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1、大型大型 9Cr2Mo 工作辊冶、锻、热处理工艺工作辊冶、锻、热处理工艺研究研究重工科技 2002No.2?13?大型 9Cr2Mo 工作辊冶锻,热处理工艺研究闫建安张清莲等太原重型机械集团铸锻有限公司太原 030024前言大型 9Cr2Mo 工作辊是特板矫直机上的核心部分,其主要工作特点是将 200ram 厚的钢板通过矫直达到设计所需求的板型平直度,因此,工作辊质量的好坏直接影响着钢板的质量.根据图纸设计要求,工作辊甚本尺寸为 06806620mm,材料选用 9Cr2Mo 钢,基体调质硬度为 HBS240280,辊体表面淬火硬度 HRC6267,超声波探伤不得有08ram 当量的单个缺陷和0
2、3mm 当量的密集缺陷,这就要求工作辊本身必须有高强度,高韧性,高耐磨性,高精度和足够的硬化层,其截面之大,要求之高,这在太重的生产史上还不曾有过,它是集冶,锻,热处理工艺难度于一身的国内直径最大的,技术要求最高的,条件最苛刻的 9Cr2Mo整体辊.我们查了国内外有关资料,0500mm 系轧辊有资料介绍,但0500mm 系辊型无详细资料.国内一重,二重曾生产过但出现过炸辊,废品率很高,且均不能以锻件毛坯或精加工形式交货.我们所要解决的关键问题:(1)开发 33t 锭冶炼工程,制定出 33t 锭冶炼工艺规范和操作要点,确保钢水的纯净度和冶炼退火中钢锭不开裂;(2)锻造比的选择,锻造过程的加热曲线
3、和锻后热处理工艺曲线的制定,确保锻造比,保证锻件在锻造过程中不开裂;(3)调质热处理工艺参数的选择,冷却时间的控制,加热和冷却速度的控制,防炸裂的调整电参数用,b,预热温度的选择,工艺方案的确定,c,设计辊表淬用台具.1 初步拟定的工艺路线30t 电炉 40t 钢包精炼一钢锭去应力退火一锻造一锻后热处理一粗加工一加工一探伤一调质一精加工一消除应力一探伤一表淬一粗磨精磨一包装出厂2 技术要求及要点2.1 化学成分如表 1.2.2 原材料性能要求叮 s420MPacrb890MPa68%2.3 工作辊调质硬度:HBS2402802.4 工作辊,导辊表淬硬度HRC6067(HS8195),淬硬层深
4、610mm2.5 超声波探伤不得有08mm 当量的单个缺陷和03mm当量的密集缺陷.2.6 技术难点及关键6806620mm 工作辊所需锻造用钢锭 33t,这在太重生产史上还前所未有.以前也只生产过材质为 9Cr2Mo 的十几吨重的小钢锭.9Cr2Mo 这种材料热抗倾向大,导热性极差,且对白点十分敏感.无论是冶炼,锻造还是热处理,哪个环节稍有不慎,就有可能开裂报废.有时甚至搁置在库房的措施;(4)表淬 a,感应器的设置,设计试验件作为成品,由于内应力太大而断成两节.因此,冶炼时标准 CSiMI1SPCrMo企标 0.850.950.250.450.250.350.0250.0251.702.1
5、00.200.40?14?重工科技 2002No.2硫,磷含量的控制,钢水的纯净度,热曲线的制定,每一个环节的操作要点等都是关键中的关键.3 冶炼工作辊选材为 9Cr2Mo 钢,基本尺寸为 06806620mm,9Cr2Mo 钢锭锭型 33t.采用精炼炉氧化法冶炼并真空除气,硫含量O.015%(内控成分),内渣中(FeO0.4%,碱度 CaO/SiOz 达到 2.54).浇注采用下注法,钢水在浇注过程中使夹杂上浮,缓解内应力分布,使组织致密,经检测化学成份符合标准达到预期目标N】50PPm,H】3.5PPm,fO75PPm.温度(钢锭退火工艺如图 1.3o/h25o 出炉 60010/厕 18
