60CrMnMo型鋼軋輥的生產(chǎn)試制

張英云 閻建安 陳進(jìn)磊 牛玉溫

(太原重工鑄鍛分公司工藝材料所，山西030024)

2006年年底我公司承接了一個(gè)型鋼開(kāi)坯機(jī)項(xiàng)目，其中材質(zhì)為60CrMnMo的型鋼軋輥是該生產(chǎn)設(shè)備中的關(guān)鍵部件[1]。我公司利用現(xiàn)有的熱處理設(shè)備滿足了輥身、輥頸處的不同硬度要求，并在輥身開(kāi)槽后進(jìn)行了性能熱處理，最終生產(chǎn)出滿足用戶要求的60CrMnMo型鋼軋輥。

1 技術(shù)要求

型鋼軋輥在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)內(nèi)部質(zhì)量沒(méi)有明確要求，我公司是第一次生產(chǎn)型鋼軋輥，結(jié)合其工作環(huán)境，試制時(shí)增加了超聲波檢測(cè)。要求執(zhí)行DIN10228-3標(biāo)準(zhǔn)，其中輥?zhàn)有牟?/3區(qū)域執(zhí)行Ⅱ級(jí)，其余部位執(zhí)行Ⅲ級(jí)。化學(xué)成分和力學(xué)性能要求分別見(jiàn)表1和表2。

2 生產(chǎn)試制

2.1 工藝路線

冶煉→鍛造→低倍檢測(cè)→粗加工→UT初測(cè)→正火→UT檢測(cè)→半精加工(輥身開(kāi)槽)→調(diào)質(zhì)→取性能→精加工→交貨。

2.2 生產(chǎn)試制

(1)冶煉

首先確定主要合金元素的含量，既要考慮圖紙所要求的輥身淬硬層深度及硬度，又要考慮生產(chǎn)成本。在保證質(zhì)量的前提下，我們對(duì)軋輥的化學(xué)成分作了適當(dāng)調(diào)整，見(jiàn)表1，同時(shí)保證[H]≤2.5×10-6。其次采用精煉和真空除氣的鋼錠。為提高鋼液的純凈度，冶煉時(shí)要有足夠的脫碳量，充分利用氧化期激烈的反應(yīng)沸騰，促進(jìn)夾雜物上浮并隨流渣排除；適當(dāng)延長(zhǎng)精煉時(shí)間；在規(guī)定時(shí)間達(dá)到要求的真空度并保持一定的時(shí)間。

(2)鍛造

為使后續(xù)熱處理工序能夠最大程度地發(fā)揮材料潛能，提高工件的組織致密性及均勻性，保證鍛件內(nèi)部不出現(xiàn)疏松、裂紋及縮孔等缺陷，滿足探傷要求，鍛造時(shí)要求鍛件的鍛造比(截面遞減率)≥4.0，且第一火倒棱時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間，加大壓下量，盡量使鋼錠的枝晶區(qū)鍛合，避免在鐓粗時(shí)造成裂紋擴(kuò)展；在成形火次，控制加熱溫度和變形量，避免粗晶現(xiàn)象。同時(shí)為檢測(cè)冶煉及鍛造質(zhì)量，要求鍛后在鋼錠冒口端的鍛件適當(dāng)位置截取低倍試片，按照GB/T 1979—2001進(jìn)行酸浸檢測(cè)，按表3規(guī)定的級(jí)別驗(yàn)收。

(3)鍛后熱處理

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition (mass fraction，%)

表2 力學(xué)性能Table 2 Mechanical property

表3 低倍級(jí)別Table 3 Class of acid etching

由于該材料白點(diǎn)敏感性較強(qiáng)，且鋼錠存在一定的偏析，故鍛后采用一次正火+高溫回火長(zhǎng)時(shí)間保溫來(lái)充分去氫，同時(shí)使鍛件具有良好的超聲波穿透性，并為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。

(4)半精加工(輥身開(kāi)槽)

