高品質礦山機械回轉軸承用鋼A1045B的開發實踐

李占陽

(1.江蘇蘇鋼集團蘇州蘇信特鋼有限公司， 江蘇 蘇州 215153；2.北滿特殊鋼有限公司， 江蘇 蘇州 215151)

引 言

回轉軸承部件是礦山機械重要的核心元部件之一，承載著整個操縱機構的運轉；該部件必須要有良好的強韌性。目前，國外用戶使用的礦山機械回轉軸承為A1045B鋼，其主要化學成分相當于國內普通的45#鋼，但45#鋼卻無法滿足國外用戶的技術要求。

客戶對此軸承部件的技術要求較高，材料經鍛造后彎成60°，再做調質處理，多件連接在一起進行精加工，制作成直徑達到10 m左右的軸承。此部件生產試制非常困難，因此，必須設計合理的生產工藝保證生產試制順利進行。

1 主要技術要求

1.1 材料牌號

A1045B鋼的化學成分(熔煉分析)應符合表1的規定。

1.2 冶煉方式

采用電弧爐/轉爐+真空精煉+電渣重熔的工藝進行生產試制。

1.3 鍛件規格

1.4 力學性能要求

試樣取自整體調質處理后的鍛件，取樣(縱向及橫向性能)位置距表面不少于20 mm。力學性能檢驗結果應滿足表2所規定的要求。

1.5 非金屬夾雜物要求

A類≤1.0級，B類≤1.0級，C類≤0.5級，D類≤1.0級，Ds≤1.0級。

1.6 探傷要求

需要在材料整個長度和圓周上進行100%超聲波探傷檢驗；允許單點缺陷≤Φ2 mm，不允許有連續缺陷。

2 試制開發工藝

2.1 工藝流程

電弧爐冶煉+LF爐精煉+VD爐真空精煉→澆注電極坯料→罩冷→電渣重熔→電渣錠熱送→鋼錠加熱→鍛造→退火→粗加工→探傷→調質處理→檢驗→入庫。

2.2 冶煉工藝

依據客戶要求，先按普通45#鋼試制生產，鍛件整體調質后其力學性能無法滿足要求。隨后，在冶煉過程中添加提高淬透性的元素Cr，Ni，Mo，其中w(Cr)按0.22%～0.27%、w(Ni)按0.28%～0.33%、w(Mo)按0.07%～0.09%控制，以期獲得滿足客戶要求的產品，并且降低鋼中的S，P有害元素含量；采用特殊冶煉方法——電渣重熔工藝，使鋼水成分更均勻以減少偏析，并且可進一步降低鋼中S元素含量和非金屬夾雜物級別，可得到高純凈度、高致密的目標產品。

2.3 鍛造工藝

為獲得良好的綜合力學性能，鍛造采用先鐓粗后拔長工藝，使其橫、縱方向的變形均勻。鋼錠鐓粗比≥1.5，總鍛壓比≥6。鍛造加熱溫度約為1200 ℃，終鍛溫度約為750 ℃。對鋼錠頭部縮孔端采用滿砧壓下拔長的鍛造方式，端部成鼓形以利于切除縮孔。

2.4 鍛件調質

鍛后熱處理工藝：加熱至880 ℃，保溫4 h，正火；加熱至870 ℃，保溫4 h，水淬；加熱至 560 ℃，保溫12 h，回火。

鍛件產品粗加工后及調質過程，如圖1，2，3所示。

圖2 鍛件調質1

圖3 鍛件調質2

3 試制結果

3.1 冶煉化學成分

首次生產試制電弧爐冶煉4爐鋼，電渣重熔16支鋼錠，化學成分檢測均滿足設計要求，并且成分相對穩定，具體如表3所示。

模型中的混凝土采用三維實體單元，這種單元比其它高次等單元的計算精度要低一些，但可以滿足計算要求，可以通過縮減大量的自由度，來提高計算的速度，減少計算的時間和成本，還能達到計算的精度要求[2-5]。模型的鋼管單元采用殼單元，這樣不僅能使計算精度達到要求，而且更加有利于快速收斂。本文鋼管混凝土柱結構的壁厚小于該結構整體長度的1/10，可以使用殼單元進行模擬。

表3 A1045B鋼的化學成分實測/%

3.2 非金屬夾雜物

鋼錠鍛造成方坯后取樣，采用GB/T10561-2005 標準對非金屬夾雜物進行檢驗評級，具體結果如表4所示。

表4 A1045B鋼的非金屬夾雜物(級)

3.3 顯微組織

試樣從邊緣到距邊緣120 mm范圍內不同部位的顯微組織，如圖4～9所示(500X)。邊緣主要為回火索氏體+少量鐵素體組織，距邊緣20～60 mm處出現貝氏體組織，并且珠光體和鐵素體含量逐漸增多，索氏體逐漸減少；距邊緣100～120 mm處主要組織為珠光體+鐵素體+少量貝氏體。

圖4 邊緣顯微組織

圖5距邊緣20 mm顯微組織

3.4 力學性能

鍛件整體調質處理后，在距表面20 mm處取縱向及橫向試樣檢測，檢測標準采用GB/T228-2002、GB/T229-2007，結果如表5所示。

圖6 距邊緣40 mm顯微組織

圖7 距邊緣60 mm顯微組織

圖8 距邊緣100 mm顯微組織

圖9 距邊緣120 mm顯微組織

為了更好地評估調質處理后A1045B鋼鍛件方坯截面硬度的均勻性，特進行截面布氏硬度測試。在調質鍛件上進行了取樣， 制取了從邊緣到寬度方向上120 mm長的硬度樣，如圖10所示。每間隔10 mm進行硬度測試，結果如表6所示，均符合技術要求。

3.5 探傷檢測

所有鍛件方坯經超聲波探傷檢測全部滿足客戶標準要求。

表5 A1045B鋼調質后力學性能

圖10 硬度試樣(由下往上編號為1～11)

表6 不同位置鍛件布氏硬度

4 結束語

(1)在45#鋼成分基礎上添加w(Cr)：0.22%～0.27%；w(Ni)：0.28%～0.33%；w(Mo)：0.07%～0.09%進行微合金化，并優化鍛造工藝和熱處理工藝(880 ℃正火，870 ℃水淬，560 ℃回火)，獲得了滿足客戶要求的目標產品。

(2)采用電渣重熔的特殊冶煉工藝，使鋼水純凈，產品非金屬夾雜物水平控制較好(均低于0.5級)，充分保證了目標產品超聲波探傷結果完全滿足相關要求。

(3)調質后鍛件邊緣至20 mm處顯微組織主要為回火索氏體+鐵素體，從距邊緣40 mm到120 mm范圍內，主要為鐵素體+珠光體+貝氏體組織；且隨著距離的增加，塊狀鐵素體+珠光體組織含量逐漸增加。