6、35O8I 导圈 1钢锭的退火工序很重要,特别是钢锭的脱模温度和升温速度.4 锻造大截面 9Cr2Mo 系轧辊锻造温区窄,材料变形抗力大,锻造过程中极易开裂,为保证大截面辊心部锻透,采用 FM 法,也即心部压实法.4.1 锻造工艺参数锻比:5.8 钢锭利用率:64.4%锻重:21242Kg 锻造等级:2 级锻温:1180850cI=锻造火次:2 火钢锭:33t4.2 锻后热处理曲线如图 2温度()时间(h)图 2锻后热处理目的:9Cr2Mo 工作辊锻后热处理主要是消除锻件的内应力,降低硬度便于加工.提高化学成分的均匀性,防止白点的产生.细化晶粒,促进碳化物球化,为调质工序做组织准备.4.3 操
7、作要点及难点(1)正确选择退火工艺曲线.(2)由于辊子截面大,热应力大,加热速度应尽可能低.(3)充分去氢.(4)选择 780820C 温度区间,正好是9Cr2Mo 钢的两相区,有利于球化退火.640660C扩氢温度,在这个温度区间,氢扩散速度最快.使其充分扩氢,才能保证辊子的内部质量.5 调质5.1 工作辊调质前粗加工图如图 3.圈 35.2 调质目的为进一步消除网状碳化物,细化晶粒,改善心部组织,降低残余应力,获得良好的综合性能.更重要的是通过调质使基体具备一定的硬度要求,使大辊身表淬所要求的硬度及硬化层与基体有一个最佳的硬度匹配.以满足工作辊的服役条件.5.3 保温区的时间据资料介绍,对
8、于大截面轴类锻件在加热过程中,升温速度的选择很重要.特别是在 650C 左右内外温差最大,在这个温度区间一定要保证充分的均温时间,使之内外温度趋于一致后方可继续升温.这个温度区间也最容易导致锻件开裂,尤其是 9Cr2M.材料,导热性极差.5.4 冷却时间9Cr2M.钢一般采用油冷,特别是大截面辊子钢,一定要控制终冷温度.如冷至 300C 以下还继续冷却,组织的不均匀转变将导致组织应力大而造成开裂.因此,辊子淬火时的油冷时间一定要控制.5.5 淬火后回火时,350C 台阶处的保温必不可重工科技 2002No.2?l5?少.淬火后由于内外应力大,需在这一温度充分均温后再升温回火.5.6 调质前的超
9、探调质前必须进行超探检查,超出探伤标准要求的必须报废.如缺陷在标准范围之内,应采用针对性强的热处理工艺加以改善.否则,在处理过程中极易产生开裂或爆裂.5.7 由于辊子截面大,为便于加热和冷却,经征得设计的同意,在辊子中心打一 70 的中心孔.以改善加热循环和冷却条件.5.8 调质工艺曲线对于探伤合格的辊子采用如图 4 工艺.图 4经超探,其中两件有微量缺陷.所以,在工艺上加一道正火工序,目的是提高正火温度,增大相应扩散速度.使夹杂和链状缺陷经过高温扩散重新分布,形成分散的单个的夹杂.详见正火工艺曲线,如图 5.调质工艺同图 4.时同 lh)图 5五件辊子经调质处理后全部达到图纸技术要求.设计要
10、求 HBS240280.而实际检测硬度分别为 HBS:253,249,262,252,243.6 表淬6.1 表淬目的增加表面强度和硬度,提高表面的耐磨性,并使其表面有足够的硬化层,满足服役条件的需要.6.2 表淬方式整体淬火优点:硬度梯度小.缺点:蓄热量大,容易淬火开裂.表面氧化脱碳严重,变形大,且非淬硬层区保护困难.工频淬火优点:操作简单,热处理周期短,内部蓄热量少,残余应力小,淬火时不易产生开裂.缺点:过渡层硬度梯度大.基于以上情况,我们选择工频淬火.6.3 操作难点及要点a,没有合适的感应器.b,需设计实验件调试电参数.C,每一个环节可能产生裂纹.d,没有现成的低温回火炉,煤气加热炉低
