軋輥輥套感應(yīng)淬火工藝研究

葛曉紅 韓維國(guó) 邢滿江 閆紅霞

(1.中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北054025；2.軋輥復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北054025；3.建投承德熱電有限責(zé)任公司，河北067000)

軋輥輥套的感應(yīng)淬火是利用電磁感應(yīng)加熱的原理，通過(guò)交變磁場(chǎng)作用，在處于銅制感應(yīng)圈內(nèi)的輥套表面上產(chǎn)生高密度電阻熱進(jìn)而使其快速加熱升溫，結(jié)合后續(xù)迅速噴水冷卻，使輥套淬硬的過(guò)程。

目前常用輥套規(guī)格多為高碳合金鋼材質(zhì)，直徑600～1000 mm，壁厚80～120 mm，長(zhǎng)度1000～1400 mm，硬度要求60～70HSD。

1 軋輥輥套研究模型選擇

1.1 試驗(yàn)輥套參數(shù)

選取試驗(yàn)輥套進(jìn)行感應(yīng)淬火試驗(yàn)，試驗(yàn)輥套具體規(guī)格：直徑900 mm，壁厚120 mm，長(zhǎng)度1400 mm，材質(zhì)70Cr3Mo合金鍛鋼，淬硬層要求30 mm。輥套化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)輥套淬火前分析及工藝參數(shù)研究

(1)淬火溫度選擇：70Cr3Mo屬微過(guò)共析鋼，加熱溫度應(yīng)選擇在Ac1與Acm之間，進(jìn)行小試樣加熱溫度試驗(yàn)，加熱溫度與硬度、晶粒度關(guān)系如表2所示，綜合考慮優(yōu)先選擇900℃淬火。

(2)淬火頻率選擇：該產(chǎn)品為薄壁套，頻率較低會(huì)導(dǎo)致加熱深度過(guò)深，極易產(chǎn)生透燒進(jìn)而加大變形，因此考慮高頻率加熱，初步設(shè)計(jì)為100～200 Hz。

(3)溫度均勻性控制：感應(yīng)加熱溫升較快，工件淬火加熱過(guò)程中將輥套進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，保證加熱溫度的均勻性。

(4)變形量控制：感應(yīng)淬火方式不能支墊，考慮豎直固定在感應(yīng)器中，相對(duì)水平感應(yīng)加熱變形量大大減小。

(5)由于工件淬火方式為豎直狀態(tài)，工件吊裝卡具需設(shè)計(jì)制作。

表1 輥套化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of roller sleeve(mass fraction, %)

表2 加熱溫度與硬度、晶粒度關(guān)系Table 2 Relationship between heating temperature and hardness and grain size

2 輥套感應(yīng)淬火工藝過(guò)程

2.1 感應(yīng)淬火工藝參數(shù)確定

2.2 吊裝卡具設(shè)計(jì)

由于為空心的薄壁件，需借助相應(yīng)輔助工具進(jìn)行淬火吊裝，淬火機(jī)床的吊裝設(shè)計(jì)如圖1所示。

在輥套內(nèi)壁車(chē)R30 mm圓弧槽，將圖1所示吊具置于輥套內(nèi)，M30處頂絲，自內(nèi)向外頂入R30 mm圓弧槽內(nèi)，如圖2所示。

圖1 淬火機(jī)床吊具Figure 1 Lifting appliance for quenching machine tool

圖 2 輥套與吊具組裝圖Figure 2 Assembly drawing of roller sleeve and lifting appliance

2.3 淬火過(guò)程關(guān)鍵控制點(diǎn)

邊部溫度控制：溫度過(guò)高易崩邊、過(guò)低則又會(huì)出現(xiàn)軟帶偏長(zhǎng)問(wèn)題，對(duì)此特對(duì)輥套邊部做如下特殊處理：輥套總長(zhǎng)加長(zhǎng)約50 mm左右、邊部倒角設(shè)計(jì)為R30 mm，同時(shí)淬火過(guò)程中邊部控制工藝溫度為-20℃。

3 輥套感應(yīng)淬火后檢測(cè)結(jié)果

3.1 硬度檢測(cè)

表面硬度檢測(cè)值68～70 HSD，逐層進(jìn)行淬硬層解剖，深度為32 mm，滿足該產(chǎn)品的技術(shù)要求。

3.2 金相檢測(cè)

金相檢測(cè)為回火索氏體+碳化物。

3.3 應(yīng)力檢測(cè)

在輥套外圓距字端600 mm處進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)，表面呈壓應(yīng)力，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 輥套表面應(yīng)力Table 3 Surface stress of roller sleeve

4 結(jié)論

感應(yīng)淬火后輥套表面硬度均勻性較好、顯微組織均勻、應(yīng)力狀態(tài)良好。