王大鵬　趙席春　郭　峰　陳春云

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

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輪狀鍛造半鋼軋輥試制

王大鵬趙席春郭峰陳春云

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

摘要：介紹了輪狀鍛造半鋼軋輥的生產(chǎn)試制情況。采用合鍛的工藝方法，通過控制煉鋼、鍛造工藝，制定合理的噴霧淬火熱處理工藝，成功試制4支輪狀鍛造半鋼軋輥。

關(guān)鍵詞：半鋼軋輥；合鍛；試制

鍛造半鋼軋輥含碳量介于高碳鋼和鑄鐵之間，組織中包含有一定量的共晶碳化物，通過鍛造和熱處理調(diào)整其組織形態(tài)和性能，可實(shí)現(xiàn)較高的強(qiáng)韌性及優(yōu)良的抗熱裂性和耐磨性，在同時(shí)要求高強(qiáng)韌性、耐磨性和抗熱裂性的熱軋機(jī)上大量應(yīng)用[1]。中國(guó)一重生產(chǎn)的鍛造半鋼軋輥根據(jù)含碳量不同分為DT14、DT21等系列。

輪狀鍛造半鋼軋輥(立輥)為俄羅斯某廠在一重的首次訂貨，其形狀與普通立輥相比存在很大差異，長(zhǎng)徑比小、中心有通孔等特點(diǎn)大大提升了制造難度。一重以多年半鋼輥生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在對(duì)立輥圖紙及技術(shù)要求進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，制定了煉鋼、鍛造、熱處理工藝方案，成功試制了4支鍛造半鋼軋輥。

1技術(shù)要求

立輥選用材質(zhì)為DT14，其化學(xué)成分要求見表1。

表1　半鋼軋輥化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

立輥采用鍛造方法進(jìn)行生產(chǎn)。按一重《鍛造鋼性鑄鐵軋輥探傷技術(shù)條件》進(jìn)行檢測(cè)。最終熱處理后保證如下力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度750 MPa，相對(duì)延伸率1%，沖擊值4 J/cm2，肖氏硬度46～52HSD。

2試制難點(diǎn)及解決措施

對(duì)于一般的DT14材質(zhì)半鋼輥，一重有著豐富的制造經(jīng)驗(yàn)，包括煉鋼、鍛造、熱處理等熱加工工藝均十分成熟。試制的俄羅斯半鋼輥基本尺寸見圖1，輥身長(zhǎng)度為460 mm，直徑為1 100 mm， 且中心有?110 mm通孔。一方面長(zhǎng)徑比小，僅為0.47，無法實(shí)現(xiàn)單件噴霧，為最終熱處理環(huán)節(jié)提出了一定挑戰(zhàn)；另一方面，為確保中心通孔表面質(zhì)量，需要鍛件具備很高的心部質(zhì)量，對(duì)煉鋼及鍛造都提出了很高的要求。

針對(duì)上述試制難點(diǎn)，技術(shù)人員在編制煉鋼、鍛造工藝過程中，對(duì)工藝進(jìn)行了細(xì)化，并在生產(chǎn)過程中對(duì)重要工序進(jìn)行了跟蹤服務(wù)，從而達(dá)到確保鍛件質(zhì)量的目的。在熱處理方面，制定了四件合鍛，對(duì)合鍛件進(jìn)行噴霧淬火的工藝方法，解決了立輥因長(zhǎng)徑比小，無法實(shí)現(xiàn)單件噴霧淬火的難題。

3立輥生產(chǎn)工藝路線

立輥制造采用LH+MBC冶煉鑄錠，水壓機(jī)鍛造成型，噴霧淬火熱處理。具體工藝流程如下：

電爐冶煉→LH精煉→MBC大氣下注→水壓機(jī)鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測(cè)→性能熱處理→性能檢測(cè)→精加工。

圖1　立輥簡(jiǎn)圖

4制造過程

4.1冶煉澆注

由電爐粗煉鋼水，熔化后期自動(dòng)流渣，金屬料基本化清大量放渣，重新造渣，氧化期滿足換渣條件時(shí)，快速進(jìn)行換渣操作，至達(dá)到粗煉鋼水要求。當(dāng)粗煉鋼水達(dá)到成分要求后，溫度達(dá)到出鋼溫度時(shí)即可兌入精煉爐中，經(jīng)過造渣、合金化、調(diào)成分等操作后，溫度達(dá)到出鋼條件即可出鋼。采用36 t下注鋼錠執(zhí)行澆注，脫模后及時(shí)熱送。爐后化學(xué)成分見表2。

表2　爐后化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

4.2鍛造

由于半鋼輥含碳量高，高溫奧氏體變形困難，且有共晶碳化物存在，鍛造過程中容易開裂，因此需進(jìn)行鍛前熱處理，以使共晶碳化物尖角鈍化，提高鍛造安全性[2]。鍛前熱處理工藝見圖2。