考慮到成形輥面的最終使用特性，最終熱處理時(shí)輥面余量的留取既要兼顧淬火可能造成的變形和開(kāi)裂，又要兼顧此種材料的淬透特性，因此在粗開(kāi)槽時(shí)，將個(gè)別截面尺寸過(guò)渡較大或帶尖角的槽形作了適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)為加工單位提供了適宜的輥身開(kāi)槽處的調(diào)質(zhì)余量。

(5)最終熱處理

1)熱處理工藝方案的選擇

該批型鋼軋輥未開(kāi)槽時(shí)的粗加工重量約為28 t～38 t。熱處理時(shí)為防止鍛造過(guò)熱組織的遺傳，同時(shí)為了進(jìn)一步細(xì)化晶粒，使組織趨于均勻化，為性能熱處理做好組織準(zhǔn)備，工藝方案確定為正火+調(diào)質(zhì)。

根據(jù)該批型鋼軋輥?zhàn)罱K熱處理后輥面和輥頸硬度不同的要求，理想的熱處理設(shè)備為分區(qū)控溫加熱設(shè)備。而我公司現(xiàn)有設(shè)備不具備此功能，只能制作專用工裝即淬火時(shí)在軸頸處加套殼保護(hù)。這樣既可以避免因直徑相差懸殊，淬火時(shí)熱應(yīng)力過(guò)大而造成輥頸淬裂，又能起到降低輥頸處的冷速的作用。同時(shí)在同樣的淬火介質(zhì)中冷卻時(shí)，輥面很快降到Ms點(diǎn)以下，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度高；而軸頸處由于散熱慢，溫度約降到珠光體區(qū)，則奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w+鐵素體，硬度較低，滿足了兩個(gè)部位不同硬度的要求。

2)最終熱處理工藝

輥面開(kāi)槽后進(jìn)行最終性能熱處理。淬火時(shí)為避免冷速過(guò)快造成不同槽型交界處熱應(yīng)力與組織應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致槽型變形或開(kāi)裂，同時(shí)考慮到該材料的淬透性，采用整體加熱，入油淬火?；鼗饡r(shí)為盡量降低殘余奧氏體的含量，減小組織應(yīng)力的負(fù)面影響，采用兩次回火。

在制定工藝時(shí)，由于該批型鋼軋輥截面尺寸大，加熱或冷卻時(shí)，其內(nèi)部易產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，為了減緩或松弛應(yīng)力集中，采用階梯加熱，分段“低?！?、“中?！庇欣诮档蜔釕?yīng)力產(chǎn)生的危害作用[3]。

熱處理曲線見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 正火+回火Figure 1 Normalizing +Tempering

圖2 調(diào)質(zhì)Figure 2 Quenching +Tempering

3 試制結(jié)果

3.1 超聲波探傷

所有型鋼軋輥的超聲波探傷結(jié)果符合技術(shù)要求。

3.2 力學(xué)性能

在每件型鋼軋輥的輥身和輥頸上分別制取切向和軸向試樣，按國(guó)標(biāo)進(jìn)行性能檢測(cè)，其中3件的性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

3.3 硬度梯度

對(duì)其中兩件型鋼軋輥在輥身上沿徑向做硬度梯度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 性能檢測(cè)結(jié)果Table 4 Result of mechanical property

表5 輥身硬度梯度(HBS)Table 5 Brinell hardness gradient of body of roll(HBS)

4 結(jié)論

性能熱處理時(shí)，通過(guò)制作專用工裝可以滿足60CrMnMo型鋼軋輥輥面和輥頸的不同硬度要求。通過(guò)這次試制，表明我公司已具備生產(chǎn)鍛鋼軋輥的技術(shù)能力。

[1] 高明杰.型鋼軋輥新技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新.2006年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會(huì)：187-189.

[2] 吳成軍.熱軋型鋼軋輥的斷裂行為分析及對(duì)策.鍛壓技術(shù)，2007，32(1)：97-99.

[3] 作井誠(chéng)太，酒井拓.鐵と鋼，1971，63(2)：87.