800 MN模鍛壓機用大拉桿熱處理調(diào)質(zhì)研究

高閱武 屈文霞

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

800 MN模鍛壓機共有8件大拉桿，是模鍛壓機關(guān)鍵受力件，噸位大且技術(shù)要求高。大拉桿材質(zhì)為34CrNiMo，調(diào)質(zhì)時輪廓尺寸為?1090 mm×17 390 mm，重量達107 t，是公司所生產(chǎn)的最重最大的大拉桿。根據(jù)大拉桿材質(zhì)特性，按照工藝規(guī)范調(diào)質(zhì)淬火時只能采取油淬[1]，水淬極易淬裂，但大拉桿重達107 t，已經(jīng)遠遠超出了熱處理車間井式油槽的淬火能力，若強行油淬極易導致火災(zāi)，且純油淬也很難滿足工件的芯部力學性能要求；若冒險采取水淬，由于井式水槽設(shè)備限制，更進一步加大水淬淬裂風險；同時由于大拉桿力學性能要求高，鼓風或噴霧的淬火形式均無法滿足其性能要求。

要實現(xiàn)8件大拉桿的一次性成功制造，是熱處理技術(shù)的極限挑戰(zhàn)。項目組經(jīng)過大量方案討論，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，在技術(shù)上進行大膽創(chuàng)新，在沒增加任何設(shè)備、工裝附具的情況下，利用現(xiàn)有設(shè)備，突破設(shè)備應(yīng)用瓶頸，成功實現(xiàn)大拉桿的調(diào)質(zhì)淬火，最終一次性成功制造，8件大拉桿的力學性能全部一次性滿足技術(shù)要求。

1 大拉干調(diào)質(zhì)前情況介紹

1.1 化學成分要求

大拉桿材質(zhì)為34CrNiMo，化學成分要求如表1所示。

大拉桿長度達到17.39 m，冶煉過程中主要控制工件兩端C偏析和合金聚集，同時將P、S含量控制在≤0.01%，提高鋼水的純凈度，減少大拉桿后續(xù)的淬裂風險。

表1 34CrNiMo鋼化學成分要求Table 1 Chemical composition requirements of 34CrNiMo steel

1.2 力學性能要求

大拉桿力學性能要求為：Rm≥690 MPa，ReL≥490 MPa，A≥12%，Z≥32%，KU2≥31 J，根據(jù)制造技術(shù)規(guī)范JBT 5000.8—2007要求，大拉桿在工件兩端的13半徑處各套取一組試棒分別進行力學性能檢驗，兩端力學性能均必須合格。調(diào)質(zhì)前粗加工尺寸及性能試樣取樣位置見圖1。

圖1 大拉桿調(diào)質(zhì)前粗加工圖及取樣位置Figure 1 Rough working drawing and sampling position of large pull rod before quenching and tempering

1.3 技術(shù)難點分析

大拉桿調(diào)質(zhì)重量達107 t，已經(jīng)遠遠超出了熱處理車間井式油槽的淬火能力，若強行淬火極易導致火災(zāi)，同時由于油溫過高，勢必會影響淬火效果，淬透性難以滿足，所以要保證工件的芯部性能，十分困難。若冒險采取水淬，首先是沒有18 m深的井式水槽，其次是淬裂的風險非常高。由于大拉桿力學性能要求高，鼓風或噴霧的淬火形式均無法滿足其性能要求。

2 技術(shù)措施

項目組對大拉桿的調(diào)質(zhì)熱處理工藝進行大膽技術(shù)創(chuàng)新，提出全新的淬火方式：將大拉桿進行短暫的噴水冷，噴水冷的主要目的只是降低工件表面溫度，為后續(xù)的油冷作鋪墊，防止油冷著火，但又必須控制噴水冷的程度，將工件溫度控制在組織轉(zhuǎn)變之上400～500℃之間，防止組織轉(zhuǎn)變導致組織應(yīng)力過大，從而降低大拉桿噴水淬裂的風險。大拉桿調(diào)質(zhì)熱處理工藝見圖2。

圖2 大拉桿調(diào)質(zhì)熱處理工藝曲線圖Figure 2 Curve diagram of quenching and tempering heat treatment process for large pull rod

大拉桿調(diào)質(zhì)工藝主要采取了以下措施來突破設(shè)備瓶頸：

(1)適當降低淬火溫度，將淬火溫度比常規(guī)工藝降低約20℃，降低后續(xù)噴水淬火的淬裂風險。

(2)噴水之前，進行5 min空冷，主要目的是將工件邊角變黑，防止邊角噴水過程中裂邊。

(3)在熱處理車間用噴水裝置進行噴水5 min，目的是降低工件整體表面溫度，防止油淬時著火，但為了防止噴水導致工件淬裂，所以噴水時從工件全部進入噴水裝置后進行計時5 min，經(jīng)過測量，噴水后工件表面溫度大約400～500℃之間，既能保證工件不著火，又防止工件發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而導致淬裂。噴水壓力進行分區(qū)控制，主要控制水壓從上往下依次減少，水壓對位表見表2。

(4)噴水后進行充分油冷，控制終冷溫度在250～300℃之間，保證工件的芯部性能，同時，油冷120 min后，將吊卡頭提出油面，防止吊卡頭薄弱部位淬裂。

(5)淬火后，及時入爐回火，進行長時間的回火保溫，充分消除淬火應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力?；鼗鸪鰻t時，采取控速降溫，同時降低出爐溫度，盡量減少內(nèi)應(yīng)力。

表2 大拉桿噴水對位表Table 2 Water spray for large pull rod

3 結(jié)論

大拉桿調(diào)質(zhì)淬火過程中，通過采取噴水降溫+油冷透的工藝思路，8件大拉桿調(diào)質(zhì)后，均未發(fā)生火災(zāi)情況，同時，水淬后也未發(fā)生淬裂問題，并且力學性能均一次性合格。大拉桿的熱處理調(diào)質(zhì)成功，表明采取的措施可行有效，主要采取的措施如下：

(1)適當降低淬火溫度，比常規(guī)工藝降低約20℃；

(2)噴水之前，進行5 min空冷；

(3)整體噴水5 min，降低工件表面溫度；

(4)進行充分油冷，控制終冷溫度在250～300℃之間；

(5)淬火后，及時入爐回火，進行長時間回火保溫。