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)

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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整其組織形態(tài)和性能，可實現(xiàn)較高的強韌性及優(yōu)良的抗熱裂性和耐磨性，在同時要求高強韌性、耐磨性和抗熱裂性的熱軋機上大量應用[1]。中國一重生產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，長徑比小、中心有通孔等特點大大提升了制造難度。一重以多年半鋼輥生產經驗為基礎，在對立輥圖紙及技術要求進行深入分析的基礎上，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技術要求

立輥選用材質為DT14，其化學成分要求見表1。

表1　半鋼軋輥化學成分要求(質量分數(shù)，%)

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

2試制難點及解決措施

對于一般的DT14材質半鋼輥，一重有著豐富的制造經驗，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，輥身長度為460 mm，直徑為1 100 mm， 且中心有?110 mm通孔。一方面長徑比小，僅為0.47，無法實現(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量，需要鍛件具備很高的心部質量，對煉鋼及鍛造都提出了很高的要求。

針對上述試制難點，技術人員在編制煉鋼、鍛造工藝過程中，對工藝進行了細化，并在生產過程中對重要工序進行了跟蹤服務，從而達到確保鍛件質量的目的。在熱處理方面，制定了四件合鍛，對合鍛件進行噴霧淬火的工藝方法，解決了立輥因長徑比小，無法實現(xiàn)單件噴霧淬火的難題。

3立輥生產工藝路線

立輥制造采用LH+MBC冶煉鑄錠，水壓機鍛造成型，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→水壓機鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測→性能熱處理→性能檢測→精加工。

圖1　立輥簡圖

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，快速進行換渣操作，至達到粗煉鋼水要求。當粗煉鋼水達到成分要求后，溫度達到出鋼溫度時即可兌入精煉爐中，經過造渣、合金化、調成分等操作后，溫度達到出鋼條件即可出鋼。采用36 t下注鋼錠執(zhí)行澆注，脫模后及時熱送。爐后化學成分見表2。

表2　爐后化學成分(質量分數(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：拔長至?1 250 mm；

第Ⅳ火：預拔長兩端輥頸至?700 mm；

第Ⅴ火：拔長兩端輥頸，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力，調整組織以便后期切削加工及超聲檢測，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)狀碳化物嚴重影響立輥的強度和塑韌性，增加立輥斷裂的危險，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℃左右時轉入熱處理爐進行鍛后熱處理。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備。

圖4　立輥鍛后熱處理工藝曲線

4.4粗加工及檢測

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)熱處理做好準備，從而實現(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，對立輥進行了檢測，檢測結果符合《鍛造鋼性鑄鐵軋輥探傷技術條件》標準要求。

4.5最終熱處理

最終熱處理是立輥生產中的重要工序，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　立輥最終熱處理工藝曲線

4.6性能檢測

4.6.1組織

對最終熱處理后立輥輥身進行組織檢測，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。該組織可實現(xiàn)優(yōu)良的綜合性能。

階段時間/min水壓/MPa風壓/MPa1234101520200.120.100.10(單面)00.120.100.100.10

圖7　立輥組織照片

4.6.2硬度

對立輥輥身互為90°的四條母線進行硬度檢測，檢測結果見表4。立輥硬度滿足技術要求，且均勻性良好。

4.6.3力學性能

立輥性能檢測結果見表5，各性能指標均滿足技術要求。

4.7精加工

性能檢測合格后，沿粗加工圖(見圖5)虛線位置分料，分別進行精加工。

表4　立輥硬度檢測結果

表5　立輥性能檢測結果

5結論

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

(2)通過加強煉鋼、鍛造工藝控制，確保了鍛件的內部質量。

(3)最終熱處理工藝合理，確保了鍛件的各項性能指標。

(4)成功試制4支俄羅斯輪狀鍛造半鋼軋輥。

參考文獻

[1]康大韜，葉國斌主編.大型鍛件材料及熱處理.1998：484-489.

[2]傅前進，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，任學平，郝慶科，郎建章.140CrNiMo鍛造半鋼軋輥的試制.鍛壓技術.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：TG316

文獻標志碼：B