柱釘輥套最終熱處理工藝優化

馬兆男 白迪 張楊 王猛 周豐

摘 要：我公司柱釘輥套產品開發至今硬度合格率一直很低，其中內壁硬度均勻性差是導致整體合格率低的關鍵因素，由于受到工裝設備的限制，目前工藝方式控制能力較差，需要通過工藝優化來提高內壁硬度均勻性及可控性。

關鍵詞：柱釘輥套[1];工藝優化;內壁硬度均勻性

一、工藝優化背景及重要性

柱釘輥套是水泥輥壓機設備的核心部件（以下簡稱輥套），但產品開發至今硬度合格率一直很低，內壁硬度差是導致合格率低的關鍵因素。

二、工藝優化難點

我公司生產輥套材質為SRTS2，規格Dφ1800/dφ1200/H1600mm，重量18噸，硬度要求外壁50±2HRC，內壁300±20HB。我公司生產流程為：煉鋼→鍛造→預備熱處理→探傷→粗加工→最終熱處理→檢測→精加工→檢測→上交。現有最終熱處理工藝為：將工件在510-560℃爐內透燒預熱，再轉入≥980℃爐內快速升溫，使外壁和內壁形成溫差，保溫一段時間后出爐噴淬，外壁噴淬得到馬氏體淬硬組織;內壁短時噴淬，得到馬氏體組織，再利用心部余熱返溫，使內壁進行自回火，最終再進爐整體回火，一次熱處理達到外壁和內壁不同的硬度要求。我公司最終熱處理工藝較為特別，與國內普遍采用的工藝有所不同[2]，普遍采用的工藝是先整體調質，油淬將內壁硬度調整至合格范圍，再將外壁表面經感應加熱至奧氏體化溫度以上進行噴淬，使外壁硬度達合格范圍。本公司之所以采用較為特別的工藝，原因是油槽淬火能力不足，無法進行油淬且無如此大規格的感應加熱設備，無法外壁表面淬火。這種工藝方式有利有弊，利是生產成本低、設備投入少、生產周期短;弊是操作難度大、內壁硬度不均及可控性差（內壁硬度平均水平260-350HB）。

三、工藝優化過程

本次工藝優化的方向是降低操作難度，提高內壁硬度均勻性及可控性。工藝優化采取“實驗室+現場”的方式進行。

1、實驗室試驗：取相同材質試樣，加工至尺寸100mm*100mm*100mm標識1#試樣。

1.1、1#試樣熱處理制度：采用隨爐升溫至920℃保溫4小時，出爐空冷至室溫，對920℃空冷至100℃過程中每30秒記錄溫度變化情況。空冷后試樣檢測硬度和觀察組織，再分別進行530℃、540℃和640℃保溫4小時回火，回火后再次進行硬度測試和組織觀察（硬度結果見表1）。

1.2、試驗結論：1）920℃保溫4小時空冷后，組織以馬氏體為主，硬度均在460HBW以上，該硬度不符合產品硬度要求，即現場生產無法采用內壁空冷方式進行冷卻;2）對空冷后試樣采用不同溫度回火，其中530℃和540℃組織觀察殘余奧氏體發生分解并析出彌散分布碳化物質點，使其硬度值較空冷后硬度提高，同時也說明其回火穩定性較好，該回火溫度適用于現場生產外壁回火溫度，但不適用于內壁自回火溫度;3）空冷后采用640℃回火，硬度明顯降低，得到回火索氏體組織，硬度283-293HBW符合內壁硬度要求，即現場生產內壁自回火溫度應控制在該區間。

2、現場試驗：試驗件輥套規格Dφ1826/dφ1170/H1660mm，重量20噸，熱處理制度：低溫保持后升溫至650±10℃保溫5小時，限速升溫至920±10℃均溫后保溫4-6小時出爐噴淬，外壁噴淬按照原有工藝方式進行，內壁由噴水改為噴霧冷卻，噴淬后進爐530±10℃回火，出爐進行硬度測試內壁279-321HB，外壁48.0-51.5HRC，基本符合技術要求。

四、結論

結合實驗室數據，現場工藝優化從兩個方面展開，一是改變淬火加熱方式，由原工藝的差溫加熱改為透燒加熱，這樣做的目的是減少爐溫對工件的影響，有效提高工件溫度均勻性;二是改變內壁冷卻方式，由噴水冷卻改為噴霧冷卻，目的是降低瞬時冷卻強度，由此帶來三個方面的好處，一是由原來的控制工件自回火溫來控制硬度，變為控制內壁組織來控制硬度，提高硬度可控性，二是噴霧冷比噴水冷卻更均勻，冷卻后硬度更均勻，三是內壁在噴淬過程中無水流溢出進一步冷卻側壁，防止側壁硬度偏高。工藝優化取得成功，按照優化后的工藝參數執行，輥套硬度合格率有了極大提高。

參考文獻

[1]楊萬彪 一種高壓輥壓機用柱釘和高壓輥壓機 [P]. 中國專利： CN211412162U . 2020-09-04

[2]蘇春霞，徐相斌 輥壓機冷鑲柱釘輥套的失效分析《新世紀水泥導報》，2018年01期.