圖2　立輥鍛前熱處理工藝曲線

鍛造工藝如下：

第Ⅰ火：壓鉗口，倒棱，切水口錠身底部100 mm(含刀口)；

第Ⅱ火：鐓粗至H=1 500 mm、?1 770 mm；

第Ⅲ火：拔長(zhǎng)至?1 250 mm；

第Ⅳ火：預(yù)拔長(zhǎng)兩端輥頸至?700 mm；

第Ⅴ火：拔長(zhǎng)兩端輥頸，精整出成品。鍛件圖見圖3。

圖3　立輥鍛件圖

4.3鍛后熱處理

鍛后熱處理的目的首先是為了消除鍛造應(yīng)力，調(diào)整組織以便后期切削加工及超聲檢測(cè)，更重要的是消除網(wǎng)狀二次碳化物，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。由于半鋼輥含碳量高，鍛造成型后的緩慢冷卻過程極易沿晶界析出網(wǎng)狀二次碳化物，網(wǎng)狀碳化物嚴(yán)重影響立輥的強(qiáng)度和塑韌性，增加立輥斷裂的危險(xiǎn)，因此必須在鍛后熱處理工序予以消除。球化退火處理是為了使二次碳化物以均勻細(xì)密的球狀粒子形態(tài)分布，獲得粒狀珠光體組織[1]。

半鋼輥毛坯鍛造成型后，空冷至600℃左右時(shí)轉(zhuǎn)入熱處理爐進(jìn)行鍛后熱處理。俄羅斯半鋼輥鍛后熱處理工藝采用正火+多段式階冷球化退火，工藝曲線見圖4。鍛后熱處理后立輥組織為珠光體+條狀碳化物，硬度約40HSD，便于切削，且為最終熱處理提供了可靠的組織準(zhǔn)備。

圖4　立輥鍛后熱處理工藝曲線

4.4粗加工及檢測(cè)

立輥粗加工圖見圖5。粗加工過程中根據(jù)工作層厚度要求在各單件之間加工出不同深度的凹槽，為后續(xù)熱處理做好準(zhǔn)備，從而實(shí)現(xiàn)噴霧淬火后確保工作層深度的目的。

圖5　立輥粗加工圖

粗加工后，對(duì)立輥進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合《鍛造鋼性鑄鐵軋輥探傷技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.5最終熱處理

最終熱處理是立輥生產(chǎn)中的重要工序，其目的是為了使立輥滿足硬度、組織、性能要求，從而實(shí)現(xiàn)其使用過程的耐磨性、抗事故性能等要求。由于立輥含碳量高，淬裂傾向較大，難以承受過激的淬火，此外從使用方面考慮，立輥不依賴基體硬度，而是主要依賴大量的碳化物來保證其熱態(tài)耐磨性，因此該類軋輥的最終熱處理工藝為噴霧淬火+回火[1]。俄羅斯半鋼輥性能熱處理工藝見圖6，噴霧參數(shù)見表3。

圖6　立輥?zhàn)罱K熱處理工藝曲線

4.6性能檢測(cè)

4.6.1組織

對(duì)最終熱處理后立輥輥身進(jìn)行組織檢測(cè)，其組織為珠光體+碳化物(條狀+粒狀)，碳化物分布均勻，組織照片見圖7。該組織可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的綜合性能。

階段時(shí)間/min水壓/MPa風(fēng)壓/MPa1234101520200.120.100.10(單面)00.120.100.100.10

圖7　立輥組織照片

4.6.2硬度

對(duì)立輥輥身互為90°的四條母線進(jìn)行硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表4。立輥硬度滿足技術(shù)要求，且均勻性良好。

4.6.3力學(xué)性能

立輥性能檢測(cè)結(jié)果見表5，各性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

4.7精加工

性能檢測(cè)合格后，沿粗加工圖(見圖5)虛線位置分料，分別進(jìn)行精加工。

表4　立輥硬度檢測(cè)結(jié)果

表5　立輥性能檢測(cè)結(jié)果

5結(jié)論

(1)采用四件合鍛工藝方法進(jìn)行制造，解決了單件立輥長(zhǎng)徑比小為噴霧熱處理帶來的難題。

(2)通過加強(qiáng)煉鋼、鍛造工藝控制，確保了鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。

(3)最終熱處理工藝合理，確保了鍛件的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

(4)成功試制4支俄羅斯輪狀鍛造半鋼軋輥。

參考文獻(xiàn)

[1]康大韜，葉國(guó)斌主編.大型鍛件材料及熱處理.1998：484-489.

[2]傅前進(jìn)，劉波，趙席春，王歡.大型鍛造半鋼軋輥研制.大型鑄鍛件，2002(2)：12-15.

[3]王同路，任學(xué)平，郝慶科，郎建章.140CrNiMo鍛造半鋼軋輥的試制.鍛壓技術(shù).2007(6)：131-133.

編輯杜青泉

Trial Production of Annular Forged Semi-steel Roll

Wang Dapeng, Zhao Xichun, Guo Feng, Chen Chunyun

Abstract：The trial production of annular forged semi-steel roll has been presented. By adopting the combined forging process, controlling the smelting and forging process and preparing the proper spray quenching heat treatment process, 4 pieces of annular forged semi-steel roll have been manufactured successfully.

Key words：semi-steel roll; combined forging; trial production

收稿日期：2015—04—10

中圖分類號(hào)：TG316

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B