3 500 mm寬厚板軋機支承輥鍛造工藝研究

韓 雷 楊志洪

(中國第一重型機械集團股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161042)

寬厚板軋機是軋鋼設(shè)備中最大的軋機，也是主力軋機之一，在一定程度上代表著一個國家的裝備水平。隨著寬厚板軋機的增多，支承輥的需求量增加，預計年需支承輥2 000 t。

寬厚板軋機支承輥在所有軋機的支承輥中規(guī)格是最大的，一般直徑為?1 800 mm～?2 400 mm，重量都在百噸以上。制造這樣特大型支承輥對工廠的生產(chǎn)條件、技術(shù)水平、設(shè)備能力要求很高，世界上僅有幾個工業(yè)發(fā)達的國家才能夠生產(chǎn)，目前的訂貨周期均接近兩年。為了滿足冶金工業(yè)的發(fā)展需求，我們除了在設(shè)備上提高生產(chǎn)能力外，還對工藝手段進行研究，以提高鍛造效率。本文將介紹我們?yōu)槟充搹S3 500 mm軋機生產(chǎn)支承輥的先進的工藝方法。

1 3 500 mm寬厚板軋機支承輥技術(shù)要求

某鋼廠3 500 mm寬厚板軋機支承輥主要考核指標如下：

(1)規(guī)格為?1 950 mm×3 672 mm×9 190 mm，成品重量為119 t。

(2)技術(shù)要求為：

輥身硬度53～58HS；輥頸硬度40～48HS；輥身硬度均勻性±2.5HS；輥身淬硬層深度≥100 mm；材料45Cr4NiMoV；探傷按JB/T4120—93標準。

2 3 500 mm寬厚板軋機支承輥的工藝難點

支承輥制造工藝流程為：

備料→粗煉鋼水(電爐)→鋼包精煉(真空除氣)→真空鑄錠→鍛前加熱→水壓機鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲波探傷→差溫加熱噴水霧淬火→回火→精加工→超聲波探傷→包裝、發(fā)運。

由于該3 500 mm寬厚板軋機支承輥規(guī)格龐大，凈重達119.8 t，毛坯重量達161 t，所以其制造難度是很大的。

(1)隨著厚板軋機向大型化發(fā)展，支承輥輥身的直徑不斷增大，其鍛件截面增大，鋼錠也隨之增大。我公司由最初的83 t鋼錠鍛出一件發(fā)展到現(xiàn)在259 t鋼錠出一件。冶煉澆注時如何使其成分偏析減小、夾雜物減少并將氫含量控制在極限范圍內(nèi)，杜絕超標夾雜物和白點的產(chǎn)生，這是難點之一。

(2)隨著鋼錠截面的增大，如何通過合理的鍛造工藝鍛合壓實鋼錠的內(nèi)部疏松等缺陷，細化組織，破碎和改善碳化物及夾雜物在鋼中的分布，使鍛件獲得較高的力學性能和抗疲勞性能，滿足探傷要求，這是難點之二。

(3)在150 MN水壓機及其配套的起重等鍛造操作設(shè)備條件下，如何在保證支承輥質(zhì)量的前提下，減輕鍛造操作設(shè)備的工作負荷，提高鍛造生產(chǎn)效率成為工藝難點之三。

圖1 鍛件粗加工圖Figure 1 The drawing for rough machining forgings

圖2 鍛件圖Figure 2 The drawing for forgings

3 3 500 mm寬厚板軋機支承輥的鍛造工藝過程

由于鋼錠的直徑和重量較大，其內(nèi)部不可避免地存在疏松等缺陷，而且碳化物、夾雜物等偏析嚴重。為了壓實鋼錠內(nèi)部缺陷，近年來世界上不少鍛件制造廠家的工程技術(shù)人員研究開發(fā)了一系列新的鍛造壓實方法，如WHF、JTS、FM、KD等方法。我公司由于設(shè)備能力和空間不足采用的是FM法。對于有特殊要求的也常采用WHF+JTS或FM+JTS法。具體采用哪種還要視支承輥的具體尺寸而定，因為每一種方法都需要相應匹配的參數(shù)才能達到最好的壓實效果。

