4100mm鋁板軋機(jī)工作輥的最終熱處理

天津重型裝備工程研究有限公司 （300457） 陳太輝 王大鵬

隨著鋁價(jià)逐漸企穩(wěn)，汽車、飛機(jī)、高速列車的批量生產(chǎn)將使得中國(guó)鋁材市場(chǎng)前景十分樂觀，為中國(guó)鋁板帶發(fā)展創(chuàng)造很好的發(fā)展機(jī)遇。中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)調(diào)查預(yù)測(cè)，中國(guó)鋁加工材消費(fèi)高峰將于2020年達(dá)到最高點(diǎn)，年需求量將超過1000萬t。有鑒于鋼鐵市場(chǎng)的發(fā)展境況，為了有效避免鋁材產(chǎn)能過剩，就需要各企業(yè)具備足夠的生產(chǎn)高端、優(yōu)質(zhì)鋁材的能力。特別是優(yōu)質(zhì)寬厚鋁板帶的需求，我國(guó)還較大程度地依賴進(jìn)口，這也是我國(guó)鋁板企業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，影響軋件表面質(zhì)量和力學(xué)性能的因素較多，其中最主要的因素就是軋機(jī)工作輥的綜合性能，具體包括理想的硬度及均勻性，良好的抗剝落性，優(yōu)良的耐磨性，以及較高的耐回火性等。

近年來，為了提高熱軋工作輥的性能，我公司已開發(fā)出一種新型高合金Cr5鍛鋼工作輥材質(zhì)，并進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的試制生產(chǎn)，最終熱處理通過工頻感應(yīng)淬火的方式實(shí)現(xiàn)，為國(guó)內(nèi)某廠2100mm鋁板軋機(jī)生產(chǎn)線提供6支該材質(zhì)工作輥，從使用情況來看，用戶反映效果比較理想，完全能夠滿足使用要求。為了給某廠提供4100mm熱粗軋工作輥，我公司也決定采用該Cr5鍛鋼材質(zhì)進(jìn)行試制生產(chǎn)。由于工件尺寸較大，傳統(tǒng)的工頻感應(yīng)淬火方法無法進(jìn)行，采用臺(tái)車爐整體加熱不透燒技術(shù)又不能保證產(chǎn)品的硬度均勻性，因此仍需要提供全新的制造思路。

1.4100mm熱軋工作輥簡(jiǎn)介

4100mm鋁板軋機(jī)工作輥精加工尺寸為φ1175mm×4100mm×8250mm，凈重54286kg，在生產(chǎn)過程中，該工作輥粗加工尺寸見圖1。

該4100mm熱軋工作輥的具體技術(shù)要求見表1，由此可知，該工作輥的輥身硬度及均勻性要求較高，以國(guó)內(nèi)目前的制造水平來考慮，生產(chǎn)上具有一定難度。粗加工后，工作輥所有外圓均按JB/T 4120－2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，且軸向檢測(cè)底波清晰可見。

圖1 4100mm軋機(jī)工作輥粗加工狀態(tài)

表1 4100mm熱軋工作輥技術(shù)要求

2.4100mm熱軋工作輥制造難點(diǎn)及解決方案

關(guān)于4100mm熱軋工作輥的制造存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）為了充分保證工作輥的輥身質(zhì)量，常用的最終熱處理方式為工頻感應(yīng)淬火，但是考慮4100mm熱軋工作輥尺寸較大，以我公司目前所具備的工頻感應(yīng)淬火設(shè)備能力，無法滿足生產(chǎn)。同時(shí)，技術(shù)要求該工作輥淬硬層深度≥35mm，生產(chǎn)難度較大，我公司尚無同類鍛鋼工作輥的制造經(jīng)驗(yàn)，無法保證工頻感應(yīng)淬火方式能夠滿足此要求。

（2）對(duì)于大型工件的最終熱處理，以往我公司常用臺(tái)車爐整體加熱不透燒技術(shù)，但是該方法并不能充分保證工件的輥身硬度均勻性，將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的實(shí)際使用效果。

為了應(yīng)對(duì)以上技術(shù)難點(diǎn)，就需提供全新的制造思路。近年，我公司新建世界上最大的差溫?zé)崽幚頎t項(xiàng)目，其規(guī)格為φ3200mm×6500mm，已成功制造出世界上最大的5500mm寬厚板軋機(jī)支承輥，也為該4100mm熱軋工作輥的最終熱處理帶來契機(jī)。

