一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺及装置

摘要

一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺及装置，在双频感应淬火机床上进行，上加热感应器工频为50Hz，预加热比功率1‑3kw/cm2，下加热感应器为中频1000Hz，加热比功率0.5‑1.5kw/cm2。本发明感应淬火时，材料的加热温度通常大于800°C，热透入深度为△800°C=500/，根据公式计算，工频对轧辊的热透入深度为71mm，一般D2轧辊直径大多在ø80mm‑ø120mm之间，因此，上加热感应器可以对轧辊透热；下加热感应器工作频率为1000Hz，根据热透入公式，加热深度为16mm，因此，其淬硬层深度不小于8mm；本发明还通过对喷水圈上的喷水孔数量和孔径的限制，借此控制淬火喷水量，从而能使D2钢轧辊3淬硬层下面仍保持原调质组织，既满足轧辊表面硬度，也满足轧辊的综合力学性能。

权利要求

1.一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺，其特征在于：所述的工艺在双频感应淬火机床上进行，上加热感应器工频为50Hz，预加热比功率1-

3kw/cm2，下加热感应器为中频1000Hz，加热比功率0.5-1.5kw/cm2，具体工艺包括以下步骤：a、淬火预备

将D2钢轧辊两端的中心孔夹持在双频感应淬火机床的上、下竖直顶尖之间，启动轧辊绕轴线转动并沿加热感应器和喷水圈移动，转速为25-35r/min，移动速度为1.8-2mm/s；

b、预加热

轧辊辊身下端进入上加热感应器上口后，上加热感应器启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证轧辊辊身在上加热感应器下口的温度为780-800°C之间；

c、加热

轧辊辊身下端进入下加热感应器上口后，下加热感应器启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证轧辊辊身在下加热感应器下口的温度为980-1020°C之间；

d、喷水冷却淬火

轧辊继续下降使辊身下端进入喷水圈后，启动水泵进行喷水冷却淬火，保证工作水压

0.03-0.05MPa，淬火水温25-35°C；

e、上加热感应器电功率回零

当辊身上端部进入上加热感应器上口后，上加热感应器开始减电功率，到达上加热感应器下口时电功率减小到零；

f、下加热感应器电功率回零

当辊身上端部进入下加热感应器上口后，下加热感应器开始减电功率，到达下加热感应器下口时电功率减小到零；

g、喷水冷却保持

辊身上端部进入喷水圈并至喷水线以下后，轧辊停止下降，但转动依旧，继续喷水15-

25s；

h、回火

在带有循环风的箱式电阻炉里回火，炉窑温度均匀性在±5℃范围内，共回火两次，第一次回火温度550℃-560℃、回火时间36h，出炉空冷至室温，第二次回火温度550℃-560℃、回火时间24h；

I、硬度为HRC60-62、金相组织为马氏体+合金碳化物+少量残余奥氏体。

说明书

一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热处理工艺及装置，尤其涉及一种采用双频对D2钢进行热处理的淬火工艺及装置，属于热处理工艺技术领域。

背景技术

[0002] D2钢是美国材料与试验协会标准牌号，对应的中国标准牌号是Cr12Mo1V1，它是一种莱氏体冷作模具钢，具有高碳、高铬、高耐磨性能，且具有脆性大，极易开裂的特性。D2钢作为冷轧工作辊多用在轧制镜面不锈钢板的多辊轧机上，其硬度要求一般在HRC60°-62°之间，对强度和耐磨性要求也非常高。这种轧辊近几年国内只有部分公司可以生产，但生产规格只能局限在ø120mm×1200mm以下，其余规格的D2冷轧辊还主要依赖进口。这是因为D2钢的淬火温度较高980-1020C，且对表面的脱碳要求很高，一般的炉窑难以胜任。目前国内通常通过高温盐炉来实现，其基本工艺是：首先在普通炉窑内预热，然后转入高温盐炉加热，最后冷却油淬火、回火。以上工艺存在很大弊端：1、多辊机上的D2钢轧辊通常细而长，吊在盐炉中竖直加热，出炉淬火时，先出炉的上部恰恰是最后淬火，造成淬火温度下高上低，淬火硬度不均匀，不但影响带钢表面质量，还会导致轧辊早期剥落报废，如果采取出炉翻转掉头淬火，淬火温度又会下降，更容易造成轧辊弯曲；2、盐炉淬火，基本是透淬，轧辊韧性差，易开裂；3、盐炉对环境的污染严重、热利用率低、能耗大。总而言之，采用盐炉对D2钢轧辊进行加热淬火的工艺，属于高能耗、低产能的落后工艺，不能满足现代工业产品的技术要求。

发明内容

[0003] 为了弥补D2钢轧辊传统热处理淬火工艺的技术不足，本发明提供一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺及装置，使工件淬火硬度均匀、综合机械性能好，工艺热利用率高且对环境无污染。

