李占陽(yáng)

(1.江蘇蘇鋼集團(tuán)蘇州蘇信特鋼有限公司， 江蘇 蘇州 215153；2.北滿(mǎn)特殊鋼有限公司， 江蘇 蘇州 215151)

引 言

回轉(zhuǎn)軸承部件是礦山機(jī)械重要的核心元部件之一，承載著整個(gè)操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)；該部件必須要有良好的強(qiáng)韌性。目前，國(guó)外用戶(hù)使用的礦山機(jī)械回轉(zhuǎn)軸承為A1045B鋼，其主要化學(xué)成分相當(dāng)于國(guó)內(nèi)普通的45#鋼，但45#鋼卻無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)外用戶(hù)的技術(shù)要求。

客戶(hù)對(duì)此軸承部件的技術(shù)要求較高，材料經(jīng)鍛造后彎成60°，再做調(diào)質(zhì)處理，多件連接在一起進(jìn)行精加工，制作成直徑達(dá)到10 m左右的軸承。此部件生產(chǎn)試制非常困難，因此，必須設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝保證生產(chǎn)試制順利進(jìn)行。

1 主要技術(shù)要求

1.1 材料牌號(hào)

A1045B鋼的化學(xué)成分(熔煉分析)應(yīng)符合表1的規(guī)定。

1.2 冶煉方式

采用電弧爐/轉(zhuǎn)爐+真空精煉+電渣重熔的工藝進(jìn)行生產(chǎn)試制。

1.3 鍛件規(guī)格

1.4 力學(xué)性能要求

試樣取自整體調(diào)質(zhì)處理后的鍛件，取樣(縱向及橫向性能)位置距表面不少于20 mm。力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足表2所規(guī)定的要求。

1.5 非金屬夾雜物要求

A類(lèi)≤1.0級(jí)，B類(lèi)≤1.0級(jí)，C類(lèi)≤0.5級(jí)，D類(lèi)≤1.0級(jí)，Ds≤1.0級(jí)。

1.6 探傷要求

需要在材料整個(gè)長(zhǎng)度和圓周上進(jìn)行100%超聲波探傷檢驗(yàn)；允許單點(diǎn)缺陷≤Φ2 mm，不允許有連續(xù)缺陷。

2 試制開(kāi)發(fā)工藝

2.1 工藝流程

電弧爐冶煉+LF爐精煉+VD爐真空精煉→澆注電極坯料→罩冷→電渣重熔→電渣錠熱送→鋼錠加熱→鍛造→退火→粗加工→探傷→調(diào)質(zhì)處理→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

2.2 冶煉工藝

依據(jù)客戶(hù)要求，先按普通45#鋼試制生產(chǎn)，鍛件整體調(diào)質(zhì)后其力學(xué)性能無(wú)法滿(mǎn)足要求。隨后，在冶煉過(guò)程中添加提高淬透性的元素Cr，Ni，Mo，其中w(Cr)按0.22%～0.27%、w(Ni)按0.28%～0.33%、w(Mo)按0.07%～0.09%控制，以期獲得滿(mǎn)足客戶(hù)要求的產(chǎn)品，并且降低鋼中的S，P有害元素含量；采用特殊冶煉方法——電渣重熔工藝，使鋼水成分更均勻以減少偏析，并且可進(jìn)一步降低鋼中S元素含量和非金屬夾雜物級(jí)別，可得到高純凈度、高致密的目標(biāo)產(chǎn)品。

2.3 鍛造工藝

為獲得良好的綜合力學(xué)性能，鍛造采用先鐓粗后拔長(zhǎng)工藝，使其橫、縱方向的變形均勻。鋼錠鐓粗比≥1.5，總鍛壓比≥6。鍛造加熱溫度約為1200 ℃，終鍛溫度約為750 ℃。對(duì)鋼錠頭部縮孔端采用滿(mǎn)砧壓下拔長(zhǎng)的鍛造方式，端部成鼓形以利于切除縮孔。

2.4 鍛件調(diào)質(zhì)

