大截面輥軸鍛造工藝

文/段保華·天重江天重工有限公司

大截面輥軸鍛造工藝

文/段保華·天重江天重工有限公司

段保華，技術員，助理工程師，主要從事大型自由鍛件工藝和鍛造方法的研究，以及自由鍛造用工裝附具的設計研究。

大型輥壓機是破碎粉磨領域不可缺少的重要設備，至今已有超過千余臺輥壓機成功應用于建材、礦山等行業。我國于1987年從德國KHD公司引進輥壓機設計制造技術，但是由于當時設備、技術等因素的限制，特別是關鍵性部件——大截面輥軸制造技術一度成為制約輥壓機發展的瓶頸。經過二十多年技術改進和生產創新，輥壓機無論是產品規格、處理能力，還是使用可靠性，都得到了很大的提高。

目前，輥壓機輥徑已經達到φ2600mm，處理能力近3000t/h，裝機功率為2×2800kW。因此對大截面輥軸制造技術提出了更高的要求。為了提升大截面輥軸軸身的內部質量，提高大截面輥軸鋼錠的利用率，本文將對大截面輥軸傳統鍛造工藝進行分析，提出改進后的鍛造工藝方法。

傳統鍛造工藝

大截面輥軸坯料材質為S42CrMoA，采用52t雙真空鋼錠鍛造，為了保證鍛后鋼錠內部組織性能，打破鋼錠中鑄態組織的疏松與孔洞，采用1200mm上下平砧進行WHF法鍛造，輥軸鍛件圖如圖1所示。

圖1 輥軸鍛件圖

由于鍛件截面差較大，給分料帶來了相當大的困難。鍛造工藝規范要求分料長度應大于等于坯料截面尺寸的1/3。但出于對鋼錠利用率的考慮我們只能縮短下料長度。圖1中（Ⅰ）、（Ⅱ）的理論下料只需φ1750mm×300mm，但考慮到鋼錠利用率及下料操作的難易程度，以及鋼錠底部需要有一定的切除量，因此我們將下料尺寸定為φ1750mm×500mm。但是由于截面差大，軸身兩側余面亦比較大，分料時余面重量約500kg，這樣也會相應地降低鋼錠的利用率。

表1 傳統鍛造工藝

鍛造熱處理后超聲波檢測發現軸身中心晶粒粗大。該材料鍛件晶粒開始長大的溫度為1050～1080℃，開始急劇粗大的溫度為1100～1200℃。按傳統鍛造工藝（表1），最后一火在如此大的截面分料時，一火是很難成形的，往往都是兩火成形。然而鍛造前加熱的溫度剛好在鍛件晶粒開始急劇變粗大的溫度，而且軸身在最后一火時幾乎沒有了變形量，再加上火次的增加，因此軸身很容易產生粗晶，在后續的熱處理中也很難得到改善。只有通過多次正火才能改善，這樣就造成了能源的浪費，相應地也增加了成本，降低了產品的市場競爭力。

圖2為采用傳統鍛造方法所需采取的鍛后熱處理曲線，為了盡量細化輥軸在鍛造加熱過程中長大的晶粒，采用兩次正火加一次回火。熱處理后檢驗鍛件尺寸，結果為軸身兩側余量較大，各臺階同軸度差。毛坯探傷結果為軸身粗晶。

改進后的鍛造工藝

為了提高該類產品的利用率，降低生產成本，改善軸身兩側的外形尺寸，以及解決鍛后軸身粗晶問題，只能在卡兩端小臺時采用小截面分料且必須保證軸身在最后一火有一定的變形量。因此我們對工藝做了如下調整。

圖2 輥軸鍛后熱處理曲線

表2 改進后的鍛造工藝

將原工藝采用的52t雙真空鋼錠降低為48t雙真空鋼錠鍛造。為了達到鍛件所需的內部組織及外部形狀我們采用兩次鐓粗加兩次WHF法壓實。最后一火采用漏盤局部鐓粗輥身，然后再滾輥身外圓的方法，這樣就保證了輥身在最后一火有了一定的變形量，可以有效的防止后續地粗晶問題，改進后的鍛造工藝見表2。

表2鍛造工藝采用WHF壓實鋼錠滾外圓拔長到φ1500mm分料有如下優點：

⑴使（Ⅰ）、（Ⅱ）及（Ⅳ）、（Ⅴ）臺的分料長度增加，達到鍛造工藝規范要求（分料長度應大于等于相應截面尺寸的1/3）。

⑵截面差的減小，降低了分料時的操作難度，便于操作，節省了鍛造時間。

⑶增大了鍛比，使鋼錠內部微小孔洞缺陷得到了有效地焊合。

采用漏盤局部鐓粗輥身的方法有如下優點：

⑴滿足了輥身形狀上的要求。

⑵避免了大截面輥身長時間保溫后且在最后一火無變形量而產生的粗晶問題。

⑶經過漏盤鐓粗使輥身兩側的余面大大減小，因此也提高了鍛件的利用率，改善了輥身兩側的外形尺寸。

由于改進鍛造工藝后軸身在最后一火進行了局部鐓粗，大大改善了軸身的內部組織，因此我們只需采用一次正火即可。這樣不但節省了能源而且也大大縮短了該產品的制造周期。圖3為鍛造工藝改進后輥軸鍛后熱處理曲線。

圖3 工藝改進后輥軸鍛后熱處理曲線

鍛造熱處理后，軸身兩端外形尺寸良好，余面也幾乎沒有，為后續的機加工大大節約了工作時間；超聲波探傷也未發現任何缺陷。在后續的調質熱處理也沒出現任何問題，而且在調質后各項性能指標完全合格。

結束語

針對大截面差輥軸的鍛造，采用在小截面差時分料，然后再局部鐓粗輥身的方法，解決了鍛造過程中大截面差分料時的困難及鍛后粗晶的問題。相應地鋼錠利用率也提高了5%，如此大大降低了鍛件的生產成本，提高了此類鍛件的市場競爭力。