[0004] 本发明通过以下技术方案实施：一种D2钢轧辊双频热处理淬火工艺，所述的工艺在双频感应淬火机床上进行，上加热感应器为工频50Hz，预加热比功率1-3kw/cm2，下加热感应器为中频1000Hz，加热比功率0.5-1.5kw/cm2，具体工艺包括以下步骤：

[0005] a、淬火预备

[0006] 将D2钢轧辊两端的中心孔夹持在双频感应淬火机床的上、下竖直顶尖之间，启动轧辊绕轴线转动并沿加热感应器和喷水圈移动，转速为25-35r/min，移动速度为1.8-2mm/s；

[0007] b、预加热

[0008] 轧辊辊身下端进入上加热感应器后，上加热感应器启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证轧辊辊身在上加热感应器下出口的温度为780-800°C之间；

[0009] c、加热

[0010] 轧辊辊身下端进入下加热感应器，下加热感应器启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证轧辊辊身在下加热感应器下出口的温度为980-1020°C之间；

[0011] d、喷水冷却淬火

[0012] 轧辊继续下降使辊身下端进入喷水圈后，启动水泵进行喷水冷却淬火，保证工作水压0.03-0.05MPa，淬火水温25-35°C；

[0013] e、上加热感应器电功率回零

[0014] 当辊身上端部进入上加热感应器后，上加热感应器开始减电功率，到达上加热感应器下出口时电功率减小到零；

[0015] f、下加热感应器电功率回零

[0016] 当辊身上端部进入下加热感应器后，下加热感应器开始减电功率，到达下加热感应器下出口时电功率减小到零；

[0017] g、喷水冷却保持

[0018] 辊身上端部进入喷水圈并至喷水线以下后，轧辊停止下降，轧辊继续转动，并继续喷水15-25s。

[0019] h、回火

[0020] 在带有循环风的箱式电阻炉里回火，炉窑温度均匀性在±5℃范围内，共回火两次，第一次回火温度550℃-560℃、回火时间36h，出炉空冷至室温，第二次回火温度550℃-560℃、回火时间24h；

[0021] I、硬度为HRC60°-62°、金相组织为马氏体+合金碳化物+少量残余奥氏体。

[0022] 一种D2钢轧辊双频热处理淬火的装置，包括双频感应淬火机床、夹持顶尖、上加热感应器、下加热感应器、喷水圈，所述的夹持顶尖分为上、下顶尖，所述的上、下顶尖相对，并竖直支承在双频感应淬火机床的工作轴线上；所述的轧辊通过两端中心孔夹持在上、下顶尖之间；所述的上加热感应器和下加热感应器由紫铜制成，所述喷水圈采用不锈钢制成，上加热感应器、下加热感应器和喷水圈沿双频感应淬火机床的轴线分别工作，三者由上至下依次外套在轧辊的外围且圆周间距相等，其特征在于：

[0023] 所述的上加热感应器的高度设置在190-210mm之间，加热比功率设置为1-3kw/cm2；

[0024] 所述的下加热感应器的高度设置在155-175mm之间，加热比功率设置为0.5-1.5kw/cm2；

[0025] 所述的喷水圈内壁面为上小下大的锥形面，锥形面圆周上设有若干只向心喷水孔。

[0026] 进一步地，所述上加热感应器与下加热感应器之间的间距设置在45-55mm之间。

[0027] 进一步地，所述下加热感应器与喷水圈之间的间距设置在25-35 mm之间。

[0028] 进一步地，所述轧辊与上加热感应器之间的间距设置在30-35mm之间。

[0029] 进一步地，所述轧辊与下加热感应器之间的间距设置在10-15 mm之间。

[0030] 进一步地，所述喷水圈上的锥形面与端面夹角为55-65°。

[0031] 进一步地，所述喷水圈内壁锥形面上设有的若干只喷水孔轴线与锥形面垂直，若干只喷水孔的出孔口中心处在同一平面上，所述的这一平面与夹持顶尖的轴线垂直，喷水孔的直径为¢1.6-¢1.8mm，相邻两喷水孔间距为9-11mm。

[0032] 本发明感应淬火时，材料的加热温度通常大于800°C，热透入深度为△800°C=500/ ，根据公式计算，工频对轧辊的热透入深度为71mm，一般D2轧辊直径大多在ø80mm-ø120mm之间，因此，上加热感应器可以对轧辊透热；下加热感应器工作频率为1000Hz，根据热透入公式，加热深度为16mm，因此，其淬硬层深度不小于8mm；本发明还通过对喷水圈上的喷水孔数量和孔径的限制，借此控制淬火喷水量，从而能使D2钢轧辊3淬硬层下面仍保持原调质组织，在满足轧辊表面硬度的同时，也满足轧辊包括韧性在内的综合力学性能要求。

