DEFORM模擬WHF法在支承輥鍛造中的應用

馬廷威 王玉紅

(中冶京誠(營口)裝備技術有限公司，遼寧115004)

支承輥是軋制設備中重要的部件，在軋制過程中軋制力的傳遞是通過工作輥(或中間輥)傳遞給支承輥的，最終由支承輥承擔，因此支承輥具有內部質量要求高，尺寸大，重量大，高硬度，耐磨損，淬硬層深等特點[1]。

某廠在我公司訂購了一對支承輥，鍛件圖如圖1所示，具體要求為：(1)支承輥整體鍛造，材質為70Cr3Mo；(2)輥身硬度50～60HSD，淬硬層≥50 mm，輥身硬度均勻性≤5HSD；(3)探傷按JB/T4120—2006執行。

1 準備

1.1 化學成分

為了更好的控制鍛件的質量，盡可能降低S、P等夾雜，我們采用表1所示的內控化學成分。

1.2 冶煉及澆注方式

圖1 支承輥鍛件圖Figure 1 Backup roll forging

CSiMnPSCrMoCuNi標準成分內控成分0.58～0.750.60～0.640.40～0.700.50～0.550.50～0.800.50～0.58≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0102.00～3.502.80～3.100.25～0.600.40～0.60≤0.25≤0.25≤0.60.20～0.30

為了保證能夠生產出合格的支承輥，我們采用真空冶煉和真空澆注，以提高鋼水的純凈度，減少鋼錠的偏析和縮孔缺陷。

2 鍛造

經過計算，此支承輥重46 520 kg，需要使用76 t鋼錠生產。為了保證探傷合格，鍛合鋼錠內部的孔洞與疏松，破碎鋼錠中的鑄態組織，為后續熱處理作組織準備，使鋼錠內部能夠完全鍛實，得到致密的組織，獲得使用性能良好的鍛件，結合公司現有附具情況，采用1 200 mm寬平砧進行WHF法鍛造。

WHF鍛造道次和壓下量見表2。

表2 道次制度表(單位：mm)Table 2 Forging pass system(unit: mm)

2.1 DEFORM模擬

為了保證WHF法順利有效的實施，減少鍛造質量問題的發生，生產出合格的鍛件，我們采用DEFORM軟件對表2所示的道次制度進行數值模擬，為生產提供指導性的數據。

根據表2的數據和WHF法的定義，我們可以判斷只有到了第3道次的時候才能算是WHF法鍛造，所以，模擬分成兩個部分。第一部分是在76t鋼錠經過鐓粗后形成?2 600 mm×1 300 mm的工件，鍛造示意圖如圖2所示。第二部分是在第3道次的時候，即鍛件規格為2 250 mm×2 240 mm×1 370 mm時進行模擬，鍛造示意圖如圖3所示。因為以后的鍛造道次都是WHF法，所以只模擬這一次。由于模擬的時候只計算一錘壓下量時的變形情況，沒有考慮溫度變化的影響，因此模擬中不考慮熱傳導，只考慮變形問題。

依據圖2進行DEFORM模擬，壓下量依據表2中第1道次為550 mm，步數為100步， 模擬完成后的應變如圖4和圖5所示，剖面位置為距離端面650 mm處，圖4為等效應變圖，圖5為用等高線表示的等效圖。

從圖4和圖5中可以看出，鍛件心部等效應變沒有達到0.2，說明心部的變形很小，對心部的鍛造壓實很有限。這是由于這時候的砧寬比為0.46，沒有達到WHF法中要求的砧寬比0.6～0.8，不是真正的WHF法，也就沒有達到WHF法的壓實效果，只能起到變形的作用。

依據圖3進行DEFORM模擬，壓下量依據表2中第3道次為450 mm，步數為100步。模擬完成后的應變如圖6和圖7所示，剖面位置為距離端面685 mm處，圖6為等效應變圖，圖7為用等高線表示的等效應變圖。

從圖6和圖7可以看出，其中的等效應變已經達到0.3以上，心部的變形量很大，已經完全能夠鍛合鍛件內部的缺陷。此時砧寬比為0.53，接近于0.6，這時候才開始WHF法中心壓實，達到了WHF法中心壓實的效果。

2.2 實際生產

依據DEFORM模擬的結果進行鍛造生產。

(1)鍛造溫度范圍為1 220～750℃。由于第二火次需要對鋼錠進行鐓粗，可以把始鍛溫度提高20℃，使鋼錠內部處于高溫狀態，對鐓粗有良好的效果。采用熱送鋼錠，鋼錠加熱曲線如圖8所示。

圖2 鍛造示意圖Figure 2 Forging schematic diagram

圖3 WHF示意圖Figure 3 WHF schematic diagram

圖4 等效應變圖 圖5 等高線表示的等效應變圖 Figure 4 Equivalent strain diagram Figure 5 Equivalent strain diagram with contour line

圖6 等效應變圖 圖7 等高線表示的等效應變圖 Figure 6 Equivalent strain diagram Figure 7 Equivalent strain diagram with contour line

(2)用1 200 mm砧型在80 MN壓機上采用WHF法鍛造生產。

(3)道次壓下量為20%，砧寬比控制在0.6～0.8，按照表2所示的道次制度表進行生產。

鍛造工藝過程：

第一火，壓鉗口，倒棱，錯水口。

第二火，鐓粗至H=1 300 mm，直徑約2 600 mm，嚴格按照表2道次制度表進行WHF拔長至1 650 mm方，倒八角。每道次通體拔長到尺后，再翻轉90°。翻轉后錯砧鍛造，留出錯砧量，壓谷避峰，六道次以后規1 650 mm方。

第三火，規圓至?1 650 mm，長約3 300 mm，分料，鍛出各部尺寸，精整出成品。

鍛后進行熱處理，根據軸身和軸頸處不同的硬度要求，制定不同的正火冷卻溫度。然后進行粗加工、探傷及各種要求檢查，最后的檢驗結果完全符合用戶的要求。

3 結論

通過DEFORM的模擬，顯示了鍛造過程的心

圖8 熱錠加熱曲線Figure 8 Heating curve for hot ingot

部壓實效果，證實了WHF鍛造道次制度的合理性，對實際生產具有重要的指導作用。按此模擬結果進行實際生產，獲得了合格的支承輥。

[1] 曲景文.70Cr3Mo鋼支承輥輥坯的生產試制[J].大型鑄鍛件，2007(6)：33-35.