DEFORM模擬WHF法在支承輥鍛造中的應(yīng)用

馬廷威 王玉紅

(中冶京誠(營口)裝備技術(shù)有限公司，遼寧115004)

支承輥是軋制設(shè)備中重要的部件，在軋制過程中軋制力的傳遞是通過工作輥(或中間輥)傳遞給支承輥的，最終由支承輥承擔(dān)，因此支承輥具有內(nèi)部質(zhì)量要求高，尺寸大，重量大，高硬度，耐磨損，淬硬層深等特點(diǎn)[1]。

某廠在我公司訂購了一對(duì)支承輥，鍛件圖如圖1所示，具體要求為：(1)支承輥整體鍛造，材質(zhì)為70Cr3Mo；(2)輥身硬度50～60HSD，淬硬層≥50 mm，輥身硬度均勻性≤5HSD；(3)探傷按JB/T4120—2006執(zhí)行。

1 準(zhǔn)備

1.1 化學(xué)成分

為了更好的控制鍛件的質(zhì)量，盡可能降低S、P等夾雜，我們采用表1所示的內(nèi)控化學(xué)成分。

1.2 冶煉及澆注方式

圖1 支承輥鍛件圖Figure 1 Backup roll forging

CSiMnPSCrMoCuNi標(biāo)準(zhǔn)成分內(nèi)控成分0.58～0.750.60～0.640.40～0.700.50～0.550.50～0.800.50～0.58≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0102.00～3.502.80～3.100.25～0.600.40～0.60≤0.25≤0.25≤0.60.20～0.30

為了保證能夠生產(chǎn)出合格的支承輥，我們采用真空冶煉和真空澆注，以提高鋼水的純凈度，減少鋼錠的偏析和縮孔缺陷。

2 鍛造

經(jīng)過計(jì)算，此支承輥重46 520 kg，需要使用76 t鋼錠生產(chǎn)。為了保證探傷合格，鍛合鋼錠內(nèi)部的孔洞與疏松，破碎鋼錠中的鑄態(tài)組織，為后續(xù)熱處理作組織準(zhǔn)備，使鋼錠內(nèi)部能夠完全鍛實(shí)，得到致密的組織，獲得使用性能良好的鍛件，結(jié)合公司現(xiàn)有附具情況，采用1 200 mm寬平砧進(jìn)行WHF法鍛造。

WHF鍛造道次和壓下量見表2。

表2 道次制度表(單位：mm)Table 2 Forging pass system(unit: mm)

2.1 DEFORM模擬

為了保證WHF法順利有效的實(shí)施，減少鍛造質(zhì)量問題的發(fā)生，生產(chǎn)出合格的鍛件，我們采用DEFORM軟件對(duì)表2所示的道次制度進(jìn)行數(shù)值模擬，為生產(chǎn)提供指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)和WHF法的定義，我們可以判斷只有到了第3道次的時(shí)候才能算是WHF法鍛造，所以，模擬分成兩個(gè)部分。第一部分是在76t鋼錠經(jīng)過鐓粗后形成?2 600 mm×1 300 mm的工件，鍛造示意圖如圖2所示。第二部分是在第3道次的時(shí)候，即鍛件規(guī)格為2 250 mm×2 240 mm×1 370 mm時(shí)進(jìn)行模擬，鍛造示意圖如圖3所示。因?yàn)橐院蟮腻懺斓来味际荳HF法，所以只模擬這一次。由于模擬的時(shí)候只計(jì)算一錘壓下量時(shí)的變形情況，沒有考慮溫度變化的影響，因此模擬中不考慮熱傳導(dǎo)，只考慮變形問題。

依據(jù)圖2進(jìn)行DEFORM模擬，壓下量依據(jù)表2中第1道次為550 mm，步數(shù)為100步， 模擬完成后的應(yīng)變?nèi)鐖D4和圖5所示，剖面位置為距離端面650 mm處，圖4為等效應(yīng)變圖，圖5為用等高線表示的等效圖。

