大規(guī)格35鋼托圈鍛件生產(chǎn)工藝過程分析與改進(jìn)

陳秋華

(中國第一重型機(jī)械股份公司水鍛分廠，黑龍江161042)

大規(guī)格35鋼托圈鍛件生產(chǎn)工藝過程分析與改進(jìn)

陳秋華

(中國第一重型機(jī)械股份公司水鍛分廠，黑龍江161042)

針對35鋼托圈鍛件出現(xiàn)硬度不合格的問題進(jìn)行了分析，討論生產(chǎn)工藝過程對硬度及其均勻性的影響，通過相應(yīng)的改進(jìn)措施，鍛件硬度值完全滿足用戶要求，并且硬度均勻性控制在22HBW以內(nèi)。

35鋼；托圈；硬度；鍛造工藝

托圈鍛件是圓筒混合機(jī)的關(guān)鍵部件，工作中易與托輥產(chǎn)生磨損與創(chuàng)傷，對硬度值及硬度均勻性要求嚴(yán)格。近年來，我公司承制了多批35鋼材質(zhì)托圈鍛件，但產(chǎn)品質(zhì)量一直不太穩(wěn)定。為解決這個問題，我們對鍛件的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行了詳盡分析并進(jìn)行了針對性改進(jìn)。

1 技術(shù)要求

某公司訂制的托圈鍛件尺寸為?4 378 mm/5 002 mm×1 222 mm與?5 422 mm/4 778 mm×1 222 mm，技術(shù)要求為如下：

(1)鍛件驗(yàn)收按照J(rèn)B/T 5000.8—2007 Ⅲ組執(zhí)行；

(2)鍛件交貨硬度要求149～187HBW(便攜式里氏硬度計檢測)，按照30°角劃分母線，每條母線外圓上、中、下檢測三點(diǎn)，上下端面各檢測兩點(diǎn)，檢測位置共84點(diǎn)；

(3)鍛件超聲檢測結(jié)果應(yīng)符合GB/T 6402—2008 Ⅱ級。

2 鍛件生產(chǎn)過程

近期，公司生產(chǎn)了4件托圈鍛件，其中鍛件1和鍛件2、鍛件3和鍛件4兩兩合鍛。生產(chǎn)路線：煉鋼→鍛造(兩兩合鍛)→熱處理(正回火)→粗加工留量超聲檢測→氣割分開→精加工硬度共檢→超聲復(fù)檢→出廠。

2.1 冶煉

煉鋼方式為LH+VT，錠型分別為186 t和202 t，實(shí)際熔煉后的化學(xué)成分見表1。

表1 35鋼化學(xué)分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition analysis of 35 steel (mass fraction, %)

2.2 鍛造

鍛件1和鍛件2、鍛件3和鍛件4兩兩合鍛，鍛造尺寸分別如圖1和圖2所示。鍛造過程為：氣割水冒口，下料→鐓粗、沖孔→馬杠擴(kuò)孔，平整高度→馬杠預(yù)擴(kuò)孔至一定尺寸、轉(zhuǎn)軋機(jī)精整出成品。

2.3 熱處理工藝

本批次35鋼托圈鍛件熱處理采用正火+回火工藝，如圖3所示。

2.4 硬度檢測

共檢時鍛件2和鍛件4兩件鍛件外圓硬度值達(dá)到要求(端面硬度值本次作為參考)，但大多數(shù)檢測點(diǎn)硬度值居于要求硬度值的下限。另兩件鍛件共檢時有部分檢測點(diǎn)硬度值不符合要求。經(jīng)和用戶多次協(xié)商，對兩件不合格鍛件的所有不合格硬度值點(diǎn)采用錘擊式布氏硬度計進(jìn)行了二次共檢。二次共檢時采取了多點(diǎn)復(fù)驗(yàn)的方式，復(fù)驗(yàn)結(jié)果仍有部分檢測點(diǎn)不合格。其共檢硬度值見表2，因數(shù)據(jù)太多，這里硬度值統(tǒng)計是以范圍的形式給出的。

