鍛鋼支承輥熱處理工藝研究

楊萬彪 李 媛 胡升利 高家悅 白 晶 張俊彥

鍛鋼支承輥熱處理工藝研究

楊萬彪 李 媛 胡升利 高家悅 白 晶 張俊彥

文章研究了一種新的支承輥熱處理技術，通過差溫電爐整體加熱，一次淬火和回火即可使輥身輥頸達到不同的硬度要求。這種熱處理工藝改變了原有支承輥制造工藝，提高了軋輥淬硬層深，熱處理后的支承輥不存在軟帶，增加端部的抗剝落性。這種熱處理技術不但降低制了造周期，也降低了制造成本。

支承輥 熱處理工藝 淬硬層深 軟帶 制造周期 降低成本

1.前言

支承輥是軋機中的重要部件，用來支承工作輥或中間輥，以防止工作輥出現撓曲變形而影響板、帶的產量及質量。支承輥復雜多樣的工況條件，使其不同于一般的工件。一方面軋制過程中軋輥本體要承受很多的彎曲應力和摩擦力，另一方面輥身表面要長時間的磨損、沖擊，接觸應力和激冷激熱造成的疲勞現象。因此，支承輥必須滿足下列條件：

（1）抗折斷性：輥身、輥頸承受工作應力而不發生橫向斷裂。主要應具有足夠的強度和韌性，并且不存在可能導致斷裂的制造缺陷。（2）耐磨性：軋輥輥身工作部位在軋制中抵抗失重和尺寸減少的能力。應注意的是軋輥在熱態的耐磨性和冷態的耐磨性并不一定相同，也就是說，軋輥在冷態使用時的相對耐磨性好并不等于在熱態時的相對耐磨性好。（3）抗剝落性：軋輥在接觸應力長時間作用下而不產生輥身掉塊現象的能力。（4）抗熱裂性：軋輥要經受來自軋材及冷卻水的激冷激熱作用而產生熱疲勞，抵抗這種作用而不產生網狀龜裂或使網裂細化變淺的能力。[1、2、4]

目前，國內大型鍛鋼支承輥主要制造工藝有兩種：（1）鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火+去氫退火—粗加工—調質熱處理（淬火油冷卻）—半精加工—輥身差溫淬火+回火—精加工。（2）鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火+去氫退火—粗加工—調質熱處理（淬火油冷卻—半精加工—輥身工頻淬火（或者準靜態加熱淬火）+回火—精加工。[3、5]

根據鋼錠冶金質量提升和回火技術利用，研制一種新的鍛鋼支承輥鍛后熱處理和最終差溫熱處理工藝，開辟出一個新的支承輥制造工藝方案，鋼錠—鍛造—鍛后正火+球化退火—粗加工—整體電爐差溫淬火+回火—精加工。該制造工藝與國內方案相比具有以下不同點：（1）鍛后熱處理沒有去氫退火工藝，省去7天-10天的熱處理時間，降低節約成本800元/噸鋼-1000元/噸鋼，也節省了生產周期。（2）省去調質工序，節約淬火油1kg/t鋼-3kg/t鋼，同時避免了淬火油造成的環境污染。（3）只通過一次淬火和回火，就可以滿足輥身、輥頸不同硬度要求，同時支承輥的各項性能指標也有了提高。

2.支承輥要求

根據新熱處理工藝方案進行了試制支承輥：輥身硬度65HSD-70HSD，硬度均勻性±1.5HSD，淬硬層≥65mm，輥身硬度落差≤2HSD，輥頸40HSD-50HSD。規格為φ1250*1420/3775，重量20760kg。

3.工藝設計

該試驗件是公司的合同產品，編號設為Cr5-1，在產品上預留了試樣，作為新工藝的數據驗證。

（1）材質選用Cr5系列（見表1）。

表1 試驗件化學成份

（2）鍛造采用兩鐓兩拔，1200寬砧WHF法壓實。鍛后熱處理與國內主要工藝不同之處就是取消去氫退火工藝，同時采取特殊的球化工藝，通過不同冷卻速率，保證鍛后熱處理的組織狀態，為最后差溫熱處理做好組織準備（見圖1）。

