離心復合輥壓輥套差溫淬火熱處理研究

冀鑫剛 ，白思諾 ，杜旭景 ，楊立閣 ，王保宏 ，王國菊 ，王滟偉

（1.軋輥復合材料國家重點實驗室，河北邢臺 054025；2.邢臺軋輥異型輥有限公司，河北邢臺 054025；3.中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司，河北邢臺 054025）

輥壓機是一種用于礦石、粉磨水泥生料或水泥熟料及其他建筑、化工、陶瓷、鋼鐵等工業原料的粉磨設備，由于具有體積小、重量輕、占地少、節能等優點，特別是實施“碧海藍天”工程、淘汰落后產能以來，該技術發展應用很快。

輥壓輥是輥壓機的主要工作部件，屬破碎粉磨的消耗工具。一般一臺輥壓機有2個輥，外層硬度大于HRC60，以圓柱形為主[1]。目前，國內應用的輥壓輥套，主要是采用鍛造中碳鋼調質處理后在外層堆焊耐磨層。但該工藝工序復雜，工期長，補焊修復周期長，堆焊層存有無法去掉的微裂紋，在使用過程中由于變動載荷的沖擊，經常出現堆焊層剝落、掉塊等現象，影響粉磨效果。為此，我公司研發了離心復合鑄造并帶有咬入花紋輥壓輥的技術。

1 熱處理工藝的制定

1.1 熱處理工藝面臨的問題

在常規熱處理生產中耐磨輥壓輥套采用整體加熱的方法，即內外層同時加熱。我公司生產的耐磨輥壓輥套系列產品工作層為50～100mm，并要求外表面保留花紋形狀的鑄造狀態，同時其工作溫度小于80℃。因此，耐磨輥壓輥套在經過高溫后極易氧化，氧化后耐磨性能極差。同時此系列耐磨輥壓輥套為復合材質產品：外層為高合金材質、內層為低碳鋼材質。外層需要高的耐磨性能以提高其使用壽命，為使其達到全奧氏體化，需要很高的加熱溫度，遠遠高于低碳鋼所能承受的溫度，在高溫下內層低碳鋼組織粗化，晶粒度級別會達到0～1級，導致韌性急劇下降，經檢測發現沒有屈服強度，吸收功為2～3J，產品極易開裂。

1.2 熱處理工藝的選擇

為了解決復合耐磨輥壓輥套熱處理后存在的不足，我公司采用了差溫淬火的方法，解決了產品內層韌性差的現狀，使耐磨輥壓輥套具有更優良的使用性能。

差溫淬火的技術方案是：采用無氧化高溫預熱，因輥套內層在鑄造后組織粗大，韌性差，需要經過正火過程以使其達到細化晶粒，提高韌性的目的，特將輥套預熱至低碳鋼奧氏體化溫度，以達到正火之目的。同時因差溫熱處理過程外層溫度急劇升高，若從室溫下升溫則熱應力大容易導致裂紋的產生，需要將輥套進行預熱。

此外，輥套外圓為一字花紋狀，在高溫加熱時極易氧化將導致輥套外圓失去原有的耐磨性能，特將輥套放置于無氧氣氛的爐內加熱，確保外花紋不被氧化。然后轉到雙工頻淬火機床進行表面加熱，工件旋轉使表面均勻加熱，使其外層達到其自身奧氏體化溫度，而此時內層溫度仍小于900℃。

由于奧氏體內合金含量高，在隨后的冷卻中，形成馬氏體和部分過冷奧氏體；因此隨后進行高溫回火，將部分過冷奧氏體轉變成回火馬氏體（部分貝氏體），同時基體中彌散析出細小的合金碳化物，提高硬度；采用多次高溫回火，降低殘余奧氏體量，并同時出現二次硬化，提高基體的耐磨性[2]。

2 輥壓輥套熱處理試驗與數據分析

2.1 熱處理試驗過程

耐磨輥壓輥套產品規格：外圓直徑?1800mm，一字花紋深度5 mm，中心孔為?1295 mm，高度為1220mm；工作層硬度HRC57~63，工作層厚度≥50mm。熱處理工程如下：

（1）高溫無氧化預熱：將耐磨輥壓輥套放入還原氣氛爐中，以一定的升溫速度升至750~800℃，保溫10~15小時。

（2）轉爐：輥套進行高溫預熱后采用專用吊具將輥套安裝固定于雙工頻淬火機床。

（3）差溫快速加熱：采用電磁加熱方法加熱使輥套外層以300℃/h的加熱速度加熱至1050~1100℃，保溫1小時（工作層50mm厚，1h能夠使輥套工作層達到全奧氏體化）。只對外表面進行快速加熱，輥套進行旋轉使四周表面均勻加熱，使外層奧氏體化，而此時內層低合金鋼溫度在900℃以下。

圖1 熱處理工藝曲線

（4）回火：冷卻結束后及時進行裝爐回火，進行520~560℃三次回火。

2.2 熱處理結果檢測

2.2.1 金相組織及性能檢測

對輥套的外層、內層進行了金相檢測和硬度檢測。結果如下：

外層組織為：碳化物+馬氏體+少量殘奧（小于6%）；

過渡層組織為：碳化物+珠光體→珠光體→珠光體+鐵素體；

內層基體為：珠光體+鐵素體（晶粒度7級）。

2.2.2 硬度與機械性能檢測

硬度檢測：外層HRC58~64,內層HB180~200。

圖3 過渡層金相組織

圖4 內層金相組織（100×）

機械性能檢測：外層抗拉強度750MPa、沖擊功3J；內層抗拉強度715MPa，屈服強度440MPa，沖擊功16.5J，斷面收縮率9%。

2.2.3 檢驗結果評價

檢驗結果達到預期目的，上機使用后表現很好，壽命遠遠超過國內其他制作方法產品，是堆焊產品壽命的3倍，是高Cr產品壽命的2倍，具有很高的性價比。

3 結論

復合鑄造輥壓輥套采用“差溫無氧化”加熱的“高淬+多次高回”熱處理工藝具有以下優點：（1）保證了產品外層鑄造花紋形貌，提高咬入性；（2）鈍化共晶碳化物，減小其割裂作用；（3）在提高外層耐磨性的同時，增強外層基體的抗沖擊性能；（4）提高了芯部韌性。