附图说明

[0033] 附图1为本发明双频热处理淬火装置的结构示意图；

[0034] 附图2为附图1中I部分结构移出放大图。

[0035] 在附图1和2中：1为双频感应淬火机床、2和2’为上下夹持顶尖、3为D2钢轧辊、4为上加热感应器、401为上加热感应器上口、402为上加热感应器下口、5为下加热感应器、501为下加热感应器上口、502为下加热感应器下口、6为喷水圈、601锥形面、602喷水孔。

具体实施方式

[0036] 以下结合附图对本发明作进一步解释说明：

[0037] 如附图1、2所示，D2钢轧辊双频热处理淬火的装置，包括双频感应淬火机床1、上下夹持顶尖2和2’、上加热感应器4、下加热感应器5、喷水圈6，上夹持顶尖2和下夹持顶尖2’顶尖相对，两顶尖竖直支承在双频感应淬火机床1的工作轴线上；D2钢轧辊3通过两端中心孔夹持在上夹持顶尖2和下夹持顶尖2’之间；上加热感应器4和下加热感应器5由紫铜制成，喷水圈6采用不锈钢制成，上加热感应器4、下加热感应器5和喷水圈6分别沿双频感应淬火机床1的工作轴线，由上至下依次外套在D2钢轧辊3的外围且圆周间隙相等；上加热感应器4的高度设置为200mm，加热比功率设置为2kw/cm2；下加热感应器5的高度设置为160mm，加热比功率设置为1kw/cm2；喷水圈6内表面为上小下大的锥形面601，锥形面601圆周上设有若干个向心喷水孔602，喷水孔602轴线与锥形面601垂直；上加热感应器4与下加热感应器5之间的间距设置为50mm；下加热感应器5与喷水圈6之间的间距设置为30 mm；D2钢轧辊3与上加热感应器4之间的间距设置为32mm；D2钢轧辊3与下加热感应器5之间的间距设置为12mm。

[0038] 本发明在上述双频热处理淬火装置上实现的淬火工艺包括以下步骤：

[0039] a、淬火预备

[0040] 将D2钢轧辊3两端的中心孔夹持在双频感应淬火机床1的上夹持顶尖2和下夹持顶尖2’之间，启动D2钢轧辊3绕轴线转动并沿上加热感应器4、下加热感应器5和喷水圈6移动，转速为30r/min，移动速度为2mm/s；

[0041] b、预加热

[0042] 在上加热感应器4工频为50Hz，预加热比功率2kw/cm2的条件下，D2钢轧辊3的辊身下端进入上加热感应器上口401后，上加热感应器4启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证D2钢轧辊3的辊身在上加热感应器4下口402的温度为790°C；

[0043] c、加热

[0044] 在下加热感应器5为中频1000Hz，加热比功率1kw/cm2的条件下，D2钢轧辊3的辊身下端进入下加热感应器上口501后，下加热感应器5启动，调节电位器，使电功率逐渐平稳增加，保证D2钢轧辊3的辊身在下加热感应器下口502的温度为1000°C；

[0045] d、喷水冷却淬火

[0046] D2钢轧辊3继续下降使辊身下端进入喷水圈6后，启动水泵进行喷水冷却淬火，工作水压为0.04MPa，淬火水温30°C；

[0047] e、上加热感应器4电功率回零

[0048] 当D2钢轧辊3的辊身上端部进入上加热感应器上口401后，上加热感应器4开始减电功率，到达上加热感应器下出口402时电功率减小到零；

[0049] f、下加热感应器5电功率回零

[0050] 当D2钢轧辊3的辊身上端部进入下加热感应器上口501后，下加热感应器5开始减电功率，到达下加热感应器下出口502时电功率减小到零；

[0051] g、喷水冷却保持

[0052] D2钢轧辊3的辊身上端部进入喷水圈6并至喷水线以下后，D2钢轧辊3的辊身停止下降，轧辊继续转动，并继续喷水15-25s；

[0053] h、回火

[0054] 在带有循环风的箱式电阻炉里回火，炉窑温度均匀性在±5℃范围内，共回火两次，第一次回火温度550℃-560℃、回火时间36h，出炉空冷至室温，第二次回火温度550℃-560℃、回火时间24h；

[0055] I、硬度为HRC60°-62°、金相组织为马氏体+合金碳化物+少量残余奥氏体。

[0056] 本发明感应淬火时，材料的加热温度通常大于800°C，热透入深度为△800°C=500/，根据公式计算，工频对D2钢轧辊3的热透入深度为71mm，一般D2钢轧辊3直径大多在ø80mm-ø120mm之间，因此，上加热感应器4可以对D2钢轧辊3透热；下加热感应器5工作频率为
1000Hz，根据热透入公式，加热深度为16mm，因此，其淬硬层深度不小于8mm；本发明还通过对喷水圈6上的喷水孔602数量和孔径的限制，借此控制淬火喷水量，从而能使D2钢轧辊3淬硬层下面仍保持原调质组织，在满足轧辊表面硬度的同时，也满足轧辊包括韧性在内的综合力学性能要求。