圖1 鍛件1、鍛件2的合鍛件尺寸Figure 1 The dimension of combined forging with forging 1 and forging 2

圖2 鍛件3、鍛件4的合鍛件尺寸Figure 2 The dimension of combined forging with forging 3 and forging 4

圖3 托圈鍛件正火+回火工藝Figure 3 The normalizing and tempering process of backing ring forgings表2 托圈鍛件正回火硬度統(tǒng)計Table 2 The statistics of normalizing and tempering hardness of backing ring forgings

外圓硬度值端面硬度值里氏硬度計錘擊式布氏硬度計里氏硬度計錘擊式布氏硬度計鍛件1鍛件2鍛件3鍛件4127～175156～178140～157145～167135～171-136～165-108～153133～163138～161148～162137～160-136～169-

另外，從鍛件的實(shí)際硬度分布上看，各鍛件硬度值均出現(xiàn)了不均勻現(xiàn)象，并且呈“陰陽面”分布，即鍛件的半圓弧面硬度值稍高，另半圓弧面硬度值偏低。另外，同一鍛件兩端面硬度值偏差較大，一端面硬度值居中限，另一端面硬度值低于要求硬度值。

3 原因分析

根據(jù)鍛件生產(chǎn)工序、生產(chǎn)設(shè)備及熱處理工藝特點(diǎn)，分析硬度值不均勻及硬度值低于要求值下限的主要原因。

(1)化學(xué)成分的影響。從表1可以看到，C元素含量在要求值的下限。眾所周知，C含量是決定鍛件硬度的決定性元素，隨C含量降低，鍛件硬度降低。

(2)鍛造的影響。鍛件毛坯尺寸至精加工尺寸余量較大，并且正火空冷的鍛件并未完全淬透，只是在表面以下一定厚度形成了淬硬層，因此，硬度值隨毛坯鍛件加工的進(jìn)行下降較大。

(3)設(shè)備的影響。鍛件在臺車爐中進(jìn)行熱處理，臺車爐兩側(cè)燒嘴加熱的特點(diǎn)導(dǎo)致鍛件在爐膛三維空間內(nèi)受熱不均勻，從而出現(xiàn)了變形的現(xiàn)象，因而致使機(jī)加工序借線加工時外圓面局部加工量不同，硬度值出現(xiàn)了“陰陽面”現(xiàn)象。

(4)熱處理工藝的影響。鍛件采用正、回火熱處理方式，空氣冷卻時鍛件組織轉(zhuǎn)變的過冷度不夠，壁厚心部組織轉(zhuǎn)變不完全，再加上不同位置冷卻速度的不均勻，這樣就導(dǎo)致鍛件出現(xiàn)了粗大及不均勻組織，最終產(chǎn)生硬度值偏低及不均勻現(xiàn)象，尤其是鍛件割口端面因未淬透而造成硬度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到用戶要求。另外，對鍛件氣割分開過程中進(jìn)行了預(yù)熱與去應(yīng)力，這樣勢必也會使硬度降低。

4 生產(chǎn)工藝過程改進(jìn)

為了避免出現(xiàn)上一批次托圈鍛件出現(xiàn)的硬度不均勻及硬度值不達(dá)標(biāo)的問題，對最新投產(chǎn)的4件同規(guī)格35鋼托圈鍛件生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。生產(chǎn)路線：煉鋼→鍛造(兩兩合鍛)→毛坯噴水→機(jī)加分開→粗加工留量超聲檢測、硬度自檢→交貨狀態(tài)硬度共檢→超聲復(fù)檢→出廠。將本批4件鍛件標(biāo)號為鍛件5、鍛件6、鍛件7、鍛件8，其中鍛件5和鍛件6、鍛件7和鍛件8兩兩合鍛。

4.1 化學(xué)成分改進(jìn)

