柱釘輥套最終熱處理工藝優(yōu)化

馬兆男 白迪 張楊 王猛 周豐

摘 要：我公司柱釘輥套產(chǎn)品開發(fā)至今硬度合格率一直很低，其中內(nèi)壁硬度均勻性差是導(dǎo)致整體合格率低的關(guān)鍵因素，由于受到工裝設(shè)備的限制，目前工藝方式控制能力較差，需要通過工藝優(yōu)化來提高內(nèi)壁硬度均勻性及可控性。

關(guān)鍵詞：柱釘輥套[1];工藝優(yōu)化;內(nèi)壁硬度均勻性

一、工藝優(yōu)化背景及重要性

柱釘輥套是水泥輥壓機(jī)設(shè)備的核心部件（以下簡稱輥套），但產(chǎn)品開發(fā)至今硬度合格率一直很低，內(nèi)壁硬度差是導(dǎo)致合格率低的關(guān)鍵因素。

二、工藝優(yōu)化難點(diǎn)

我公司生產(chǎn)輥套材質(zhì)為SRTS2，規(guī)格Dφ1800/dφ1200/H1600mm，重量18噸，硬度要求外壁50±2HRC，內(nèi)壁300±20HB。我公司生產(chǎn)流程為：煉鋼→鍛造→預(yù)備熱處理→探傷→粗加工→最終熱處理→檢測→精加工→檢測→上交?，F(xiàn)有最終熱處理工藝為：將工件在510-560℃爐內(nèi)透燒預(yù)熱，再轉(zhuǎn)入≥980℃爐內(nèi)快速升溫，使外壁和內(nèi)壁形成溫差，保溫一段時(shí)間后出爐噴淬，外壁噴淬得到馬氏體淬硬組織;內(nèi)壁短時(shí)噴淬，得到馬氏體組織，再利用心部余熱返溫，使內(nèi)壁進(jìn)行自回火，最終再進(jìn)爐整體回火，一次熱處理達(dá)到外壁和內(nèi)壁不同的硬度要求。我公司最終熱處理工藝較為特別，與國內(nèi)普遍采用的工藝有所不同[2]，普遍采用的工藝是先整體調(diào)質(zhì)，油淬將內(nèi)壁硬度調(diào)整至合格范圍，再將外壁表面經(jīng)感應(yīng)加熱至奧氏體化溫度以上進(jìn)行噴淬，使外壁硬度達(dá)合格范圍。本公司之所以采用較為特別的工藝，原因是油槽淬火能力不足，無法進(jìn)行油淬且無如此大規(guī)格的感應(yīng)加熱設(shè)備，無法外壁表面淬火。這種工藝方式有利有弊，利是生產(chǎn)成本低、設(shè)備投入少、生產(chǎn)周期短;弊是操作難度大、內(nèi)壁硬度不均及可控性差（內(nèi)壁硬度平均水平260-350HB）。

三、工藝優(yōu)化過程

本次工藝優(yōu)化的方向是降低操作難度，提高內(nèi)壁硬度均勻性及可控性。工藝優(yōu)化采取“實(shí)驗(yàn)室+現(xiàn)場”的方式進(jìn)行。

1、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)：取相同材質(zhì)試樣，加工至尺寸100mm*100mm*100mm標(biāo)識(shí)1#試樣。

1.1、1#試樣熱處理制度：采用隨爐升溫至920℃保溫4小時(shí)，出爐空冷至室溫，對(duì)920℃空冷至100℃過程中每30秒記錄溫度變化情況?？绽浜笤嚇訖z測硬度和觀察組織，再分別進(jìn)行530℃、540℃和640℃保溫4小時(shí)回火，回火后再次進(jìn)行硬度測試和組織觀察（硬度結(jié)果見表1）。

1.2、試驗(yàn)結(jié)論：1）920℃保溫4小時(shí)空冷后，組織以馬氏體為主，硬度均在460HBW以上，該硬度不符合產(chǎn)品硬度要求，即現(xiàn)場生產(chǎn)無法采用內(nèi)壁空冷方式進(jìn)行冷卻;2）對(duì)空冷后試樣采用不同溫度回火，其中530℃和540℃組織觀察殘余奧氏體發(fā)生分解并析出彌散分布碳化物質(zhì)點(diǎn)，使其硬度值較空冷后硬度提高，同時(shí)也說明其回火穩(wěn)定性較好，該回火溫度適用于現(xiàn)場生產(chǎn)外壁回火溫度，但不適用于內(nèi)壁自回火溫度;3）空冷后采用640℃回火，硬度明顯降低，得到回火索氏體組織，硬度283-293HBW符合內(nèi)壁硬度要求，即現(xiàn)場生產(chǎn)內(nèi)壁自回火溫度應(yīng)控制在該區(qū)間。

2、現(xiàn)場試驗(yàn)：試驗(yàn)件輥套規(guī)格Dφ1826/dφ1170/H1660mm，重量20噸，熱處理制度：低溫保持后升溫至650±10℃保溫5小時(shí)，限速升溫至920±10℃均溫后保溫4-6小時(shí)出爐噴淬，外壁噴淬按照原有工藝方式進(jìn)行，內(nèi)壁由噴水改為噴霧冷卻，噴淬后進(jìn)爐530±10℃回火，出爐進(jìn)行硬度測試內(nèi)壁279-321HB，外壁48.0-51.5HRC，基本符合技術(shù)要求。

四、結(jié)論

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，現(xiàn)場工藝優(yōu)化從兩個(gè)方面展開，一是改變淬火加熱方式，由原工藝的差溫加熱改為透燒加熱，這樣做的目的是減少爐溫對(duì)工件的影響，有效提高工件溫度均勻性;二是改變內(nèi)壁冷卻方式，由噴水冷卻改為噴霧冷卻，目的是降低瞬時(shí)冷卻強(qiáng)度，由此帶來三個(gè)方面的好處，一是由原來的控制工件自回火溫來控制硬度，變?yōu)榭刂苾?nèi)壁組織來控制硬度，提高硬度可控性，二是噴霧冷比噴水冷卻更均勻，冷卻后硬度更均勻，三是內(nèi)壁在噴淬過程中無水流溢出進(jìn)一步冷卻側(cè)壁，防止側(cè)壁硬度偏高。工藝優(yōu)化取得成功，按照優(yōu)化后的工藝參數(shù)執(zhí)行，輥套硬度合格率有了極大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]楊萬彪 一種高壓輥壓機(jī)用柱釘和高壓輥壓機(jī) [P]. 中國專利： CN211412162U . 2020-09-04

[2]蘇春霞，徐相斌 輥壓機(jī)冷鑲柱釘輥套的失效分析《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》，2018年01期.