耐氢脆轧辊及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种耐氢脆轧辊及其制造方法。
背景技术
氢和应力的共同作用会导致金属材料产生脆性断裂，这种现象称为氢脆。金属中氢的来源主要有内含的和外来的两种。内含的氢是指金属在熔炼过程中以及随后的加工过程中(如焊接、酸洗、电镀等)吸收的氢；外来的氢是指金属机件在服役时环境介质中含有的氢。
在任何状态下，氢对金属性能的影响都是有害的。由于氢在金属中存在的状态不同以及氢与金属交互作用性质的不同，氢可通过不同的机制使金属脆化，包括氢蚀、白点、氢化物致脆和氢致延滞断裂。其中最常见的就是氢致延滞断裂，它是指在高强度钢中含有适量的处于固溶状态的氢，在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这类氢脆的特点是：①只在一定范围内出现，如高强度钢大多出现在-100℃～150℃之间，而以室温下最敏感；②提高应变速率，材料对氢脆的敏感性降低，因此，只有在慢速加载试验中才能显示这类脆性；③此类氢脆显著降低金属材料的断后伸长率；④高强度钢的氢致延滞断裂断口的宏观形貌与一般脆性断口相似。其断裂过程分为三个阶段，即孕育阶段、裂纹亚稳扩展阶段及失稳扩展阶段。
在热镀锌平整机、热镀铝平整机或者热镀锌铝合金平整机的轧制过程中，轧辊与相应的镀锌、镀铝或铝锌共镀钢板相接触而粘着了相应的锌、铝或锌铝合金，由于锌或铝与冷却水作用而生成氢，这些氢渗入轧辊内部，在轧制过程中，氢发生聚集，在一定条件下形成氢分子，体积发生急剧膨胀，内压力足以将金属局部撕裂，引起了氢脆裂纹，造成轧辊表面的剥落。虽然可以对轧辊进行磨削修复，但是当轧辊辊身尺寸小于规定数值时，则只能报废。因此，用于热镀锌平整机、热镀铝平整机或者热镀锌铝合金平整机的轧辊的使用寿命较短。
轧辊的制造以辊坯为材料，对辊坯进行粗车、调质、淬火热处理、冷处理、回火处理以及机加工后，得到轧辊。对于Cr3和Cr5材质的轧辊，其冷处理的温度通常为-75℃～-60℃，也称为深冷处理，而深冷处理会增加裂纹倾向，造成轧辊的剥落。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述问题，提供一种耐氢脆轧辊及其制造方法。
实现本发明第一目的的技术方案是：一种耐氢脆轧辊，所述耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为10wt％～18wt％。所述耐氢脆轧辊的硬度为92HSD～94HSD。所述耐氢脆轧辊的晶粒度为9.5级～11级。
实现本发明另一目的的第一种技术方案是：一种耐氢脆轧辊的制造方法，具有以下步骤：对辊坯进行粗车得到轧辊半成品，对轧辊半成品依次进行调质、淬火热处理、冷处理、回火处理以及机加工后得到耐氢脆轧辊；其中：冷处理的温度为-40℃～0℃；所得到的耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为10wt％～18wt％。
上述淬火热处理的温度为910℃～990℃；所得到的耐氢脆轧辊的晶粒度为9.5级～11级。
上述回火处理的温度为115℃～145℃；所得到的耐氢脆轧辊的硬度为92HSD～94HSD。
所用的辊坯为Cr3或Cr5材质的辊坯；上述机加工过程分为粗磨和精磨，粗磨后保持精磨余量在30～60丝。
实现本发明另一目的的第二种技术方案是：一种耐氢脆轧辊的制造方法，具有以下步骤：对辊坯进行粗车得到轧辊半成品，对轧辊半成品依次进行调质、淬火热处理、回火处理以及机加工后得到耐氢脆轧辊；所得到的耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为10wt％～18wt％。
上述淬火热处理的温度为910℃～990℃；所得到的耐氢脆轧辊的晶粒度为9.5级～11级。