從圖4和圖5中可以看出，鍛件心部等效應(yīng)變沒有達(dá)到0.2，說明心部的變形很小，對(duì)心部的鍛造壓實(shí)很有限。這是由于這時(shí)候的砧寬比為0.46，沒有達(dá)到WHF法中要求的砧寬比0.6～0.8，不是真正的WHF法，也就沒有達(dá)到WHF法的壓實(shí)效果，只能起到變形的作用。

依據(jù)圖3進(jìn)行DEFORM模擬，壓下量依據(jù)表2中第3道次為450 mm，步數(shù)為100步。模擬完成后的應(yīng)變?nèi)鐖D6和圖7所示，剖面位置為距離端面685 mm處，圖6為等效應(yīng)變圖，圖7為用等高線表示的等效應(yīng)變圖。

從圖6和圖7可以看出，其中的等效應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到0.3以上，心部的變形量很大，已經(jīng)完全能夠鍛合鍛件內(nèi)部的缺陷。此時(shí)砧寬比為0.53，接近于0.6，這時(shí)候才開始WHF法中心壓實(shí)，達(dá)到了WHF法中心壓實(shí)的效果。

2.2 實(shí)際生產(chǎn)

依據(jù)DEFORM模擬的結(jié)果進(jìn)行鍛造生產(chǎn)。

(1)鍛造溫度范圍為1 220～750℃。由于第二火次需要對(duì)鋼錠進(jìn)行鐓粗，可以把始鍛溫度提高20℃，使鋼錠內(nèi)部處于高溫狀態(tài)，對(duì)鐓粗有良好的效果。采用熱送鋼錠，鋼錠加熱曲線如圖8所示。

圖2 鍛造示意圖Figure 2 Forging schematic diagram

圖3 WHF示意圖Figure 3 WHF schematic diagram

圖4 等效應(yīng)變圖 圖5 等高線表示的等效應(yīng)變圖 Figure 4 Equivalent strain diagram Figure 5 Equivalent strain diagram with contour line

圖6 等效應(yīng)變圖 圖7 等高線表示的等效應(yīng)變圖 Figure 6 Equivalent strain diagram Figure 7 Equivalent strain diagram with contour line

(2)用1 200 mm砧型在80 MN壓機(jī)上采用WHF法鍛造生產(chǎn)。

(3)道次壓下量為20%，砧寬比控制在0.6～0.8，按照表2所示的道次制度表進(jìn)行生產(chǎn)。

鍛造工藝過程：

第一火，壓鉗口，倒棱，錯(cuò)水口。

第二火，鐓粗至H=1 300 mm，直徑約2 600 mm，嚴(yán)格按照表2道次制度表進(jìn)行WHF拔長至1 650 mm方，倒八角。每道次通體拔長到尺后，再翻轉(zhuǎn)90°。翻轉(zhuǎn)后錯(cuò)砧鍛造，留出錯(cuò)砧量，壓谷避峰，六道次以后規(guī)1 650 mm方。

第三火，規(guī)圓至?1 650 mm，長約3 300 mm，分料，鍛出各部尺寸，精整出成品。

鍛后進(jìn)行熱處理，根據(jù)軸身和軸頸處不同的硬度要求，制定不同的正火冷卻溫度。然后進(jìn)行粗加工、探傷及各種要求檢查，最后的檢驗(yàn)結(jié)果完全符合用戶的要求。

3 結(jié)論

通過DEFORM的模擬，顯示了鍛造過程的心

圖8 熱錠加熱曲線Figure 8 Heating curve for hot ingot

部壓實(shí)效果，證實(shí)了WHF鍛造道次制度的合理性，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。按此模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，獲得了合格的支承輥。

[1] 曲景文.70Cr3Mo鋼支承輥輥坯的生產(chǎn)試制[J].大型鑄鍛件，2007(6)：33-35.