根據(jù)3500軋機支承輥的具體情況以及150 MN水壓機的鐓粗能力和較大的設(shè)備空間，我們在考慮鍛造中心壓實的同時，兼顧鍛造操作安全性和生產(chǎn)效率，采用一次鐓粗加KD法中心壓實，減少一次鍛造火次。鐓粗，以增加直徑，使拔長壓實火次鍛比大于2.0。根據(jù)有關(guān)試驗，鋼錠壓實主要通過拔長工序完成，因為現(xiàn)在這種特大型支承輥材料的碳含量、合金含量較高， 在鍛造溫度下存在大量的二次碳化物，鍛造時表面易產(chǎn)生裂紋，且材料的變形抗力較大，大變形量鍛造表面易產(chǎn)生裂紋，給壓實帶來一定困難。我公司采用在150 MN水壓機上鐓粗和KD法上、下V形砧拔長，高溫大壓下量的KD鍛造法生產(chǎn)支承輥，能夠較好地解決表面裂紋與壓實的矛盾。理論與實踐表明，采用135°上下V形砧，單次壓下量大于20%時，能有效地鍛造壓實鋼錠內(nèi)部缺陷。當壓實火次鍛造比達到2.0以上時，坯料整體長度得到充分壓實，最后火次鍛造比1.5左右，進一步破碎粗大碳化物，細化晶粒。采用這種方法鍛造的支承輥經(jīng)過超聲波探傷檢查，其表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均達到技術(shù)要求。

解決了支承輥壓實問題，也就有了質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。如何利用工藝手段減少鋼錠的規(guī)格和中間工序坯料的重量成為解決生產(chǎn)問題的關(guān)鍵。首先，在繪制鍛件粗加工圖時，修改了傳統(tǒng)的支承輥各部位粗加工量均勻一致的繪制方法，而是依據(jù)支承輥各部位熱處理變形的傾向性確定不同的粗加工量。如輥身長、直徑大不易變形，粗加工量可小；輥頸長、直徑小熱處理時容易產(chǎn)生變形，粗加工余量必須大等。粗加工圖如圖1所示。

其次，在繪制鍛件圖時，根據(jù)2 800 mm軋機支承輥的生產(chǎn)經(jīng)驗，我們也改變了不同鍛件部位的鍛造余量和余塊均勻一致的傳統(tǒng)做法。依據(jù)支承輥各部位熱處理變形的傾向性確定不同的鍛造余量和余塊，并有效地利用鍛造余量和余塊加工工藝要求的防串臺、吊卡頭等工藝余料。這樣確定輥身鍛造余量同比降低20%，鍛件重量同比減少了近10t，鋼錠也由原來的292t降低到了259t，鋼錠利用率提高到了近65%，鍛件圖如圖2所示。

第三，在鋼錠確定為259 t以后，如何利用減少中間鐓拔工序的毛坯重量是鍛造操作成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于額定負荷為250 t的運輸天車，259 t鋼錠裝出爐取料超負荷不到8%，只要控制行走速度，是絕對安全的。壓鉗口工序，300 t鍛造操作天車帶60 t的翻鋼機，這期間鋼錠一端一直是壓在砧子上，也是不超負荷的。而在鐓拔工序，若采用傳統(tǒng)的工藝方法，無論是鐓粗后取料工序，還是拔長工序，取料設(shè)備、鍛造操作設(shè)備均嚴重超負荷20%以上，這是設(shè)備安全絕對不允許的。因此，在鐓拔工序，應該在滿足支承輥最終成型需要的前提下，盡最大可能減小坯料的重量。為此，我們將冒口工藝切除量以及工藝吊卡頭部分對應的鋼錠錠身部位直接壓入鉗口，在鐓拔工序前就將工藝廢料切掉。這樣在第一火次壓鉗口后，坯料重量就減至近200 t。此時鐓拔工序的取料設(shè)備、鍛造操作設(shè)備均超負荷在10%以下，確保了生產(chǎn)操作的安全性。具體鍛造工藝如下：

(1)I火：壓鉗口，壓錠身300 mm，倒棱。

(2)II火：鐓粗H=2 700 mm，?3 400 mm，KD鍛造法拔長至?2 250 mm。壓實操作規(guī)程為：a)滿砧進給，順錘壓下，互成90°角翻轉(zhuǎn)；b)各道次水冒口交替布砧；c)壓下量為坯料高度的20%；d)工具為150 MN壓機專用寬上下V型砧。

(3)III～IV火：拔長兩端輥頸，鍛出各部，精整出成品。

實際鍛造了兩支3 500 mm寬厚板軋機支承輥，經(jīng)鍛件檢驗和超聲波探傷，鍛件表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量均滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，證明所采用的KD鍛造法是合理的。

截止目前，我公司采用KD鍛造法相繼為天鋼、邯鋼、安鋼、南鋼、普鋼等3 000 mm、3 300 mm、3 500 mm軋機生產(chǎn)支承輥50多支，各項技術(shù)指標均滿足合同要求。

4 結(jié)束語

(1)采用鋼錠錠身直接壓鉗口，成功地解決了取料與鍛造操作設(shè)備嚴重超負荷問題。

(2)在150 MN水壓機上采用一次鐓粗加KD法拔長的工藝方法，可減少一次鍛造火次，既提高生產(chǎn)效率，又達到了壓實的效果，同時支承輥鋼錠利用率創(chuàng)歷史新高。

(3)通過3 500 mm軋機特大型支承輥的工藝研究和實踐，為我公司今后生產(chǎn)更大的支承輥積累了豐富的經(jīng)驗。