鋸片高頻淬火工藝參數分析與優化

周貴花，呂傳偉，徐永波，喬廷剛

（萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271126）

鋸片高頻淬火工藝參數分析與優化

周貴花，呂傳偉，徐永波，喬廷剛

（萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271126）

為提高鋸片使用壽命，根據鋸片的材質、厚度及使用要求，通過分析及試驗選擇了影響鋸片硬度的高頻淬火工藝參數：加熱溫度，冷鋸810～850℃，熱鋸790～830℃；電位值，冷鋸580 V，熱鋸730 V；工件和感應器間的間隙距離3mm；電流頻率85 kHz。處理工藝優化改進后，冷鋸鋸片平均使用次數提高了127次，熱鋸鋸片提高了109次。

鋸片；高頻淬火；工藝參數；感應加熱溫度

1 前言

萊鋼型鋼廠主要產品為H型鋼、工字鋼、槽鋼等，是連鑄—熱送—熱裝—連軋—冷卻—矯直—成品定尺—打捆生產線。在工藝流程中有5臺鋸：1臺切頭鋸，用于粗軋后軋件切頭，以便于精軋機咬入；2臺熱鋸，1#熱鋸用于軋件分斷、取樣，2#熱鋸用于精軋后軋件切頭，以便于矯直機咬入；2臺冷鋸，共同用于矯直后軋件的精確定尺分段。隨著產能的提高，鋸片的消耗呈現大幅上升趨勢，鋸片的更換周期不斷縮短，有時甚至達到每班更換3次，大大影響了作業率，制約了產能的攀升。為此，探討改進鋸片高頻淬火工藝以延長鋸片使用壽命。

2 鋸片淬火工藝參數選擇［1］

高頻淬火就是利用高頻感應電流使工件表面很快加熱到淬火溫度，然后用水或油噴射冷卻的一種熱處理方法。高頻淬火的特點是加熱速度快、淬火組織細、硬度高、耐磨性好、表面變形小、淬硬層深度容易控制、生產率高等。

采用GC0185淬火機床，基本性能參數如下：主軸旋轉速度5～15min/r，預熱及噴淋延遲時間允許設定范圍均為0～99.9 s，加工工件直徑允許設定范圍0～1 999mm。

鋸片的硬度和耐磨性成正相關關系，硬度值對鋸片的使用壽命起著決定作用，合適的硬度值能提高鋸片的使用壽命。影響鋸片淬火硬度的主要技術參數包括：淬火溫度、電流頻率、加熱速度、間隙距離、冷卻時間、電位值。

1）鋸片淬火溫度。感應加熱的溫度應根據鋼種、原始組織及在相邊區間的加熱速度來確定。采用感應加熱時，在較寬的溫度范圍內均可得到良好的組織。因此，可在固定電參數的情況下，選用不同的加熱時間（或在選用不變的加熱時間下，選用不同的比功率）來調節淬硬層的深度。

萊鋼型鋼廠鋸片材質為65Mn，參考文獻［1］選擇冷鋸鋸片感應淬火加熱溫度為810～850℃，熱鋸鋸片感應淬火加熱溫度為790～830℃。零件表面的硬化層深度需根據零件的服役條件來確定，冷鋸鋸片硬化層深度在2.0~6.5mm，硬度值要求一般在HRC 55~63，可取下限；熱鋸鋸片硬化層深度一般在1～2mm，硬度值要求HRC 55~63，可取上限。

2）電流頻率。電流頻率是感應加熱的主要工藝參數，需根據要求的硬化層深度來確定，為了提高生產率，要求加熱的熱透入深度大于淬硬層深度，即全部采用電磁感應加熱，而不采用傳導加熱。當工件截面很小時，頻率選高些。鋸片淬硬層深度為2mm，厚度為10mm或11mm，所以最佳電流頻率為20～600 kHz，現場實際選擇為85 kHz。

3）加熱速度。在進行一定深度的表面加熱時，應該力求用渦流“透入式加熱”。加熱速度應能在盡可能短的時間內達到規定的加熱深度。根據淬硬層深度選擇加熱時間為1.5 s，比功率（ρ）為1.7。鋸片淬火屬于連續加熱淬火，可以通過改變工件與感應器的相對移動速度來改變加熱時間。

4）間隙距離。在實際生產中，多數情況是設備頻率過高，采用如下方法保證在表面不過熱條件下獲得較深的加熱層：降低比功率，延長加熱時間；增加工件和感應器間的間隙（3mm），延長加熱時間；同時加熱時采用斷續加熱法，增加熱傳導時間；進行預熱，在爐中預熱到600～700℃后再移到感應器中進行最后加熱。

5）冷卻時間。為避免產生淬火裂紋，必須嚴格控制冷卻時間，使工件既能獲得足夠的表面硬度，又不冷透，并能利用工件內部殘存的熱量進行210～240℃自回火。連續淬火時，可通過調整感應器與工件的相對移動速度、間隙、噴水孔與工件軸向的夾角改變工件的預冷時間。在單獨設置噴水圈時，通過改變其與感應器的距離，就可達到預期的預冷時間。鋸片淬火加熱速度冷鋸鋸片為700℃/s、熱鋸鋸片680℃/s，所以冷卻速度為660℃/s或440℃/s。

6）電位值。當加熱層深度為熱態電流透入深度的40%～50%時，加熱的總效率（包括電效率和熱效率）最高。比功率確定后，感應加熱設備的額定功率可由下式算出：

式中：F為一次淬火加熱的面積；ηt為淬火變壓器效率，一般取0.7～0.8；ηi為淬火感應器效率，一般取0.7～0.85。在電流頻率不變的情況下，冷鋸鋸片感應淬火加熱溫度選擇810～850℃，工件和感應器間的間隙距離3mm，對應不同的電位值進行淬火試驗，并對鋸片實際使用壽命進行檢測，根據試驗檢測結果，選定冷鋸鋸片淬火的電位值為580 V，熱鋸鋸片淬火處理電位值為730 V。

3 處理效果

通過分析影響鋸片硬度的各項參數，找出了淬火參數合理配置的規律，保證了鋸片的淬火深度、淬火硬度，從而保證鋸片具有良好的耐磨性，有效提高了鋸片的使用壽命。以消耗量較大的冷鋸鋸片為例，工藝改進前電位值偏低（560～570 V），加熱溫度波動大（820～870℃），工件和感應器間的間隙距離大（4mm）。優化改進后，試驗確定的電位值為580 V，加熱溫度830～850℃，工件和感應器間的間隙距離縮短為3mm，電流頻率85 kHz。工藝改進前后冷鋸鋸片的使用壽命對比見表1。

表1 淬火工藝改進前后冷鋸鋸片使用壽命對比

統計表明，淬火工藝改進后冷鋸鋸片使用次數平均提高了127次，磨損面積降低了1.6m2，提高了鋸片的使用頻次，鋸片消耗量降低了17.7%；熱鋸鋸片的平均使用次數增加了109次。鋸片使用壽命的提高，減少了更換鋸片的頻次，提高了生產率，年創經濟效益為131.52萬元。工藝改進后，鋸切飛邊、毛刺現象明顯減少，外觀質量有了較大提高。

［1］ 中國機械工程學會熱處理學會《熱處理手冊》編委會.熱處理手冊（第1卷）工藝基礎［M］.3版.北京：機械工業出版社，1993.

TG156.33

B

1004-4620（2011）04-0070-02

2010-11-23

周貴花，女，1976年生，1998年畢業于上海應用技術學院液壓技術應用專業。現為萊鋼型鋼廠機動科機械區域工程師，從事設備管理工作。