韓 雷 楊志洪

(中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161042)

寬厚板軋機(jī)是軋鋼設(shè)備中最大的軋機(jī)，也是主力軋機(jī)之一，在一定程度上代表著一個(gè)國(guó)家的裝備水平。隨著寬厚板軋機(jī)的增多，支承輥的需求量增加，預(yù)計(jì)年需支承輥2 000 t。

寬厚板軋機(jī)支承輥在所有軋機(jī)的支承輥中規(guī)格是最大的，一般直徑為?1 800 mm～?2 400 mm，重量都在百噸以上。制造這樣特大型支承輥對(duì)工廠的生產(chǎn)條件、技術(shù)水平、設(shè)備能力要求很高，世界上僅有幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家才能夠生產(chǎn)，目前的訂貨周期均接近兩年。為了滿足冶金工業(yè)的發(fā)展需求，我們除了在設(shè)備上提高生產(chǎn)能力外，還對(duì)工藝手段進(jìn)行研究，以提高鍛造效率。本文將介紹我們?yōu)槟充搹S3 500 mm軋機(jī)生產(chǎn)支承輥的先進(jìn)的工藝方法。

1 3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥技術(shù)要求

某鋼廠3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥主要考核指標(biāo)如下：

(1)規(guī)格為?1 950 mm×3 672 mm×9 190 mm，成品重量為119 t。

(2)技術(shù)要求為：

輥身硬度53～58HS；輥頸硬度40～48HS；輥身硬度均勻性±2.5HS；輥身淬硬層深度≥100 mm；材料45Cr4NiMoV；探傷按JB/T4120—93標(biāo)準(zhǔn)。

2 3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥的工藝難點(diǎn)

支承輥制造工藝流程為：

備料→粗煉鋼水(電爐)→鋼包精煉(真空除氣)→真空鑄錠→鍛前加熱→水壓機(jī)鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲波探傷→差溫加熱噴水霧淬火→回火→精加工→超聲波探傷→包裝、發(fā)運(yùn)。

由于該3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥規(guī)格龐大，凈重達(dá)119.8 t，毛坯重量達(dá)161 t，所以其制造難度是很大的。

(1)隨著厚板軋機(jī)向大型化發(fā)展，支承輥輥身的直徑不斷增大，其鍛件截面增大，鋼錠也隨之增大。我公司由最初的83 t鋼錠鍛出一件發(fā)展到現(xiàn)在259 t鋼錠出一件。冶煉澆注時(shí)如何使其成分偏析減小、夾雜物減少并將氫含量控制在極限范圍內(nèi)，杜絕超標(biāo)夾雜物和白點(diǎn)的產(chǎn)生，這是難點(diǎn)之一。

(2)隨著鋼錠截面的增大，如何通過合理的鍛造工藝鍛合壓實(shí)鋼錠的內(nèi)部疏松等缺陷，細(xì)化組織，破碎和改善碳化物及夾雜物在鋼中的分布，使鍛件獲得較高的力學(xué)性能和抗疲勞性能，滿足探傷要求，這是難點(diǎn)之二。

(3)在150 MN水壓機(jī)及其配套的起重等鍛造操作設(shè)備條件下，如何在保證支承輥質(zhì)量的前提下，減輕鍛造操作設(shè)備的工作負(fù)荷，提高鍛造生產(chǎn)效率成為工藝難點(diǎn)之三。

圖1 鍛件粗加工圖Figure 1 The drawing for rough machining forgings

圖2 鍛件圖Figure 2 The drawing for forgings

3 3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥的鍛造工藝過程

由于鋼錠的直徑和重量較大，其內(nèi)部不可避免地存在疏松等缺陷，而且碳化物、夾雜物等偏析嚴(yán)重。為了壓實(shí)鋼錠內(nèi)部缺陷，近年來世界上不少鍛件制造廠家的工程技術(shù)人員研究開發(fā)了一系列新的鍛造壓實(shí)方法，如WHF、JTS、FM、KD等方法。我公司由于設(shè)備能力和空間不足采用的是FM法。對(duì)于有特殊要求的也常采用WHF+JTS或FM+JTS法。具體采用哪種還要視支承輥的具體尺寸而定，因?yàn)槊恳环N方法都需要相應(yīng)匹配的參數(shù)才能達(dá)到最好的壓實(shí)效果。

根據(jù)3500軋機(jī)支承輥的具體情況以及150 MN水壓機(jī)的鐓粗能力和較大的設(shè)備空間，我們?cè)诳紤]鍛造中心壓實(shí)的同時(shí)，兼顧鍛造操作安全性和生產(chǎn)效率，采用一次鐓粗加KD法中心壓實(shí)，減少一次鍛造火次。鐓粗，以增加直徑，使拔長(zhǎng)壓實(shí)火次鍛比大于2.0。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)，鋼錠壓實(shí)主要通過拔長(zhǎng)工序完成，因?yàn)楝F(xiàn)在這種特大型支承輥材料的碳含量、合金含量較高， 在鍛造溫度下存在大量的二次碳化物，鍛造時(shí)表面易產(chǎn)生裂紋，且材料的變形抗力較大，大變形量鍛造表面易產(chǎn)生裂紋，給壓實(shí)帶來一定困難。我公司采用在150 MN水壓機(jī)上鐓粗和KD法上、下V形砧拔長(zhǎng)，高溫大壓下量的KD鍛造法生產(chǎn)支承輥，能夠較好地解決表面裂紋與壓實(shí)的矛盾。理論與實(shí)踐表明，采用135°上下V形砧，單次壓下量大于20%時(shí)，能有效地鍛造壓實(shí)鋼錠內(nèi)部缺陷。當(dāng)壓實(shí)火次鍛造比達(dá)到2.0以上時(shí)，坯料整體長(zhǎng)度得到充分壓實(shí)，最后火次鍛造比1.5左右，進(jìn)一步破碎粗大碳化物，細(xì)化晶粒。采用這種方法鍛造的支承輥經(jīng)過超聲波探傷檢查，其表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均達(dá)到技術(shù)要求。

