冷軋輥是金屬冷軋機(jī)上的重要零件。在軋制過(guò)程中，由于軋制速度很高和強(qiáng)大的軋制力使軋輥承受很大的靜載荷和動(dòng)載荷，軋輥表面受軋材的激烈磨損。惡劣的工作環(huán)境使冷軋輥使用一段時(shí)間后，輥面便因磨損而不平、發(fā)毛，需卸下重磨和磨小輥頸直徑，再使用一段時(shí)間又需重磨，至此達(dá)一最小輥頸直徑后報(bào)廢。
軋輥的使用條件和方法要求軋輥不僅應(yīng)具備高而均勻的表面硬度及足夠深的淬硬層，而且應(yīng)具有良好的耐磨性和耐熱裂性，這不但給材質(zhì)也給熱處理帶來(lái)了許多困難，提出了嚴(yán)格的質(zhì)量指標(biāo)。
我公司通過(guò)用幾種不同的熱處理方法對(duì)小直徑冷軋輥進(jìn)行了試驗(yàn)生產(chǎn)，制造出了滿意的軋輥。
1.原冷軋輥失效原因及熱處理指標(biāo)確定
用戶給我們帶來(lái)一件早期失效的軋輥和一張零件圖（見(jiàn)圖1），材質(zhì)GCr15，熱處理要求φ168mm輥面60～65HRC，其余50～55HRC。
軋輥在φ102mm軸頸與R25mm過(guò)渡圓弧交接處附近發(fā)生斷裂而失效。據(jù)稱是在工作半個(gè)多小時(shí)后發(fā)生斷裂，前后有幾根軋輥裝機(jī)后均在同一部位工作幾小時(shí)到幾天之內(nèi)接連發(fā)生斷裂，余下幾根不敢再裝機(jī)生產(chǎn)了。
未裝機(jī)使用的軋輥經(jīng)超聲波及著色檢查均未發(fā)現(xiàn)裂紋，可見(jiàn)裂紋是在工作過(guò)程中發(fā)生的。從折斷斷口上檢查，未發(fā)現(xiàn)材料有什么明顯缺陷，材質(zhì)基本可靠。根據(jù)這些基本情況推定，軋輥早期失效的原因有：
（1）輥頸硬度（50～55HRC）偏高，應(yīng)力松弛困難；
（2）輥面與輥頸硬度過(guò)渡部位選擇錯(cuò)誤，過(guò)渡圓弧落在直徑突變的過(guò)渡圓弧（R25mm）上，過(guò)渡區(qū)拉應(yīng)力與尺寸突變區(qū)的應(yīng)力集中疊加，加重了該處的危險(xiǎn)性；
（3）過(guò)渡圓弧R25mm表面粗糙不光滑，增加了該處應(yīng)力集中的危害。幾種原因疊加，造成了軋輥的異常失效。
通過(guò)如上分析，根據(jù)冷軋輥熱處理基本要求，我們對(duì)設(shè)計(jì)作了如下修正：輥面硬度60～65HRC不變，其余部位硬度降為30～40HRC；硬度過(guò)渡部位安排在輥面邊緣25mm之內(nèi)（見(jiàn)圖1）；提高圓弧R25mm表面的粗糙度。此分析論證及修正意見(jiàn)征得軋鋼廠的認(rèn)可。
2.熱處理方案確定
冷軋輥熱處理包括鍛后熱處理、粗加工后調(diào)質(zhì)處理、半精機(jī)加后最終熱處理和粗磨后低溫回火等項(xiàng)。根據(jù)各次熱處理的作用及我們的熱處理經(jīng)驗(yàn)，將鍛后熱處理和粗加后調(diào)質(zhì)處合并進(jìn)行鍛后球化退火作預(yù)備熱處理，粗磨后低溫回火取消，磨削前淬火、回火作為最終熱處理。
（1）預(yù)備熱處理
鍛后進(jìn)行球化退火，得到球狀珠光體組織為最終熱處理創(chuàng)造條件，具體工藝如圖2所示。
（2）最終熱處理