鍛后熱處理工藝：加熱至880 ℃，保溫4 h，正火；加熱至870 ℃，保溫4 h，水淬；加熱至 560 ℃，保溫12 h，回火。

鍛件產(chǎn)品粗加工后及調(diào)質(zhì)過(guò)程，如圖1，2，3所示。

圖2 鍛件調(diào)質(zhì)1

圖3 鍛件調(diào)質(zhì)2

3 試制結(jié)果

3.1 冶煉化學(xué)成分

首次生產(chǎn)試制電弧爐冶煉4爐鋼，電渣重熔16支鋼錠，化學(xué)成分檢測(cè)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并且成分相對(duì)穩(wěn)定，具體如表3所示。

模型中的混凝土采用三維實(shí)體單元，這種單元比其它高次等單元的計(jì)算精度要低一些，但可以滿(mǎn)足計(jì)算要求，可以通過(guò)縮減大量的自由度，來(lái)提高計(jì)算的速度，減少計(jì)算的時(shí)間和成本，還能達(dá)到計(jì)算的精度要求[2-5]。模型的鋼管單元采用殼單元，這樣不僅能使計(jì)算精度達(dá)到要求，而且更加有利于快速收斂。本文鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的壁厚小于該結(jié)構(gòu)整體長(zhǎng)度的1/10，可以使用殼單元進(jìn)行模擬。

表3 A1045B鋼的化學(xué)成分實(shí)測(cè)/%

3.2 非金屬夾雜物

鋼錠鍛造成方坯后取樣，采用GB/T10561-2005 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)非金屬夾雜物進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)級(jí)，具體結(jié)果如表4所示。

表4 A1045B鋼的非金屬夾雜物(級(jí))

3.3 顯微組織

試樣從邊緣到距邊緣120 mm范圍內(nèi)不同部位的顯微組織，如圖4～9所示(500X)。邊緣主要為回火索氏體+少量鐵素體組織，距邊緣20～60 mm處出現(xiàn)貝氏體組織，并且珠光體和鐵素體含量逐漸增多，索氏體逐漸減少；距邊緣100～120 mm處主要組織為珠光體+鐵素體+少量貝氏體。

圖4 邊緣顯微組織

圖5距邊緣20 mm顯微組織

3.4 力學(xué)性能

鍛件整體調(diào)質(zhì)處理后，在距表面20 mm處取縱向及橫向試樣檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T228-2002、GB/T229-2007，結(jié)果如表5所示。

圖6 距邊緣40 mm顯微組織

圖7 距邊緣60 mm顯微組織

圖8 距邊緣100 mm顯微組織

圖9 距邊緣120 mm顯微組織

為了更好地評(píng)估調(diào)質(zhì)處理后A1045B鋼鍛件方坯截面硬度的均勻性，特進(jìn)行截面布氏硬度測(cè)試。在調(diào)質(zhì)鍛件上進(jìn)行了取樣， 制取了從邊緣到寬度方向上120 mm長(zhǎng)的硬度樣，如圖10所示。每間隔10 mm進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如表6所示，均符合技術(shù)要求。

3.5 探傷檢測(cè)

所有鍛件方坯經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)全部滿(mǎn)足客戶(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 A1045B鋼調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能

圖10 硬度試樣(由下往上編號(hào)為1～11)

表6 不同位置鍛件布氏硬度

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)在45#鋼成分基礎(chǔ)上添加w(Cr)：0.22%～0.27%；w(Ni)：0.28%～0.33%；w(Mo)：0.07%～0.09%進(jìn)行微合金化，并優(yōu)化鍛造工藝和熱處理工藝(880 ℃正火，870 ℃水淬，560 ℃回火)，獲得了滿(mǎn)足客戶(hù)要求的目標(biāo)產(chǎn)品。

(2)采用電渣重熔的特殊冶煉工藝，使鋼水純凈，產(chǎn)品非金屬夾雜物水平控制較好(均低于0.5級(jí))，充分保證了目標(biāo)產(chǎn)品超聲波探傷結(jié)果完全滿(mǎn)足相關(guān)要求。

(3)調(diào)質(zhì)后鍛件邊緣至20 mm處顯微組織主要為回火索氏體+鐵素體，從距邊緣40 mm到120 mm范圍內(nèi)，主要為鐵素體+珠光體+貝氏體組織；且隨著距離的增加，塊狀鐵素體+珠光體組織含量逐漸增加。