大截面輥軸鍛造工藝

文/段保華·天重江天重工有限公司

大截面輥軸鍛造工藝

文/段保華·天重江天重工有限公司

段保華，技術(shù)員，助理工程師，主要從事大型自由鍛件工藝和鍛造方法的研究，以及自由鍛造用工裝附具的設(shè)計(jì)研究。

大型輥壓機(jī)是破碎粉磨領(lǐng)域不可缺少的重要設(shè)備，至今已有超過(guò)千余臺(tái)輥壓機(jī)成功應(yīng)用于建材、礦山等行業(yè)。我國(guó)于1987年從德國(guó)KHD公司引進(jìn)輥壓機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，但是由于當(dāng)時(shí)設(shè)備、技術(shù)等因素的限制，特別是關(guān)鍵性部件——大截面輥軸制造技術(shù)一度成為制約輥壓機(jī)發(fā)展的瓶頸。經(jīng)過(guò)二十多年技術(shù)改進(jìn)和生產(chǎn)創(chuàng)新，輥壓機(jī)無(wú)論是產(chǎn)品規(guī)格、處理能力，還是使用可靠性，都得到了很大的提高。

目前，輥壓機(jī)輥徑已經(jīng)達(dá)到φ2600mm，處理能力近3000t/h，裝機(jī)功率為2×2800kW。因此對(duì)大截面輥軸制造技術(shù)提出了更高的要求。為了提升大截面輥軸軸身的內(nèi)部質(zhì)量，提高大截面輥軸鋼錠的利用率，本文將對(duì)大截面輥軸傳統(tǒng)鍛造工藝進(jìn)行分析，提出改進(jìn)后的鍛造工藝方法。

傳統(tǒng)鍛造工藝

大截面輥軸坯料材質(zhì)為S42CrMoA，采用52t雙真空鋼錠鍛造，為了保證鍛后鋼錠內(nèi)部組織性能，打破鋼錠中鑄態(tài)組織的疏松與孔洞，采用1200mm上下平砧進(jìn)行WHF法鍛造，輥軸鍛件圖如圖1所示。

圖1 輥軸鍛件圖

由于鍛件截面差較大，給分料帶來(lái)了相當(dāng)大的困難。鍛造工藝規(guī)范要求分料長(zhǎng)度應(yīng)大于等于坯料截面尺寸的1/3。但出于對(duì)鋼錠利用率的考慮我們只能縮短下料長(zhǎng)度。圖1中（Ⅰ）、（Ⅱ）的理論下料只需φ1750mm×300mm，但考慮到鋼錠利用率及下料操作的難易程度，以及鋼錠底部需要有一定的切除量，因此我們將下料尺寸定為φ1750mm×500mm。但是由于截面差大，軸身兩側(cè)余面亦比較大，分料時(shí)余面重量約500kg，這樣也會(huì)相應(yīng)地降低鋼錠的利用率。

表1 傳統(tǒng)鍛造工藝

鍛造熱處理后超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)軸身中心晶粒粗大。該材料鍛件晶粒開始長(zhǎng)大的溫度為1050～1080℃，開始急劇粗大的溫度為1100～1200℃。按傳統(tǒng)鍛造工藝（表1），最后一火在如此大的截面分料時(shí)，一火是很難成形的，往往都是兩火成形。然而鍛造前加熱的溫度剛好在鍛件晶粒開始急劇變粗大的溫度，而且軸身在最后一火時(shí)幾乎沒(méi)有了變形量，再加上火次的增加，因此軸身很容易產(chǎn)生粗晶，在后續(xù)的熱處理中也很難得到改善。只有通過(guò)多次正火才能改善，這樣就造成了能源的浪費(fèi)，相應(yīng)地也增加了成本，降低了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2為采用傳統(tǒng)鍛造方法所需采取的鍛后熱處理曲線，為了盡量細(xì)化輥軸在鍛造加熱過(guò)程中長(zhǎng)大的晶粒，采用兩次正火加一次回火。熱處理后檢驗(yàn)鍛件尺寸，結(jié)果為軸身兩側(cè)余量較大，各臺(tái)階同軸度差。毛坯探傷結(jié)果為軸身粗晶。

改進(jìn)后的鍛造工藝

為了提高該類產(chǎn)品的利用率，降低生產(chǎn)成本，改善軸身兩側(cè)的外形尺寸，以及解決鍛后軸身粗晶問(wèn)題，只能在卡兩端小臺(tái)時(shí)采用小截面分料且必須保證軸身在最后一火有一定的變形量。因此我們對(duì)工藝做了如下調(diào)整。

圖2 輥軸鍛后熱處理曲線

表2 改進(jìn)后的鍛造工藝

將原工藝采用的52t雙真空鋼錠降低為48t雙真空鋼錠鍛造。為了達(dá)到鍛件所需的內(nèi)部組織及外部形狀我們采用兩次鐓粗加兩次WHF法壓實(shí)。最后一火采用漏盤局部鐓粗輥身，然后再滾輥身外圓的方法，這樣就保證了輥身在最后一火有了一定的變形量，可以有效的防止后續(xù)地粗晶問(wèn)題，改進(jìn)后的鍛造工藝見(jiàn)表2。

表2鍛造工藝采用WHF壓實(shí)鋼錠滾外圓拔長(zhǎng)到φ1500mm分料有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴使（Ⅰ）、（Ⅱ）及（Ⅳ）、（Ⅴ）臺(tái)的分料長(zhǎng)度增加，達(dá)到鍛造工藝規(guī)范要求（分料長(zhǎng)度應(yīng)大于等于相應(yīng)截面尺寸的1/3）。

⑵截面差的減小，降低了分料時(shí)的操作難度，便于操作，節(jié)省了鍛造時(shí)間。

⑶增大了鍛比，使鋼錠內(nèi)部微小孔洞缺陷得到了有效地焊合。

采用漏盤局部鐓粗輥身的方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴滿足了輥身形狀上的要求。

⑵避免了大截面輥身長(zhǎng)時(shí)間保溫后且在最后一火無(wú)變形量而產(chǎn)生的粗晶問(wèn)題。

⑶經(jīng)過(guò)漏盤鐓粗使輥身兩側(cè)的余面大大減小，因此也提高了鍛件的利用率，改善了輥身兩側(cè)的外形尺寸。

由于改進(jìn)鍛造工藝后軸身在最后一火進(jìn)行了局部鐓粗，大大改善了軸身的內(nèi)部組織，因此我們只需采用一次正火即可。這樣不但節(jié)省了能源而且也大大縮短了該產(chǎn)品的制造周期。圖3為鍛造工藝改進(jìn)后輥軸鍛后熱處理曲線。

圖3 工藝改進(jìn)后輥軸鍛后熱處理曲線

鍛造熱處理后，軸身兩端外形尺寸良好，余面也幾乎沒(méi)有，為后續(xù)的機(jī)加工大大節(jié)約了工作時(shí)間；超聲波探傷也未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。在后續(xù)的調(diào)質(zhì)熱處理也沒(méi)出現(xiàn)任何問(wèn)題，而且在調(diào)質(zhì)后各項(xiàng)性能指標(biāo)完全合格。

結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)大截面差輥軸的鍛造，采用在小截面差時(shí)分料，然后再局部鐓粗輥身的方法，解決了鍛造過(guò)程中大截面差分料時(shí)的困難及鍛后粗晶的問(wèn)題。相應(yīng)地鋼錠利用率也提高了5%，如此大大降低了鍛件的生產(chǎn)成本，提高了此類鍛件的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。