骤：1)高速钢粉末制备；2)高速钢粉末热处理；3)辊芯材料及表面纹理处理；4)高速钢辊套的喷锻成形、同步再结晶及同步超声锻造；5)复合平整轧辊热处理。本发明采用雾化技术制备高速钢粉末、对高速钢粉末热处理降低其硬度，还原制粉过程中的引入的氧，辊芯采用锻钢材料并进行表面纹理处理，高速钢辊环套采用喷锻成形，同时采用电磁加热技术进行同步再结晶控制，并进行同步超声锻造提高组织致密性。最后经热处理获得复合平整轧辊。辊环套与辊芯结合紧密，高速钢层组织晶粒细小，硬度高，使用性能好，制造工艺技术稳定性高，适应性强，操作可靠。

主权项

一种高速钢复合平整轧辊的制造方法，包括如下步骤：1)高速钢粉末制备采用真空熔炼，水雾化法制粉，或者采用氮气/氩气‑氦气雾化法制备，粉末粒径为0.5～45μm；2)高速钢粉末热处理粉末制备后，将粉末混合碳粉，碳粉粒度为：200μm～400μm，碳粉含量占高速钢粉末和碳粉混合量的0.2‑5％质量比；混合均匀后放入氮气保护气氛炉中进行热处理；热处理温度为650℃‑750℃，保温2.5‑3.0小时，再在氮气保护下随炉冷却到150℃，取出后冷却到室温，分离出碳粉，再真空贮藏备用；3)辊芯材料及表面纹理处理辊芯材料为锻钢，辊芯棒外表面采用超音速表面纹理制备技术制备出正反螺旋纹理；4)高速钢辊套的喷锻成形、同步再结晶及同步超声锻造喷锻成形辊芯绕其轴心进行转动，采用高压气体携带高速钢粉末对辊芯表面进行喷锻成形，辊芯转动方向为：喷锻点转向超声锻造点；转动速度与高速钢辊套实时外径关系为：r＝16.7/d_t，式中，r为转速，单位为转/分；d_t为高速钢辊套的实时外径，单位为米；高速喷锻成形在气密室中进行，高压气体为惰性气体，气体中的氧气分压低于1.0×10^‑1Pa，气体的温度为0.48‑0.5T_m，T_m为高速钢的熔点；高速钢粉末的速度v为：$\upsilon =\sqrt{\frac{4.5T_m·{\sigma }_s}{\rho ·R·(T_m-T_r)}},$式中，v为高速钢粉末的速度，单位为m/s；T_m为高速钢的熔点，单位为K；T_r为室温，单位为K；σ_s为高速钢的室温强度，单位为Pa，ρ为高速钢的密度，单位为g/cm³，R为高速钢粉末的平均半径，单位为米；高速钢粉末输送率s为：70±10g/min；喷锻点束斑直径为10±1mm；同步再结晶，随着高速钢辊套的转动，在高速钢辊套外表面沉积形成一个高速钢喷锻成形环带，在成形环带外，采用高频电磁技术对高合金喷锻成形环带进行同步再结晶，高频电磁线圈与高速钢辊套同轴，线圈与复合辊位置为线圈与高速钢辊套外表面距离控制在1.5‑2.5mm之间；高频电磁再结晶的频率f_h＝ρ·πd_t/s，式中，f_h为频率，单位为kHz；d_t为高速钢辊套实时外径，单位为mm；s为高速钢粉末输送率，单位为g/min；ρ为高速钢的密度，单位为g/cm³；高频电磁线圈的宽度为：喷锻点束斑直径的2倍，高速钢喷锻成形环带表面温度为0.59‑0.61T_m，T_m为高速钢材料的熔点；喷锻成形点束斑沿高速钢辊套轴线的移动速度υ_P为：υ_p＝6*r，式中，υ_P为喷锻成形点束斑移动速度，单位为mm/min，r为高速钢辊套转速，单位为转/分；高频电磁线圈沿高速钢辊套轴心线的移动速度为：与喷锻成形点束斑沿高速钢辊套轴心线的移动速度特征同步，方向相同，始终处于喷锻成形环带上；同步超声锻造在高速钢喷锻成形环带进行同步超声锻造，锻造头轴心线与高速钢复合平整轧辊轴心线垂直，其频率为：f_F＝100π·d_t/S_F，式中，f_F为锻造频率，单位为Hz；d_t为平整辊实时外径，单位为mm；S_F为锻造头接触面积，单位为mm²；超声锻造头沿高速钢辊套轴心线的移动速度为：与喷锻成形点束斑沿高速钢辊套轴心线的移动速度相同，方向相同，始终处于喷锻成形环带上；至此完成高速钢复合平整轧辊的制备；5)复合平整轧辊热处理高速钢复合平整轧辊制备后，立刻送入到退火炉中，退火温度为0.65T_m±20，T_m为高速钢材料的熔点；高速钢复合平整轧辊在保温炉中的保温时间t＝0.6(d_s‑d₀)，式中t为保温时间，单位为min，d_s为高速钢复合平整轧辊最后外径，单位为mm，d₀为辊芯外径，单位为mm；保温后，从退火炉中取出吹空气强制冷却到室温，再于0.4‑0.42T_m回火2.5‑3.5小时，然后空冷致室温。