輪狀鍛造半鋼軋輥試制

王大鵬　趙席春　郭　峰　陳春云

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

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輪狀鍛造半鋼軋輥試制

王大鵬趙席春郭峰陳春云

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

摘要：介紹了輪狀鍛造半鋼軋輥的生產試制情況。采用合鍛的工藝方法，通過控制煉鋼、鍛造工藝，制定合理的噴霧淬火熱處理工藝，成功試制4支輪狀鍛造半鋼軋輥。

關鍵詞：半鋼軋輥；合鍛；試制

鍛造半鋼軋輥含碳量介于高碳鋼和鑄鐵之間，組織中包含有一定量的共晶碳化物，通過鍛造和熱處理調整其組織形態和性能，可實現較高的強韌性及優良的抗熱裂性和耐磨性，在同時要求高強韌性、耐磨性和抗熱裂性的熱軋機上大量應用[1]。中國一重生產的鍛造半鋼軋輥根據含碳量不同分為DT14、DT21等系列。

輪狀鍛造半鋼軋輥(立輥)為俄羅斯某廠在一重的首次訂貨，其形狀與普通立輥相比存在很大差異，長徑比小、中心有通孔等特點大大提升了制造難度。一重以多年半鋼輥生產經驗為基礎，在對立輥圖紙及技術要求進行深入分析的基礎上，制定了煉鋼、鍛造、熱處理工藝方案，成功試制了4支鍛造半鋼軋輥。

1技術要求

立輥選用材質為DT14，其化學成分要求見表1。

表1　半鋼軋輥化學成分要求(質量分數，%)

立輥采用鍛造方法進行生產。按一重《鍛造鋼性鑄鐵軋輥探傷技術條件》進行檢測。最終熱處理后保證如下力學性能：抗拉強度750 MPa，相對延伸率1%，沖擊值4 J/cm2，肖氏硬度46～52HSD。

2試制難點及解決措施

對于一般的DT14材質半鋼輥，一重有著豐富的制造經驗，包括煉鋼、鍛造、熱處理等熱加工工藝均十分成熟。試制的俄羅斯半鋼輥基本尺寸見圖1，輥身長度為460 mm，直徑為1 100 mm， 且中心有?110 mm通孔。一方面長徑比小，僅為0.47，無法實現單件噴霧，為最終熱處理環節提出了一定挑戰；另一方面，為確保中心通孔表面質量，需要鍛件具備很高的心部質量，對煉鋼及鍛造都提出了很高的要求。

針對上述試制難點，技術人員在編制煉鋼、鍛造工藝過程中，對工藝進行了細化，并在生產過程中對重要工序進行了跟蹤服務，從而達到確保鍛件質量的目的。在熱處理方面，制定了四件合鍛，對合鍛件進行噴霧淬火的工藝方法，解決了立輥因長徑比小，無法實現單件噴霧淬火的難題。

3立輥生產工藝路線

立輥制造采用LH+MBC冶煉鑄錠，水壓機鍛造成型，噴霧淬火熱處理。具體工藝流程如下：

電爐冶煉→LH精煉→MBC大氣下注→水壓機鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測→性能熱處理→性能檢測→精加工。

圖1　立輥簡圖

4制造過程

4.1冶煉澆注

由電爐粗煉鋼水，熔化后期自動流渣，金屬料基本化清大量放渣，重新造渣，氧化期滿足換渣條件時，快速進行換渣操作，至達到粗煉鋼水要求。當粗煉鋼水達到成分要求后，溫度達到出鋼溫度時即可兌入精煉爐中，經過造渣、合金化、調成分等操作后，溫度達到出鋼條件即可出鋼。采用36 t下注鋼錠執行澆注，脫模后及時熱送。爐后化學成分見表2。

表2　爐后化學成分(質量分數，%)

4.2鍛造

由于半鋼輥含碳量高，高溫奧氏體變形困難，且有共晶碳化物存在，鍛造過程中容易開裂，因此需進行鍛前熱處理，以使共晶碳化物尖角鈍化，提高鍛造安全性[2]。鍛前熱處理工藝見圖2。