軋輥?zhàn)罱K熱處理包括淬火和低溫回火，得到要求的輥面硬度和淬硬層深度，按照專業(yè)廠的生產(chǎn)方法，其中淬火有整體淬火和感應(yīng)加熱淬火。整體淬火需用龐大的專用淬火冷卻裝置；感應(yīng)加熱淬火需用工頻加熱設(shè)備或工頻+中頻雙頻淬火設(shè)備。這些對(duì)于我廠來(lái)說(shuō)條件都不具備。為此根據(jù)我公司現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)出如下幾種加熱淬火方案。
①兩端回火方案：軋輥整體加熱，鹽水整體淬硬。低溫回火后兩端低硬度區(qū)分別用高溫快速加熱局部回火。
②中頻淬火方案：預(yù)備熱處理后，增加調(diào)質(zhì)工序，最終熱處理采用中頻連續(xù)加熱、壓力水噴冷卻進(jìn)行輥面淬火硬化。
③絕熱保護(hù)冷卻方案：軋輥整體加熱后兩端低硬度部位套上熱屏蔽套進(jìn)行絕熱保護(hù)，再放入鹽水中冷卻。
3.三種方案處理及試軋結(jié)果
三種熱處理方案按生產(chǎn)準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安排情況先后實(shí)施，熱處理檢驗(yàn)后交軋鋼廠試軋考核。
（1）兩端回火方案
輥面硬度：中段62HRC，距端部25mm處58HRC；輥頸硬度40HRC，基本符合質(zhì)量指標(biāo)，試軋結(jié)果，經(jīng)一次重磨后軋制過(guò)程中斷裂，在機(jī)總時(shí)間10天，斷裂位置與原失效軋輥相當(dāng)。
（2）中頻淬火方案
輥面硬度64～66HRC，輥頸硬度30HRC，符合質(zhì)量指標(biāo)。試軋結(jié)果，第二次重磨軋輥面后軋制過(guò)程中輥面出現(xiàn)瓦楞狀波紋，無(wú)法再軋下去，停機(jī)卸輥。
（3）絕熱保護(hù)冷卻方案
輥面硬度63～65HRC，距端部20mm處45HRC；輥頸硬度37～40HRC，符合質(zhì)量指標(biāo)。
試軋結(jié)果，經(jīng)二個(gè)月試軋輥面仍光亮如鏡，不需重磨，輥頸不斷，輥頸面不毛，試軋工人非常滿意，反映比軋機(jī)自帶軋輥要好。此軋輥能滿足軋制使用要求。
4.結(jié)果分析及最后方案核定
（1）結(jié)果分析
三種方案處理的軋輥，熱處理后檢驗(yàn)結(jié)果大致一樣都符合質(zhì)量指標(biāo)，但上機(jī)試軋情況則截然不同。兩端回火方案軋輥與原軋鋼廠失效軋輥相當(dāng)，兩端回火時(shí)，要保證輥面硬度，除采取一些輥面保護(hù)措施（如石棉繩包裹輥面）外，軋輥不能浸入液面太多，回火時(shí)間也不能過(guò)久，這樣輥面與輥頸的硬度過(guò)渡區(qū)仍然是在圓弧區(qū)，甚至輥頸直線處，拉應(yīng)力的有害作用沒(méi)有消除，回火時(shí)間不長(zhǎng)，還可能只表面一層硬度降低，較薄處硬度可能未回下來(lái)，早期斷裂應(yīng)屬必然。由于輥面經(jīng)高溫回火烘烤，輥面硬度較低且不均勻，磨損較快且不均勻，故重磨時(shí)間較短；中頻淬火方案，輥頸沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，可見(jiàn)調(diào)質(zhì)硬度范圍強(qiáng)度也滿足軋制要求。輥面出現(xiàn)瓦楞狀波紋是淬硬層太淺造成，中頻淬火深度也就3mm左右，經(jīng)磨圓去掉一層就比較勉強(qiáng)。幾次重磨后就像雞蛋殼一樣，基體承受不了強(qiáng)大的軋制力，出現(xiàn)塑變，輥面下陷呈瓦楞狀。
