MC5D輥坯鍛造技術研究

黃鳳澤 王 哲

(石鋼京誠裝備技術有限公司，遼寧115000)

1 工作輥主要技術參數(shù)

表1 化學成分要求(質量分數(shù)，%)Table 1 Chemical compositions requirement(mass fraction,%)

2 工藝技術分析

MC5D工作輥屬于高碳過共析鋼，該鋼在電渣重熔凝固中，遵循相律和選分結晶的規(guī)律，高熔點的碳化物先形核結晶，形成碳與合金元素富集區(qū)，在后期鍛造變形中被拉長，形成碳與合金元素貧化帶和富化帶交替分布的帶狀組織，在帶狀組織附近還存在與基體有很大不同的一次碳化物(液析)。在后續(xù)不合理的加熱、鍛造及冷卻條件下，最終形成嚴重的碳化物、碳化帶狀及網(wǎng)狀碳化組織。這種不良組織在最終熱處理時易造成淬火裂紋，嚴重影響產(chǎn)品使用壽命。

3 技術措施研究

高溫擴散是改善鋼中偏析、消除液析碳化物的重要措施。高溫擴散即通過高溫長時間保溫，一方面通過偏析元素充分擴散，改善鋼內原始偏析程度，另一方面溶解或消除液析碳化物。關于高溫擴散存在兩種不同的方式，一種是錠加熱擴散，另一種是中間過程坯加熱擴散。通過文獻資料及實踐驗證，中間過程坯擴散不論從經(jīng)濟效益方面還是從質量方面效果都更佳，原因有兩點：(1)通過預先的鐓粗及拔長，將鋼中大塊狀液析碳化物打碎，使其分布為小塊狀，在后期高溫擴散中，更加易于溶解。同時，通過預先的變形壓實，鋼中組織更加致密。再進行高溫擴散易于原子擴散，從而大幅度減少高溫擴散時間。(2)采取中間過程坯擴散，坯料有效截面遠小于原始錠的截面，大幅度減少加熱擴散時間。

采用中間坯高溫擴散具備一定優(yōu)勢，但由于中間坯擴散為成形火次，加熱溫度高，保溫時間長，必須預留合理的鍛造比，否則嚴重影響產(chǎn)品最終晶粒度。鍛造比一般選擇在1.8～2.0之間。

對于高溫擴散時間，每類鋼隨著C含量及合金不同，同時每個廠的電渣錠偏析程度不一樣，擴散時間均不等，根據(jù)實踐檢驗情況，按照3 h100 mm控制擴散時間，能達到良好效果。

對于高溫擴散溫度，一般采取低于固相線下150～200℃的溫度，MC5D鋼固相線為1332℃，考慮料溫比爐溫低30℃，最初我公司按照1180～1200℃進行高溫擴散，但實際液析碳化物不理想。后經(jīng)實際驗證按照1220～1240℃進行高溫擴散，再將爐溫降低至1180～1200℃保溫1 h～2 h，液析碳化得到有效改善，同時避免了過熱問題。

輥坯為臺階軸類鍛件，成形過程中由于先后順序影響，先成形部位終鍛溫度下的二次碳化物析出嚴重，往往出現(xiàn)帶狀及網(wǎng)狀超標問題。為避免該問題，坯料各部位盡可能采取均勻溫度下成形，對此我公司采取了下列控制措施：(1)輥坯成形前各臺階部位直徑方向預留30 mm余量，鍛造溫度控制在900℃左右，再從一端順序滾圓精整出成品。此作用是控制各臺階段成形溫度均勻，打碎已析出的二次碳化物。(2)預先留30 mm余量，成形變形量約10%。此時表面溫度低，坯料心部溫度高，精整過程中，心部將獲得較大變形量，可有效控制產(chǎn)品晶粒度。(3)鍛造后采取先水冷再鼓風霧冷方式，減少二次碳化物析出。

4 鍛造過程實施

4.1 工藝路線

工藝路線為電渣錠→加熱→鍛造→鍛造鼓風霧冷→球化退火，鍛造尺寸圖見圖1。

4.2 鍛造工藝

4.2.1 工藝主要參數(shù)

采用6 t電渣錠生產(chǎn)，坯料直徑?730 mm；鍛造比大于4以上；鍛造溫度控制1220～900℃，成形精整溫度850℃。

4.2.2 過程變形

(1)第一火次鍛造：鐓粗至直徑D≈1000 mm，采用上下平砧，拔長至扁方650 mm×540 mm。拔長采用WHF法壓實，壓下量控制在20%，保證在高溫狀態(tài)下快速壓實4道次。后期隨著溫度不斷降低，逐步縮減壓下量。

(2)第二火次鍛造：采用上下平砧，拔長至方500 mm×500 mm，滾圓至?500 mm；拔長分料，整體拔長輥身及兩端輥頸至成品尺寸+30 mm；拔長鍛件至成品尺寸，先壓輥身，再壓兩端軸頸。該火次采取高溫擴散，加熱溫度1230℃，保溫時間16 h。

(3)鍛后水冷3 min，鼓風霧冷至輥身400～450℃。

4.3 鍛后熱處理

鍛后熱處理見圖2。

5 檢驗結果

該套工藝方案對24支輥坯進行了檢驗，高倍組織、低倍組織檢驗結果見表2、表3，UT檢驗合格率100%。

圖1 鍛造尺寸圖Figure 1 Schematic drawing of forging dimensions

圖2 鍛后熱處理Figure 2 Heat treatment after forging

表2 高倍組織檢驗結果Table 2 Test results of microscopic structure

表3 低倍組織檢驗結果Table 3 Test results of macroscopic structure

6 結論

(1)該輥坯整體工藝設計，滿足高質量輥坯制造需求。

(2)采取中間過程坯高溫擴散，能有效降低擴散時間，降低生產(chǎn)成本。

(3)通過終鍛前溫度控制及余量小變形量，鍛造后采取水冷加鼓霧冷卻，能有效解決二次碳化物析出。