為了保證工件的有效安裝（即軋輥的中心線與差溫爐的中心線重合），該差溫?zé)崽幚頎t對(duì)軋輥的輥頸直徑有嚴(yán)格要求（必須保證最小輥頸直徑≥1100mm），否則該工件無法與差溫爐保持同心，將嚴(yán)重影響差溫效果。為了節(jié)約原料成本，在粗加工圖樣設(shè)計(jì)過程中，該4100mm熱軋工作輥的輥頸直徑僅為810mm，無法有效安裝至差溫爐，給生產(chǎn)造成一定困難。

從經(jīng)濟(jì)上考慮，也為了解決輥頸直徑較小的難題，最有效的方法即是針對(duì)性地增加輔具?？紤]生產(chǎn)實(shí)際情況，所需輔具的設(shè)計(jì)圖樣如圖2所示。使用該支撐套的主要目的就是將其安裝在工作輥兩端的輥頸上，以彌補(bǔ)工作輥輥頸較細(xì)而無法安裝至差溫爐的難點(diǎn)。

圖2 支撐套

3.4100mm熱軋工作輥的差溫?zé)崽幚?/h2>

（1）差溫輔具安裝 為了保證工作輥有效安裝至差溫爐內(nèi)，將設(shè)計(jì)制造好的輔具安裝至工作輥兩端輥頸上，相對(duì)位置按圖3中所示進(jìn)行控制。

（2）差溫?zé)崽幚砉に?對(duì)鍛鋼軋輥來說，最終熱處理即是對(duì)輥身部位進(jìn)行表面淬火及高溫回火的熱處理，該工序是決定軋輥工作層的組織、硬度分布、應(yīng)力分布和使用性能的關(guān)鍵工序，更是軋輥制造技術(shù)的核心所在。

圖3 支撐套在工作輥上安裝示意

對(duì)于該4100mm工作輥，安裝好輔具以后，將預(yù)熱的工作輥輥身罩在差溫爐殼內(nèi)，加熱時(shí)工作輥可均勻旋轉(zhuǎn)，輥頸伸出爐殼外不被加熱。利用高速燒嘴（可達(dá)200℃/h），使工作輥輥身近表層一定厚度范圍內(nèi)得以快速加熱至奧氏體化溫度以上，保溫一定時(shí)間后，完成奧氏體化過程，再進(jìn)行噴霧淬火。具體的工作輥差溫?zé)崽幚砉に嚾鐖D4所示。

圖4 4100mm鋁板軋機(jī)工作輥?zhàn)罱K熱處理工藝曲線

將加熱到溫的工作輥吊至噴霧淬火機(jī)床上進(jìn)行噴霧淬火。我公司的臥式噴淬系統(tǒng)是采用噴風(fēng)和噴水混合的噴霧方式，其特點(diǎn)是冷卻強(qiáng)度連續(xù)可調(diào)。通過調(diào)整風(fēng)壓、水壓比例可獲得從噴風(fēng)到噴水之間的各種不同的冷卻方式。同時(shí)噴冷的全過程也可以根據(jù)冷卻不同階段的需要改變噴淬參數(shù)，獲得不同的冷卻強(qiáng)度。

噴霧淬火后，采取相應(yīng)的回火工藝能夠獲得多種硬度指標(biāo)的鍛鋼軋輥，且軋輥輥身硬度均勻性較好，殘留應(yīng)力較小，具有較強(qiáng)的抗事故能力。

（3）工作輥硬度檢測(cè) 對(duì)差溫回火后的工作輥輥身硬度進(jìn)行檢測(cè)，具體按照J(rèn)B/T 13313－1991標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，硬度檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 4100mm熱軋工作輥硬度檢測(cè)記錄

根據(jù)表2中的硬度結(jié)果來看，該工作輥輥身硬度均控制在71～74HS，完全滿足技術(shù)要求。其中其中71HS硬度點(diǎn)僅在輥身兩端肩部出現(xiàn)，這與工作輥實(shí)際工作時(shí)的預(yù)留軟帶區(qū)相吻合，即對(duì)工作輥輥身而言，工作區(qū)硬度基本控制在72～74HS，該項(xiàng)指標(biāo)說明工作輥的輥身硬度均勻性極好。

4.結(jié)語

根據(jù)該4100mm鋁板軋機(jī)工作輥的試制結(jié)果，可以得出如下結(jié)論。

（1）利用Cr5鍛鋼材質(zhì)進(jìn)行大型工作輥的生產(chǎn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足技術(shù)要求。

（2）通過設(shè)計(jì)輔具，工作輥的最終熱處理利用差溫爐加熱、臥式噴霧及電爐回火的方式是可行的，且能夠高質(zhì)量地保證工作輥輥身硬度及硬度均勻性，為大型鍛鋼工作輥的制造提供了全新的思路。

（20130729）