圖2　立輥鍛前熱處理工藝曲線

鍛造工藝如下：

第Ⅰ火：壓鉗口，倒棱，切水口錠身底部100 mm(含刀口)；

第Ⅱ火：鐓粗至H=1 500 mm、?1 770 mm；

第Ⅲ火：拔長至?1 250 mm；

第Ⅳ火：預拔長兩端輥頸至?700 mm；

第Ⅴ火：拔長兩端輥頸，精整出成品。鍛件圖見圖3。

圖3　立輥鍛件圖

4.3鍛后熱處理

鍛后熱處理的目的首先是為了消除鍛造應力，調整組織以便后期切削加工及超聲檢測，更重要的是消除網狀二次碳化物，為最終熱處理做好組織準備。由于半鋼輥含碳量高，鍛造成型后的緩慢冷卻過程極易沿晶界析出網狀二次碳化物，網狀碳化物嚴重影響立輥的強度和塑韌性，增加立輥斷裂的危險，因此必須在鍛后熱處理工序予以消除。球化退火處理是為了使二次碳化物以均勻細密的球狀粒子形態分布，獲得粒狀珠光體組織[1]。

半鋼輥毛坯鍛造成型后，空冷至600℃左右時轉入熱處理爐進行鍛后熱處理。俄羅斯半鋼輥鍛后熱處理工藝采用正火+多段式階冷球化退火，工藝曲線見圖4。鍛后熱處理后立輥組織為珠光體+條狀碳化物，硬度約40HSD，便于切削，且為最終熱處理提供了可靠的組織準備。

圖4　立輥鍛后熱處理工藝曲線

4.4粗加工及檢測

立輥粗加工圖見圖5。粗加工過程中根據工作層厚度要求在各單件之間加工出不同深度的凹槽，為后續熱處理做好準備，從而實現噴霧淬火后確保工作層深度的目的。

圖5　立輥粗加工圖

粗加工后，對立輥進行了檢測，檢測結果符合《鍛造鋼性鑄鐵軋輥探傷技術條件》標準要求。

4.5最終熱處理

最終熱處理是立輥生產中的重要工序，其目的是為了使立輥滿足硬度、組織、性能要求，從而實現其使用過程的耐磨性、抗事故性能等要求。由于立輥含碳量高，淬裂傾向較大，難以承受過激的淬火，此外從使用方面考慮，立輥不依賴基體硬度，而是主要依賴大量的碳化物來保證其熱態耐磨性，因此該類軋輥的最終熱處理工藝為噴霧淬火+回火[1]。俄羅斯半鋼輥性能熱處理工藝見圖6，噴霧參數見表3。

圖6　立輥最終熱處理工藝曲線

4.6性能檢測

4.6.1組織

對最終熱處理后立輥輥身進行組織檢測，其組織為珠光體+碳化物(條狀+粒狀)，碳化物分布均勻，組織照片見圖7。該組織可實現優良的綜合性能。

階段時間/min水壓/MPa風壓/MPa1234101520200.120.100.10(單面)00.120.100.100.10

圖7　立輥組織照片

4.6.2硬度

對立輥輥身互為90°的四條母線進行硬度檢測，檢測結果見表4。立輥硬度滿足技術要求，且均勻性良好。

4.6.3力學性能

立輥性能檢測結果見表5，各性能指標均滿足技術要求。

4.7精加工

性能檢測合格后，沿粗加工圖(見圖5)虛線位置分料，分別進行精加工。

表4　立輥硬度檢測結果

表5　立輥性能檢測結果

5結論

(1)采用四件合鍛工藝方法進行制造，解決了單件立輥長徑比小為噴霧熱處理帶來的難題。

(2)通過加強煉鋼、鍛造工藝控制，確保了鍛件的內部質量。

(3)最終熱處理工藝合理，確保了鍛件的各項性能指標。

(4)成功試制4支俄羅斯輪狀鍛造半鋼軋輥。

參考文獻

[1]康大韜，葉國斌主編.大型鍛件材料及熱處理.1998：484-489.

[2]傅前進，劉波，趙席春，王歡.大型鍛造半鋼軋輥研制.大型鑄鍛件，2002(2)：12-15.

[3]王同路，任學平，郝慶科，郎建章.140CrNiMo鍛造半鋼軋輥的試制.鍛壓技術.2007(6)：131-133.

編輯杜青泉

Trial Production of Annular Forged Semi-steel Roll

Wang Dapeng, Zhao Xichun, Guo Feng, Chen Chunyun

Abstract：The trial production of annular forged semi-steel roll has been presented. By adopting the combined forging process, controlling the smelting and forging process and preparing the proper spray quenching heat treatment process, 4 pieces of annular forged semi-steel roll have been manufactured successfully.

Key words：semi-steel roll; combined forging; trial production

收稿日期：2015—04—10

中圖分類號：TG316

文獻標志碼：B