鍛鋼支承輥熱處理工藝研究

楊萬彪 李 媛 胡升利 高家悅 白 晶 張俊彥

鍛鋼支承輥熱處理工藝研究

楊萬彪 李 媛 胡升利 高家悅 白 晶 張俊彥

文章研究了一種新的支承輥熱處理技術(shù)，通過差溫電爐整體加熱，一次淬火和回火即可使輥身輥頸達(dá)到不同的硬度要求。這種熱處理工藝改變了原有支承輥制造工藝，提高了軋輥淬硬層深，熱處理后的支承輥不存在軟帶，增加端部的抗剝落性。這種熱處理技術(shù)不但降低制了造周期，也降低了制造成本。

支承輥 熱處理工藝 淬硬層深 軟帶 制造周期 降低成本

1.前言

支承輥是軋機(jī)中的重要部件，用來支承工作輥或中間輥，以防止工作輥出現(xiàn)撓曲變形而影響板、帶的產(chǎn)量及質(zhì)量。支承輥復(fù)雜多樣的工況條件，使其不同于一般的工件。一方面軋制過程中軋輥本體要承受很多的彎曲應(yīng)力和摩擦力，另一方面輥身表面要長時(shí)間的磨損、沖擊，接觸應(yīng)力和激冷激熱造成的疲勞現(xiàn)象。因此，支承輥必須滿足下列條件：

（1）抗折斷性：輥身、輥頸承受工作應(yīng)力而不發(fā)生橫向斷裂。主要應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，并且不存在可能導(dǎo)致斷裂的制造缺陷。（2）耐磨性：軋輥輥身工作部位在軋制中抵抗失重和尺寸減少的能力。應(yīng)注意的是軋輥在熱態(tài)的耐磨性和冷態(tài)的耐磨性并不一定相同，也就是說，軋輥在冷態(tài)使用時(shí)的相對(duì)耐磨性好并不等于在熱態(tài)時(shí)的相對(duì)耐磨性好。（3）抗剝落性：軋輥在接觸應(yīng)力長時(shí)間作用下而不產(chǎn)生輥身掉塊現(xiàn)象的能力。（4）抗熱裂性：軋輥要經(jīng)受來自軋材及冷卻水的激冷激熱作用而產(chǎn)生熱疲勞，抵抗這種作用而不產(chǎn)生網(wǎng)狀龜裂或使網(wǎng)裂細(xì)化變淺的能力。[1、2、4]

目前，國內(nèi)大型鍛鋼支承輥主要制造工藝有兩種：（1）鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火+去氫退火—粗加工—調(diào)質(zhì)熱處理（淬火油冷卻）—半精加工—輥身差溫淬火+回火—精加工。（2）鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火+去氫退火—粗加工—調(diào)質(zhì)熱處理（淬火油冷卻—半精加工—輥身工頻淬火（或者準(zhǔn)靜態(tài)加熱淬火）+回火—精加工。[3、5]

根據(jù)鋼錠冶金質(zhì)量提升和回火技術(shù)利用，研制一種新的鍛鋼支承輥鍛后熱處理和最終差溫?zé)崽幚砉に?，開辟出一個(gè)新的支承輥制造工藝方案，鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火—粗加工—整體電爐差溫淬火+回火—精加工。該制造工藝與國內(nèi)方案相比具有以下不同點(diǎn)：（1）鍛后熱處理沒有去氫退火工藝，省去7天-10天的熱處理時(shí)間，降低節(jié)約成本800元/噸鋼-1000元/噸鋼，也節(jié)省了生產(chǎn)周期。（2）省去調(diào)質(zhì)工序，節(jié)約淬火油1kg/t鋼-3kg/t鋼，同時(shí)避免了淬火油造成的環(huán)境污染。（3）只通過一次淬火和回火，就可以滿足輥身、輥頸不同硬度要求，同時(shí)支承輥的各項(xiàng)性能指標(biāo)也有了提高。

2.支承輥要求

根據(jù)新熱處理工藝方案進(jìn)行了試制支承輥：輥身硬度65HSD-70HSD，硬度均勻性±1.5HSD，淬硬層≥65mm，輥身硬度落差≤2HSD，輥頸40HSD-50HSD。規(guī)格為φ1250*1420/3775，重量20760kg。

3.工藝設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)件是公司的合同產(chǎn)品，編號(hào)設(shè)為Cr5-1，在產(chǎn)品上預(yù)留了試樣，作為新工藝的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

（1）材質(zhì)選用Cr5系列（見表1）。

表1 試驗(yàn)件化學(xué)成份

（2）鍛造采用兩鐓兩拔，1200寬砧WHF法壓實(shí)。鍛后熱處理與國內(nèi)主要工藝不同之處就是取消去氫退火工藝，同時(shí)采取特殊的球化工藝，通過不同冷卻速率，保證鍛后熱處理的組織狀態(tài)，為最后差溫?zé)崽幚碜龊媒M織準(zhǔn)備（見圖1）。