對化學(xué)成分內(nèi)控，盡量提高C、Si、Mn含量及其它殘余合金元素含量，從根本上提高硬度值，化學(xué)成分內(nèi)控見表3。

表3 35鋼化學(xué)成分內(nèi)控表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 The internal controlled values of chemical composition of 35 steel (mass fraction, %)

4.2 鍛造改進(jìn)

工藝方面對鍛件進(jìn)行“瘦身”減余量，鍛件5和鍛件6、鍛件7和鍛件8兩兩合鍛，鍛造尺寸分別如圖4和圖5所示。機(jī)加刀口為50 mm，鍛造過程仍然采用原有工序，鍛造余量情況對比詳見表4。

4.3 熱處理設(shè)備改進(jìn)

熱處理爐選用?8 m×8 m、控溫精度±3℃的罩式電爐加熱及回火，相比臺車爐的燒嘴加熱方式，電爐的電阻絲加熱能使鍛件受熱更為均勻，淬火時采用我公司筒節(jié)噴淬裝置冷卻，能使鍛件各部位冷卻速度基本達(dá)到一致。

圖4 鍛件4、鍛件5的合鍛件尺寸Figure 4 The dimension of combined forging with forging 4 and forging 5

圖5 鍛件6、鍛件7的合鍛件尺寸Figure 5 The dimension of combined forging with forging 6 and forging 7

表4 鍛造余量對比表(單位：mm)Table 4 The comparison of forging allowance

4.4 熱處理工藝改進(jìn)

熱處理工藝改進(jìn)845℃淬火+640℃回火。噴水淬火是為了提高割口端面硬度值使其符合圖紙要求，而降低淬火溫度與提高回火溫度則是為了預(yù)防因調(diào)質(zhì)熱處理鍛件表面硬度超標(biāo)的現(xiàn)象，其熱處理工藝如圖6。

圖6 托圈鍛件調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 6 The quenching and tempering heat treatment process of backing ring forgings表5 托圈鍛件調(diào)質(zhì)硬度統(tǒng)計Table 5 The statistics of quenching and tempering hardness of backing ring forgings

自檢外圓硬度HBW共檢外圓硬度HBW共檢端面硬度HBW鍛件5鍛件6167～191169～186170～187166～187167～183鍛件7鍛件8182～202172～184169～185174～185164～186

4.5 檢測時機(jī)的改進(jìn)

增加粗加工狀態(tài)硬度自檢，粗加工時鍛件外圓單邊留有20 mm余量、內(nèi)孔單邊留有30 mm余量。這樣做的目的是一旦鍛件硬度自檢不合格時有返修的機(jī)會。若仍采用以前精加狀態(tài)直接檢測硬度，硬度不合格時，只要返修就會導(dǎo)致鍛件因返修變形而報廢。

4.6 硬度檢測結(jié)果

使用里氏硬度計進(jìn)行硬度檢測，結(jié)果詳見表5。

5 結(jié)論

通過一系列生產(chǎn)工藝過程的改進(jìn)，本批次托圈鍛件硬度值全部一次性合格，尤其是割口端面硬度提高較為明顯，并且整體硬度均勻性控制在22HBW以內(nèi)，滿足了用戶要求，保證了產(chǎn)品交貨期，為今后制造類似產(chǎn)品提供了生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

[1] GB/T 699—2006，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].

[2] 《簡明熱處理手冊》編寫組．簡明熱處理手冊[M].北京:北京出版社，1983．

[3] 康大滔，葉國斌.大型鍛件材料及熱處理[M].北京:龍門書局，1998.

編輯 杜青泉

Production Process Analysis and Improvement of Large Size 35 Steel Backing Ring Forgings

Chen Qiuhua

The issue of unqualified hardness of 35 steel backing ring forgings has been analyzed. Meanwhile, the influence of production process on hardness and hardness uniformity has been discussed. By means of relevant improvement measures, the hardness of forgings meets the requirements of customer completely. In addition, the uniformity of hardness is controlled within 22HBW.

35 steel; backing ring; hardness; forging process

2016—11—20

TG316

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