高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝的製作方法

2023-12-08 04:58:51

專利名稱：高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝。
背景技術：
連續冷軋用輥材質，逐漸向高鉻、高合金方向發展，以適應現代化軋機要求，如寶鋼、攀鋼等近幾年冷軋用鍛鋼輥基本都是由Cr2、Cr3向Cr5及更高的Cr含量發展。而隨著碳及合金含量的提高，偏聚現象嚴重，碳化物帶狀發生機率明顯增多，帶狀碳化物級別過高(大於按國家標準判定2級水平)不僅增加冷軋工作輥淬火時的開裂傾向，而且還降低軋輥的接觸疲勞性能和熱衝擊抗力，它是導致冷軋輥輥身表面粗化的重要原因，最終影響軋輥的使用壽命。由於經常出現帶狀碳化物批量超標現象，大量輥坯重新返爐進行熱處理，造成能源的巨大浪費。
傳統理論(文鐵睜、郭玉珍，《冶金軋輥技術概論》，河北科技出版社，1993，12；鍾順思等，《軸承鋼》，機械工業出版社，2000，11等)認為帶狀碳化物應在加熱鋼錠工序解決，即通過高溫擴散，加長鋼錠在鍛造溫度下的保溫時間來達到消除、熔化碳化物、成分均勻化的目的。當鋼錠加熱到1150-1200℃時萊氏體共晶區域開始熔化，成分元素的擴散速度大大加快，各種碳化物開始消除或級別降低，只要給予足夠的時間和溫度，消除碳化物和成分均勻化的目的就能達到。這種觀點得到了實驗室實驗結果的支持，並且大多數廠家都是這樣做的。
但是也有人(熱處理手冊編委會，《金屬熱處理》，機械工業出版社，1984，4)認為在鋼錠的鑄態組織下長時間保溫進行成分擴散均勻化，其效果不明顯，無法進行驗證，且能耗太高，因此不主張對鋼錠進行擴散。
為了了解高溫擴散對帶狀碳化物的影響，我們首先對以前鋼錠加熱時間與帶狀碳化物的關係進行了統計，發現加熱時間(無論是單火次的還是總火次)的長短與帶狀碳化物的發生與級別並無嚴格的對應關係。說明加熱時間對鋼錠沒有固定的擴散作用，對帶狀碳化物沒有很好的改善效果。
其次我們對帶狀碳化物超標輥坯在實驗室的小電爐中做了不同溫度下不同保溫時間的高溫擴散實驗。實驗發現消除帶狀碳化物的較佳溫度約為1050℃。溫度過低碳化物熔解太慢，過高則容易產生過熱等缺陷。並且通過實驗證實，經1050℃擴散後再經過正火回火處理，材質的機械性能不會降低，考慮到現場加熱爐的溫差比實驗室要大，因而在實際生產中我們選用了1100℃的挽救擴散溫度。三年來共對102支超標輥坯進行了擴散挽救，其中有96支超標輥坯一次擴散成功，佔總數的94％，其結果是令人滿意的。
上述實驗說明，對鋼錠進行碳化物擴散作用不大，而對鍛造後的緻密組織(輥坯)進行擴散效果顯著。這就在傳統理論的基礎上有了新的發展。經過分析我們認為由於鋼錠鑄態組織的不緻密性及晶粒的粗大性，且鋼錠的尺寸、重量較大，碳化物的尺寸和形態也較大，不利於擴散的進行，因此在鍛造變形前進行高溫擴散退火，要想達到均勻化的作用，效果並不明顯。而在鍛造變形後組織較緻密，碳化物的形態和大小都發生了變化(尤其是大小)。在高溫下適當延長保溫時間，有利於合金元素的擴散均勻化，消除或減少帶狀碳化物，改善偏析。
對輥坯進行碳化物擴散效果雖好，機械性能也不下降，但佔用時間長，成本高，因此在輥坯成型以前消除或減少帶狀碳化物是最佳選擇。如何在保持現有保溫時間20小時左右不變的情況下，使帶狀碳化物的級別降下來，是我們研究的方向。
原有的工藝是在1200-1220℃一次直接保溫20小時來進行組織擴散，完成對碳化物的消除。然後進行鍛造過程即壓把、預拔長、鐓粗、大壓下量拔方、成型，其過程可能是三火或四火，但是其後的加熱不再考慮擴散時間和效果，所以效果也不好。