圖1 支承輥鍛后熱處理工藝

（3）支承輥鍛后熱處理出爐冷卻后，檢驗(yàn)高低倍組織狀態(tài)和硬度，數(shù)據(jù)出來后進(jìn)行粗加工，粗加工后進(jìn)行最終熱處理。最終熱處理工藝主要區(qū)別于國內(nèi)差溫?zé)崽幚砉に囀遣捎幂伾砗洼侇i同時(shí)加熱和冷卻、同時(shí)回火，輥身和輥頸硬度都滿足圖紙要求；與以前的整體不透燒加熱二次回火[5]技術(shù)區(qū)別是該熱處理技術(shù)只回火一次，不需要進(jìn)行輥徑二次回火來保證輥徑與輥身硬度不同。（見圖2）。

圖2 支承輥整體差溫?zé)崽幚砉に?/p>

4.試驗(yàn)結(jié)果

（1）該試驗(yàn)結(jié)果是再鍛后熱處理工序后，在相當(dāng)于鋼錠冒口端端頭切取25mm厚的試驗(yàn)片，在半徑1/2處取高倍樣塊。通過此結(jié)果，說明鍛造工藝和鍛后熱處理工藝是合理的，尤其晶粒度結(jié)果，表明鍛后熱處理工藝制定很成功（見表2）。

（2）輥身、輥頸硬度在精加工后按照GB/T13313標(biāo)準(zhǔn)，軋輥輥身部位圓周方面90度均分取四條母線，每條母線打四點(diǎn)硬度，每一點(diǎn)打三次硬度然后取平均值。輥頸圓周方面180度均分取兩條母線，每條母線打兩點(diǎn)硬度（見表3）。

表中斜體硬度值為輥身表面距離端部20mm處硬度值?？梢钥闯?，該熱處理工藝生產(chǎn)的支承輥端部硬度值和輥身幾乎一樣，沒有軟帶出現(xiàn)，同時(shí)輥身硬度均勻性達(dá)到2HSD，所以輥身的所有部位應(yīng)力是一致的，增加了軋輥的抗剝落性，增強(qiáng)了耐磨性，提高了軋輥使用壽命。

（3）淬硬層深檢驗(yàn)結(jié)果。在粗加工圖中，輥身長度方向留了200mm長作為試料環(huán)。最終熱處理后，精加工之前切取試樣環(huán)。該試料環(huán)取在輥身任一側(cè)端部，先把端部長100mm，深130圓周方向車削掉，然后在按照取樣圖切取一個(gè)厚度為25mm，寬度為110mm試樣環(huán)。試樣環(huán)取下后沿寬度方向，每隔5mm打硬度，硬度曲線見圖3。

從曲線中可以看出90mm深硬度幾乎沒有降低，淬硬層深≥95mm，國內(nèi)目前最好材質(zhì)Cr5，硬度65HSD-70HSD，淬硬層≥80mm ，該熱處理工藝制造的支承輥淬硬層深提高了18.75%，支承輥的使用壽命也提高18%，降低了使用廠家的軋輥成本。

4.結(jié)論

（1）新熱處理工藝生產(chǎn)的支承輥各項(xiàng)性能指標(biāo)都有提高。淬硬層深≥95mm，因此軋輥的使用壽命提高18%；硬度均勻性較高，抗疲勞性能增加；軋輥沒有軟帶，端部抗剝落性增加。

表2 試驗(yàn)件高倍情況表

表3 試驗(yàn)件輥身和輥頸熱處理硬度（HSD）

圖4 淬硬層測(cè)試結(jié)果

（2）新熱處理工藝開發(fā)，不僅制造成本節(jié)約900元/噸鋼-1100元/噸鋼，而且縮短制造工期7-10天。

（3）新熱處理工藝不采取淬火油調(diào)質(zhì)，減少了對(duì)環(huán)境的污染，響應(yīng)了國家綠色制造的號(hào)召。

（4）我國軋輥制造業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存、發(fā)展，有力支撐鋼鐵主業(yè)，生產(chǎn)出高技術(shù)含量、高附加值的軋輥，適應(yīng)目前國內(nèi)外現(xiàn)代化軋機(jī)用輥需求，達(dá)到與國外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的水平，必須不斷增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，有針對(duì)性地進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)和工藝技術(shù)創(chuàng)新，該熱處理工藝技術(shù)的開發(fā)正好在降低成本的同時(shí)又保證了產(chǎn)品質(zhì)量，這正是我國軋輥行業(yè)及其它冶金行業(yè)發(fā)展的方向。

[1] 趙曉輝，章大鍵，范國平.大型鍛鋼支承輥熱處理工藝的探討［J］.重型機(jī)械，2011(5) : 23-26.

[2] 陸寅松，張學(xué)智，胡學(xué)輝，等. 5%Cr 帶鋼支承輥制造技術(shù)［J］.金屬加工，2011(9) : 15-18.

[3] 韓瑞敏 大型鍛鋼支承輥生產(chǎn)狀況及最終熱處理工藝 《熱處理》2011 年第26 卷第5期

[4] 賀小多，孫軍占.復(fù)合鑄鋼支承輥的生產(chǎn)與發(fā)展［J］.河北冶金，2003，(3) : 37-38.

[5] 高文明，王洪斌，姜春雷.中厚板軋機(jī)支承輥?zhàn)罱K熱處理工藝簡(jiǎn)介，熱處理技術(shù)與裝備，2013 年2月第34 卷第1期

（作者單位:石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司）