圖1 支承輥鍛后熱處理工藝

（3）支承輥鍛后熱處理出爐冷卻后，檢驗高低倍組織狀態和硬度，數據出來后進行粗加工，粗加工后進行最終熱處理。最終熱處理工藝主要區別于國內差溫熱處理工藝是采用輥身和輥頸同時加熱和冷卻、同時回火，輥身和輥頸硬度都滿足圖紙要求；與以前的整體不透燒加熱二次回火[5]技術區別是該熱處理技術只回火一次，不需要進行輥徑二次回火來保證輥徑與輥身硬度不同。（見圖2）。

圖2 支承輥整體差溫熱處理工藝

4.試驗結果

（1）該試驗結果是再鍛后熱處理工序后，在相當于鋼錠冒口端端頭切取25mm厚的試驗片，在半徑1/2處取高倍樣塊。通過此結果，說明鍛造工藝和鍛后熱處理工藝是合理的，尤其晶粒度結果，表明鍛后熱處理工藝制定很成功（見表2）。

（2）輥身、輥頸硬度在精加工后按照GB/T13313標準，軋輥輥身部位圓周方面90度均分取四條母線，每條母線打四點硬度，每一點打三次硬度然后取平均值。輥頸圓周方面180度均分取兩條母線，每條母線打兩點硬度（見表3）。

表中斜體硬度值為輥身表面距離端部20mm處硬度值?？梢钥闯?，該熱處理工藝生產的支承輥端部硬度值和輥身幾乎一樣，沒有軟帶出現，同時輥身硬度均勻性達到2HSD，所以輥身的所有部位應力是一致的，增加了軋輥的抗剝落性，增強了耐磨性，提高了軋輥使用壽命。

（3）淬硬層深檢驗結果。在粗加工圖中，輥身長度方向留了200mm長作為試料環。最終熱處理后，精加工之前切取試樣環。該試料環取在輥身任一側端部，先把端部長100mm，深130圓周方向車削掉，然后在按照取樣圖切取一個厚度為25mm，寬度為110mm試樣環。試樣環取下后沿寬度方向，每隔5mm打硬度，硬度曲線見圖3。

從曲線中可以看出90mm深硬度幾乎沒有降低，淬硬層深≥95mm，國內目前最好材質Cr5，硬度65HSD-70HSD，淬硬層≥80mm ，該熱處理工藝制造的支承輥淬硬層深提高了18.75%，支承輥的使用壽命也提高18%，降低了使用廠家的軋輥成本。

4.結論

（1）新熱處理工藝生產的支承輥各項性能指標都有提高。淬硬層深≥95mm，因此軋輥的使用壽命提高18%；硬度均勻性較高，抗疲勞性能增加；軋輥沒有軟帶，端部抗剝落性增加。

表2 試驗件高倍情況表

表3 試驗件輥身和輥頸熱處理硬度（HSD）

圖4 淬硬層測試結果

（2）新熱處理工藝開發，不僅制造成本節約900元/噸鋼-1100元/噸鋼，而且縮短制造工期7-10天。

（3）新熱處理工藝不采取淬火油調質，減少了對環境的污染，響應了國家綠色制造的號召。

（4）我國軋輥制造業要想在激烈的市場競爭中生存、發展，有力支撐鋼鐵主業，生產出高技術含量、高附加值的軋輥，適應目前國內外現代化軋機用輥需求，達到與國外企業競爭的水平，必須不斷增強自主創新能力，有針對性地進行新產品開發和工藝技術創新，該熱處理工藝技術的開發正好在降低成本的同時又保證了產品質量，這正是我國軋輥行業及其它冶金行業發展的方向。

[1] 趙曉輝，章大鍵，范國平.大型鍛鋼支承輥熱處理工藝的探討［J］.重型機械，2011(5) : 23-26.

[2] 陸寅松，張學智，胡學輝，等. 5%Cr 帶鋼支承輥制造技術［J］.金屬加工，2011(9) : 15-18.

[3] 韓瑞敏 大型鍛鋼支承輥生產狀況及最終熱處理工藝 《熱處理》2011 年第26 卷第5期

[4] 賀小多，孫軍占.復合鑄鋼支承輥的生產與發展［J］.河北冶金，2003，(3) : 37-38.

[5] 高文明，王洪斌，姜春雷.中厚板軋機支承輥最終熱處理工藝簡介，熱處理技術與裝備，2013 年2月第34 卷第1期

（作者單位:石鋼京誠裝備技術有限公司）