輪帶的構(gòu)筑成形工藝與軋制工藝制造

銀 偉 任秀鳳 鄭永強 孫明月 趙麗美 徐斌 趙龍哲 李 玲 趙興明 李 敏 劉蘭瀟 趙方娜

(1.伊萊特能源裝備股份有限公司，山東250217；2.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧110016)

回轉(zhuǎn)窯是建材、冶金行業(yè)的核心和關(guān)鍵設(shè)備，輪帶是回轉(zhuǎn)窯最重要的大型部件，其作用是把輪窯筒體的全部重力(包括耐火磚、內(nèi)部裝置和物料等的重力)傳遞給托輪，并使筒體能在托輪上平穩(wěn)地回轉(zhuǎn)，同時輪帶又是加強筒體徑向剛度的零件，因此輪帶需要具有足夠的強度、剛性和耐久性。

輪帶鍛件工作條件惡劣，日常維護(hù)、更換難度大，因此對輪帶的強度、硬度均勻性、表面耐磨性提出很高要求。當(dāng)前市場上大型輪帶90%采用鑄造工藝生產(chǎn)，鑄造輪帶在低速、高負(fù)荷作用下，輪帶基體組織疏松、硬度較低的地方就有壓潰、卷邊，壓陷現(xiàn)象。因鑄造缺陷，造成皮下空洞、大面積的疏松、砂眼等，亦會造成輪帶表面剝落和壓痕。

部分鍛造輪帶采用大型模鑄鋼錠作為原材料，傳統(tǒng)自由鍛工藝成形，鋼錠因冷卻速度不同，成分偏析、疏松等問題不可避免，影響鍛件的性能均勻性。且大型模鑄鋼錠需要切除20%～35%的材料，材料利用率低。

金屬構(gòu)筑成形工藝借鑒建筑學(xué)原理，將多塊均質(zhì)化板坯通過表面加工、清潔處理、堆垛成形和真空封裝后，在高溫下施以多向鍛造為特點的鍛焊工藝，充分愈合界面，實現(xiàn)界面與基體完全一致的無痕連接。該技術(shù)可用較低的成本實現(xiàn)大尺寸器件的致密化、均質(zhì)化制備，其核心思想是“化整為零，以小制大”。

軋制工藝(輾環(huán))是國際上公認(rèn)的近凈成形先進(jìn)制造工藝，適用于環(huán)類、盤類、筒體類鍛件的成形，與傳統(tǒng)自由鍛工藝相比，具有節(jié)能、高效、材料利用率高的特點，而且軋制后的工件內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)小，流線完整，對于提高工件的強度、耐磨性、疲勞壽命具有非常重要的意義。

公司自2018年以來采用徑軸向軋制工藝生產(chǎn)鍛造輪帶，此次承接的國外輪帶鍛件應(yīng)用在萬噸水泥回轉(zhuǎn)窯項目。該項目輪帶材質(zhì)為28Mn6，直徑達(dá)7390 mm，壁厚543 mm，高度1440 mm，鍛坯重量超過160 t，如采用傳統(tǒng)模鑄鋼錠制造，鋼錠重量超過250 t，鋼錠成分偏析、內(nèi)部縮孔、夾雜等缺陷將對鍛件硬度均勻性和使用壽命造成不良影響，而且采用自由鍛鍛造工藝制造，已達(dá)到國內(nèi)自由鍛壓機(jī)制造極限，難度極大。

1 輪帶鍛件技術(shù)要求

輪帶鍛件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、超聲檢測要求見表1、表2和表3。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table1 Chemical composition requirements(mass fraction,%)

表2 室溫力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements at room temperature

表3 超聲檢測要求Table 3 Ultrasonic test requirements

在輪帶鍛件0°、90°、180°、270°四個位置檢測硬度，每個位置沿鍛件高度方向檢測三點，測定的硬度值分布不得超過測量平均值的±8%。

2 萬噸回轉(zhuǎn)窯鍛件主要工藝流程

萬噸回轉(zhuǎn)窯鍛件主要工藝流程為：板坯熱處理→板坯鋸切、加工→組坯封焊→鋼坯加熱、鍛造開坯→鍛件軋制成形→鍛后熱處理→粗加工→性能熱處理→半精加工→超聲檢測→取樣、理化檢測→精加工→磁粉檢測→包裝發(fā)貨。

3 輪帶鍛件檢測結(jié)果

3.1 化學(xué)成分

在鍛件本體0°、120°、240°位置各取1個試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測，檢測結(jié)果見表4，結(jié)果顯示鍛件各部位成分均勻性較好。

表4 化學(xué)成分檢測結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Chemical composition test results(mass fraction,%)

3.2 力學(xué)性能

鍛件本體0°、120°、240°位置沿周向切取室溫拉伸試樣共6個，實際檢測結(jié)果Rp0.2為402～422 MPa，差值20 MPa，Rm為635～649 MPa，差值14 MPa，均滿足Rp0.2≥350 MPa，Rm為550～690 MPa的技術(shù)要求。

在0°、120°、240°位置沿周向切取室溫沖擊試樣共18個，實際檢測結(jié)果KV2=122～152 J，差值30 J，滿足KV2≥40 J的技術(shù)要求。

由圖1、2分析結(jié)果可見，鍛件的室溫強度、沖擊韌性均遠(yuǎn)超客戶提供的技術(shù)條件要求且均勻一致，表明鍛件獲得了優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，強韌性匹配良好。

圖1 室溫拉伸強度檢測結(jié)果Figure 1 Tensile strength test results at room temperature圖2 室溫沖擊韌性檢測結(jié)果Figure 2 Test results of impact toughnessat room temperature

3.3 硬度檢測

在輪帶鍛件0°、90°、180°、270°四個位置檢測鍛件表面硬度，每個位置沿鍛件高度方向檢測三點，硬度值在156～180HBW之間，滿足不超過測量平均值±8%的硬度均勻性要求。

圖3 晶粒度檢測結(jié)果Figure 3 Grain size test results

3.4 超聲檢測

輪帶鍛件半精加工后，經(jīng)客戶和第三方檢測機(jī)構(gòu)見證，輪帶鍛件超聲檢測符合規(guī)范要求。

3.5 非金屬夾雜物

在鍛件本體0°、120°、240°位置取樣，按照GB/T 10561—2005對非金屬夾雜物含量進(jìn)行評級，除D類粗系為0.5級外，未發(fā)現(xiàn)其他類非金屬夾雜物。

3.6 晶粒度

在0°、120°、240°位置取樣，按照GB/T 6394—2017對平均晶粒度進(jìn)行評定，晶粒度均≥7.0級，如圖3所示。

4 結(jié)語

針對超大型環(huán)鍛件制造存在的原材料制備和成形難題，采用金屬構(gòu)筑成形+徑軸向軋制工藝可以較好的解決此難題。金屬構(gòu)筑成形工藝可以制備出均質(zhì)化、致密化、低成本的原材料，而采用徑軸向軋制工藝，幾何尺寸精確、表面質(zhì)量好，可以實現(xiàn)近凈成形，減小鍛件余量。兩項創(chuàng)新性工藝的結(jié)合可提高超大型環(huán)鍛件產(chǎn)品質(zhì)量、降低綜合生產(chǎn)成本。