可以預(yù)見(jiàn)，再軋制下去，輥面就會(huì)出現(xiàn)表層剝落。中頻淬火軋輥、輥面重磨周期也短，原因是：從表到里硬度降低較快，高硬度層在磨圓時(shí)便大部分磨去了。輥頸不斷也說(shuō)明硬度過(guò)渡區(qū)拉應(yīng)力對(duì)斷裂的強(qiáng)大影響，因?yàn)橹蓄l淬火硬度過(guò)渡小且易于控制。絕對(duì)在輥面邊緣附近，不會(huì)到圓弧部位。絕熱保護(hù)冷卻方案軋輥質(zhì)量好也在情理之中。只要屏蔽套穩(wěn)妥地套住要屏蔽部位，圓弧及輥頸所能得到絕熱保護(hù)、冷卻緩慢得到細(xì)珠光體組織，輥面在強(qiáng)制攪動(dòng)的鹽水中充分冷，輥面硬度便高而均勻，淬硬層也很深，淬火效果比壓力水噴冷卻效果更好，使用效果好也就符合道理。事實(shí)上，專業(yè)廠的整體淬火法原理也是這樣，只是在專用設(shè)備上完成，勞動(dòng)強(qiáng)度、操作熟悉程度也要求低而已。
（2）最終方案擬定
經(jīng)試軋考核后決定采用絕熱保護(hù)冷卻方案作為最終熱處理方案。經(jīng)完善后為：零件在滲碳劑保護(hù)的密封箱內(nèi)加熱840℃×2h后出爐套上屏蔽套，空氣預(yù)冷入攪動(dòng)鹽水中冷卻6～7min后轉(zhuǎn)油冷，繼續(xù)冷至輥面出油不冒白煙（小于100℃）出油，卸去屏蔽套入硝鹽回火140℃×24h出爐空冷至室溫，水洗硝鹽后轉(zhuǎn)磨削。裝屏蔽套后入鹽水冷卻的軋輥如圖3所示。
5.生產(chǎn)性考核及存在問(wèn)題與解決設(shè)想
（1）生產(chǎn)性考核
按最終核定的處理方案處理完了這批軋輥，全部合格交出，同時(shí)跟蹤原試生產(chǎn)的兩根軋輥，使用半年后情況良好在機(jī)服役。這以后又陸續(xù)承攬回各種規(guī)格小直徑軋輥百多根，輥長(zhǎng)從530～1500mm，直徑從90～290mm不等，也都采用這種方法處理交出。試用無(wú)一折斷，反映良好，樹(shù)立了質(zhì)量信譽(yù)。
（2）存在問(wèn)題與解決辦法
由于全部采用原有設(shè)備生產(chǎn)，許多不盡合理之處全靠人力解決。如進(jìn)出爐全部人力推拉，熏烤厲害，套屏蔽套時(shí)要接受高溫烘烤；套屏蔽套與起吊不同步，套好又滑脫影響質(zhì)量；用密封箱加滲碳劑保護(hù)既不經(jīng)濟(jì)也不衛(wèi)生，對(duì)爐子壽命還有影響等。建議改造一臺(tái)通透式推桿爐，設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易出爐機(jī)具，采用防氧化脫碳又不影響淬火冷卻速度的涂料等技改措施，即可擺脫目前這種被動(dòng)落后局面，同時(shí)質(zhì)量可更加穩(wěn)定，生產(chǎn)能力將成倍增加。
| |
|
? 請(qǐng)關(guān)注 微信公眾號(hào): steeltuber. 轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留鏈接: http://www.bviltd.cn/Steel-Knowledge/xzjlzgdrclzchgpzbry.html
|