發明內容
本發明的目的就是為了提供一種高合金冷軋輥坯製造過程中，能有效地消除或降低帶狀碳化物級別的加熱工藝。
本發明高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝是，輥坯鍛造成型前返爐加熱溫度為1200-1220℃，加熱模式分為三段，即第一火的保溫時間為5小時，然後即進行壓把、予拔長；第二火保溫時間為7小時，然後進行鐓粗、大壓下量拔方、鍛造；最後第三火回爐保溫8小時。
如前所述，對鍛造後的材料進行擴散的效果要遠遠好於對鋼錠的擴散。為了在輥坯成型以前消除或減少帶狀碳化物，我們在輥坯最終成型以前留一定的鍛比(一般不小於1.5，鍛比為1.5時效果最理想)後返爐加熱，這樣即可以消除或減少帶狀碳化物，又能保持輥坯的最終組織，還能增加高溫停鍛效應，提高輥坯的探傷合格率。
從03年初我們在Cr5輥坯的生產時，採取了不同的加熱方案進行了對比實驗，結果表明在總加熱時間不變的情況下，調整其各火次的時間，可以使帶狀碳化物超標的機率下降50％。
經過研究實驗，最終形成了5+7+8的加熱模式，即第一火的保溫時間5小時後鋼錠已經熱透，即進行壓把、予拔長；第二火保溫時間7小時後能夠滿足鐓粗、大壓下量拔方的變形要求，此時進行鐓粗、大壓下量拔方將粗大的鑄造組織變為緻密的鍛造組織，然後回爐保溫；由於此時組織較緻密有利於擴散均勻化，解決擴散(帶狀碳化物)問題及高溫停鍛效應，經研究、實驗發現此時保溫8小時為達到這一效果的最佳時間，這一加熱模式能有效的消除或減少帶狀碳化物。通過以上研究及相應工藝的調整，使帶狀碳化物的超標現象得到明顯改善，使帶狀碳化物超標率由03年初的月均13支下降到年末月均3～4支。
另外，5+7+8的加熱模式對提高探傷合格率起到了較大的作用。因為鋼錠在拔長過程中，大壓下量的後期，由於內部拉應力的作用而在鍛件心部產生新裂紋，這些裂紋在進一步的鍛造過程中會得到擴展而使輥坯報廢。為了減小以上傾向的發生，在第二火鐓粗、大壓下量拔長完成後，留有足夠的鍛造比進行回爐保溫；執行高溫擴散及停鍛效應，由於此時組織較緻密有利於擴散均勻化，在第三火保溫時間8小時後能夠改善偏析、提高塑性、鈍化裂紋從而焊合大截面鍛件心部的空隙性缺陷，提高冷輥坯探傷合格率，冷輥坯廢品率由02年的12.03％降低到03年的4.95％。
具體實施例方式
實施例1
採用本發明加熱工藝生產毛坯Φ570的冷軋輥坯，材質為Cr5，所用鋼錠為11噸電渣錠，總鍛比為4.8。
第一火1200-1220℃保溫時間5小時後，對鋼錠進行壓鉗把(尺寸為Φ500*700)和予拔長(尺寸為Φ1000)，然後回爐加熱保溫；第二火1200-1220℃保溫時間7小時後，開始鐓粗(尺寸為Φ1250)、大壓下量拔方(尺寸為700*700，將粗大的鑄造組織變為緻密的鍛造組織，同時解決好探傷問題。再倒稜至Φ700，此時距成品尺寸預留1.5的鍛比)，然後回爐保溫；第三火1200-1220℃保溫8小時。由於此時組織較緻密有利於擴散均勻化，保溫8小時可以解決帶狀碳化物問題。8小時後出爐鍛造成型至Φ570。
實施例2採用本發明加熱工藝生產毛坯Φ600的冷軋輥坯，材質為Cr3，所用鋼錠為8噸電渣錠，總鍛比為3.7。
第一火1200-1220℃保溫時間5小時後，對鋼錠進行壓鉗把(尺寸為Φ400*600)和予拔長(尺寸為Φ780)，然後回爐加熱保溫；第二火1200-1220℃保溫時間7小時後，開始鐓粗(尺寸為Φ1150)、大壓下量拔方(尺寸為750*750，將粗大的鑄造組織變為緻密的鍛造組織，同時解決好探傷問題。再倒稜至Φ750，此時距成品尺寸預留1.5的鍛比)，然後回爐保溫；第三火1200-1220℃保溫8小時。由於此時組織較緻密，有利於擴散均勻化，保溫8小時可以解決帶狀碳化物問題。8小時後出爐鍛造成型至Φ600。
權利要求
1.一種高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝，其特徵在於該工藝在輥坯鍛造成型前返爐加熱，溫度為1200-1220℃，加熱模式分為三段，即第一火的保溫時間為5小時，然後即進行壓把、予拔長；第二火保溫時間為7小時，然後進行鐓粗、大壓下量拔方、鍛造；最後第三火回爐保溫8小時。
全文摘要
本發明公開了一種高合金冷軋輥坯製造中的分段加熱工藝，該工藝在輥坯鍛造成型前返爐加熱，溫度為1200－1220℃，加熱模式分為三段，即第一火的保溫時間為5小時，然後即進行壓把、預拔長；第二火保溫時間為7小時，然後進行鐓粗、大壓下量拔方、鍛造；最後第三火回爐保溫8小時。本發明加熱工藝在高合金冷軋輥坯製造過程中，能有效地消除或降低帶狀碳化物級別。
文檔編號B21J1/00GK1730193SQ20051009678
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月2日 優先權日2005年9月2日
發明者蘇俊奇, 杜修華, 李立敏 申請人:邢臺機械軋輥(集團)有限公司