解決了支承輥壓實(shí)問題，也就有了質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。如何利用工藝手段減少鋼錠的規(guī)格和中間工序坯料的重量成為解決生產(chǎn)問題的關(guān)鍵。首先，在繪制鍛件粗加工圖時(shí)，修改了傳統(tǒng)的支承輥各部位粗加工量均勻一致的繪制方法，而是依據(jù)支承輥各部位熱處理變形的傾向性確定不同的粗加工量。如輥身長(zhǎng)、直徑大不易變形，粗加工量可?。惠侇i長(zhǎng)、直徑小熱處理時(shí)容易產(chǎn)生變形，粗加工余量必須大等。粗加工圖如圖1所示。

其次，在繪制鍛件圖時(shí)，根據(jù)2 800 mm軋機(jī)支承輥的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們也改變了不同鍛件部位的鍛造余量和余塊均勻一致的傳統(tǒng)做法。依據(jù)支承輥各部位熱處理變形的傾向性確定不同的鍛造余量和余塊，并有效地利用鍛造余量和余塊加工工藝要求的防串臺(tái)、吊卡頭等工藝余料。這樣確定輥身鍛造余量同比降低20%，鍛件重量同比減少了近10t，鋼錠也由原來的292t降低到了259t，鋼錠利用率提高到了近65%，鍛件圖如圖2所示。

第三，在鋼錠確定為259 t以后，如何利用減少中間鐓拔工序的毛坯重量是鍛造操作成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于額定負(fù)荷為250 t的運(yùn)輸天車，259 t鋼錠裝出爐取料超負(fù)荷不到8%，只要控制行走速度，是絕對(duì)安全的。壓鉗口工序，300 t鍛造操作天車帶60 t的翻鋼機(jī)，這期間鋼錠一端一直是壓在砧子上，也是不超負(fù)荷的。而在鐓拔工序，若采用傳統(tǒng)的工藝方法，無論是鐓粗后取料工序，還是拔長(zhǎng)工序，取料設(shè)備、鍛造操作設(shè)備均嚴(yán)重超負(fù)荷20%以上，這是設(shè)備安全絕對(duì)不允許的。因此，在鐓拔工序，應(yīng)該在滿足支承輥?zhàn)罱K成型需要的前提下，盡最大可能減小坯料的重量。為此，我們將冒口工藝切除量以及工藝吊卡頭部分對(duì)應(yīng)的鋼錠錠身部位直接壓入鉗口，在鐓拔工序前就將工藝廢料切掉。這樣在第一火次壓鉗口后，坯料重量就減至近200 t。此時(shí)鐓拔工序的取料設(shè)備、鍛造操作設(shè)備均超負(fù)荷在10%以下，確保了生產(chǎn)操作的安全性。具體鍛造工藝如下：

(1)I火：壓鉗口，壓錠身300 mm，倒棱。

(2)II火：鐓粗H=2 700 mm，?3 400 mm，KD鍛造法拔長(zhǎng)至?2 250 mm。壓實(shí)操作規(guī)程為：a)滿砧進(jìn)給，順錘壓下，互成90°角翻轉(zhuǎn)；b)各道次水冒口交替布砧；c)壓下量為坯料高度的20%；d)工具為150 MN壓機(jī)專用寬上下V型砧。

(3)III～I(xiàn)V火：拔長(zhǎng)兩端輥頸，鍛出各部，精整出成品。

實(shí)際鍛造了兩支3 500 mm寬厚板軋機(jī)支承輥，經(jīng)鍛件檢驗(yàn)和超聲波探傷，鍛件表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量均滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，證明所采用的KD鍛造法是合理的。

截止目前，我公司采用KD鍛造法相繼為天鋼、邯鋼、安鋼、南鋼、普鋼等3 000 mm、3 300 mm、3 500 mm軋機(jī)生產(chǎn)支承輥50多支，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足合同要求。

4 結(jié)束語

(1)采用鋼錠錠身直接壓鉗口，成功地解決了取料與鍛造操作設(shè)備嚴(yán)重超負(fù)荷問題。

(2)在150 MN水壓機(jī)上采用一次鐓粗加KD法拔長(zhǎng)的工藝方法，可減少一次鍛造火次，既提高生產(chǎn)效率，又達(dá)到了壓實(shí)的效果，同時(shí)支承輥鋼錠利用率創(chuàng)歷史新高。

(3)通過3 500 mm軋機(jī)特大型支承輥的工藝研究和實(shí)踐，為我公司今后生產(chǎn)更大的支承輥積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。