11、温不好控制.e,工艺方案的确定,加热的次数,预热温度和回火温度的控制.6.4 作辊表淬的实施过程a,根据辊身尺寸大小,设计了 750500 和950500ram 感应器.由承制厂制造.b,设计了 06803000 和 8703000mm 实验件.调试了各电参数.C,工作辊及导辊表面磁探无缺陷.d,预热温度 520530Ce,工作辊,导辊均加热两次,也即上行下行之后开始淬火.表面温度达 900C,水冷却水压0.090.1MPa.水冷时间 70rain 左右.f,回火温度 180190C.在 36m 台车炉进行.因为台车炉热电偶设置在炉顶和炉侧,低温时无法准确测到辊身所达到的温度,因此在辊身绑制了
12、 6 个热电偶,可直接测出辊身温度.便于操作,解决了控温问题.g,回火曲线如图 6.温度()时间(h)图 6h,回火后硬度检测 HS88908890909398948890(下转第 51 页)重工科技 2002No.2?51?温度f)小时h)图 6按以上冶炼,锻造,热处理工艺生产 80t 递送辊,探伤全部达到了 JB/T5000.151998(钢锻件无损探伤的级要求;辊身表面 HS7780,淬硬层 9 一|Omm.达到了技术条件的要求.图 5 小时(h)4 结论(1)精炼+真空除气的冶炼方法,减少了原材料内部的夹杂物,为锻造锻合内部缺陷创造了条件.(2)采用两次镦粗,宽砧强压拔长,有效锻合了材
13、料内部的气孑 L,疏松等缺陷,增加了材料致密性,使递送辊内部冶炼缺陷缩小到符合 JB/T5000.151998(钢锻件无损探伤的级要求.(3)采用循环热处理,为表淬做好组织准备,可得到优良的强韧性.(4)以我公司的冶炼,锻造,热处理水平,可生产各种型号的递送辊.,?,q,虑,q,?虑,口?(上接第 15 页)I,五件工作辊和两件导辊表淬后无一产生微裂或开裂.7 辊子经最终处理后所有检测结果如下(1)冶炼【H75PPm【N50PPm【H3.5PPm 碱度 CaO/SiO:达到 2.54,白渣中 FeO0.4%钢锭外形尺寸:01362mm(冒口)01284mm(底部),高 2234mm(锭长)+1
14、078mm(冒口)+441ram(底部高).(2)锻造形状尺寸 0485515+07455310+0485930锻后热处理硬度:HBS=289 外观无折叠,锻造无开裂.(3)热处理:同炉试棒实测性能:ors=812MPaorb=l156MPa85=6.5%(4)调质及表淬硬度:如右表热处理实现无开裂.(5)超探:五支辊经超探均符合轧辊超探所规定的要求.序号 12345 平均HBS253249262252243251.8HS889O889O889O9093889491.48 结论(1)同炉 9Cr2Mo 试棒的实验数据完全可以满足轧辊整体性能的要求.(2)调质后的硬度均匀性很好,且无开裂倾向,经表淬处理的辊子软带区70mm.硬度满足图纸要求且实现了高硬度,均匀化的目的,经检测表面无任何微小裂纹.(3)五支工作辊经最终表淬后超探,均符合轧辊超探的规定要求,说明冶炼工艺,锻造工艺和热处理工艺性合理,方案可行.同时,对于0700mm的大截面 9Cr2Mo 轧辊证明我公司已具备生产能力,对35t 以下的 9Cr2Mo 钢锭的退火工艺,锻后热处理工艺和热处理调质,表淬工艺已纳入公司技术工艺规程标准之中.