上述回火处理的温度为115℃～140℃；所得到的耐氢脆轧辊的硬度为92～94HSD。
所用的辊坯为Cr3或Cr5材质的辊坯；机加工过程分为粗磨和精磨，粗磨后保持精磨余量在30～60丝。
本发明具有积极的效果：(1)本发明的轧辊制造过程中，取消深冷处理或者在-40℃～0℃下进行冷处理，这样便能够得到10wt％～18wt％的残余奥氏体含量，高于普通轧辊残奥含量(3wt％～5wt％)，这样就能有效防止氢脆的发生。(2)高强度钢对氢致延滞断裂非常敏感，钢的等级强度愈高，对氢脆愈敏感，因此提高回火温度，以提高韧性，可以将轧辊的硬度降低到92HSD～94HSD，这样就能减少氢脆的发生。(3)细化晶粒可提高抗氢脆能力，因此通过降低淬火温度控制晶粒度在9.5级～11级。(4)在机加工中的磨削过程中先后进行粗磨加工和精磨加工，有利于防止磨加工中的烧伤，以免产生拉应力，使得轧辊表面获得残余压应力层，粗精磨分开，对防止轧辊的氢脆也是十分重要的。(5)本发明的耐氢脆轧辊主要用于热镀锌、热镀铝、热镀锌铝合金等平整机中。
【具体实施方式】
(实施例1)
本实施例的耐氢脆轧辊用于热镀锌平整机，辊坯的材质为Cr3，由该辊坯制造耐氢脆轧辊的过程如下：
①粗车：用机床对辊坯进行粗略的机加工得到轧辊半成品。
②调质：将轧辊半成品加热到900℃，然后用油冷却进行淬火，随后再加热到640℃进行高温回火处理，从而改善基体组织。
③淬火热处理：采用双频或工频感应圈感应加热方式将轧辊半成品加热到940℃，然后用水冷却进行淬火。
④回火处理：根据淬火后轧辊的硬度，将轧辊半成品加热到140℃，并保温100小时，随炉冷却至环境温度。
⑤机加工：对轧辊半成品先进行粗磨，使精磨余量保持30～60丝，再进行精磨，以保证残余压应力。从而得到本实施例的耐氢脆轧辊。
本实施例的耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为15％，硬度为93HSD，晶粒度为10级，淬硬层深度为25mm。
(实施例2)
本实施例的耐氢脆轧辊用于热镀铝平整机，辊坯材质为Cr5，由该辊坯制造耐氢脆轧辊的过程如下：
①粗车：用机床对辊坯进行粗略的机加工得到轧辊半成品。
②调质：将轧辊半成品加热到950℃，然后用油冷却进行淬火，随后再加热到620℃进行高温回火处理，从而改善基体组织。
③淬火热处理：采用双频或工频感应圈感应加热方式将轧辊半成品加热到980℃，然后用水冷却进行淬火。
④冷处理：在-30℃冷处理2小时。
⑤回火处理：根据淬火后轧辊的硬度，将轧辊半成品加热到140℃，并保温100小时，随炉冷却至环境温度。
⑥机加工：对轧辊半成品先进行粗磨，使精磨余量保持30～60丝，再进行精磨，以保证残余压应力。从而得到本实施例的耐氢脆轧辊。
本实施例的耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为10％，硬度为94HSD，晶粒度为9.5级，淬硬层深度为22mm。
(实施例3)
本实施例的耐氢脆轧辊用于热镀锌铝合金平整机，辊坯的材质为Cr3，由该辊坯制造耐氢脆轧辊的过程如下：
①粗车：用机床对辊坯进行粗略的机加工得到轧辊半成品。
②调质：将轧辊半成品加热到900℃，然后用油冷却进行淬火，随后再加热到630℃进行高温回火处理，从而改善基体组织。
③淬火热处理：采用双频或工频感应圈感应加热方式将轧辊半成品加热到940℃，然后用水冷却进行淬火。
④回火处理：根据淬火后轧辊的硬度，将轧辊半成品加热到135℃，并保温90小时，随炉冷却至环境温度。
⑤机加工：对轧辊半成品先进行粗磨，使精磨余量保持30～60丝，再进行精磨，以保证残余压应力。从而得到本实施例的耐氢脆轧辊。
本实施例的耐氢脆轧辊的残余奥氏体含量为18％，硬度为92HSD，晶粒度为11级，淬硬层深度为30mm。