文/段保华·天重江天重工有限公司

大截面辊轴锻造工艺

文/段保华·天重江天重工有限公司

段保华，技术员，助理工程师，主要从事大型自由锻件工艺和锻造方法的研究，以及自由锻造用工装附具的设计研究。

大型辊压机是破碎粉磨领域不可缺少的重要设备，至今已有超过千余台辊压机成功应用于建材、矿山等行业。我国于1987年从德国KHD公司引进辊压机设计制造技术，但是由于当时设备、技术等因素的限制，特别是关键性部件——大截面辊轴制造技术一度成为制约辊压机发展的瓶颈。经过二十多年技术改进和生产创新，辊压机无论是产品规格、处理能力，还是使用可靠性，都得到了很大的提高。

目前，辊压机辊径已经达到φ2600mm，处理能力近3000t/h，装机功率为2×2800kW。因此对大截面辊轴制造技术提出了更高的要求。为了提升大截面辊轴轴身的内部质量，提高大截面辊轴钢锭的利用率，本文将对大截面辊轴传统锻造工艺进行分析，提出改进后的锻造工艺方法。

传统锻造工艺

大截面辊轴坯料材质为S42CrMoA，采用52t双真空钢锭锻造，为了保证锻后钢锭内部组织性能，打破钢锭中铸态组织的疏松与孔洞，采用1200mm上下平砧进行WHF法锻造，辊轴锻件图如图1所示。

图1 辊轴锻件图

由于锻件截面差较大，给分料带来了相当大的困难。锻造工艺规范要求分料长度应大于等于坯料截面尺寸的1/3。但出于对钢锭利用率的考虑我们只能缩短下料长度。图1中（Ⅰ）、（Ⅱ）的理论下料只需φ1750mm×300mm，但考虑到钢锭利用率及下料操作的难易程度，以及钢锭底部需要有一定的切除量，因此我们将下料尺寸定为φ1750mm×500mm。但是由于截面差大，轴身两侧余面亦比较大，分料时余面重量约500kg，这样也会相应地降低钢锭的利用率。

表1 传统锻造工艺

锻造热处理后超声波检测发现轴身中心晶粒粗大。该材料锻件晶粒开始长大的温度为1050～1080℃，开始急剧粗大的温度为1100～1200℃。按传统锻造工艺（表1），最后一火在如此大的截面分料时，一火是很难成形的，往往都是两火成形。然而锻造前加热的温度刚好在锻件晶粒开始急剧变粗大的温度，而且轴身在最后一火时几乎没有了变形量，再加上火次的增加，因此轴身很容易产生粗晶，在后续的热处理中也很难得到改善。只有通过多次正火才能改善，这样就造成了能源的浪费，相应地也增加了成本，降低了产品的市场竞争力。

图2为采用传统锻造方法所需采取的锻后热处理曲线，为了尽量细化辊轴在锻造加热过程中长大的晶粒，采用两次正火加一次回火。热处理后检验锻件尺寸，结果为轴身两侧余量较大，各台阶同轴度差。毛坯探伤结果为轴身粗晶。

改进后的锻造工艺

为了提高该类产品的利用率，降低生产成本，改善轴身两侧的外形尺寸，以及解决锻后轴身粗晶问题，只能在卡两端小台时采用小截面分料且必须保证轴身在最后一火有一定的变形量。因此我们对工艺做了如下调整。

图2 辊轴锻后热处理曲线

表2 改进后的锻造工艺

将原工艺采用的52t双真空钢锭降低为48t双真空钢锭锻造。为了达到锻件所需的内部组织及外部形状我们采用两次镦粗加两次WHF法压实。最后一火采用漏盘局部镦粗辊身，然后再滚辊身外圆的方法，这样就保证了辊身在最后一火有了一定的变形量，可以有效的防止后续地粗晶问题，改进后的锻造工艺见表2。

表2锻造工艺采用WHF压实钢锭滚外圆拔长到φ1500mm分料有如下优点：

⑴使（Ⅰ）、（Ⅱ）及（Ⅳ）、（Ⅴ）台的分料长度增加，达到锻造工艺规范要求（分料长度应大于等于相应截面尺寸的1/3）。

⑵截面差的减小，降低了分料时的操作难度，便于操作，节省了锻造时间。

⑶增大了锻比，使钢锭内部微小孔洞缺陷得到了有效地焊合。

采用漏盘局部镦粗辊身的方法有如下优点：

⑴满足了辊身形状上的要求。

⑵避免了大截面辊身长时间保温后且在最后一火无变形量而产生的粗晶问题。

⑶经过漏盘镦粗使辊身两侧的余面大大减小，因此也提高了锻件的利用率，改善了辊身两侧的外形尺寸。

由于改进锻造工艺后轴身在最后一火进行了局部镦粗，大大改善了轴身的内部组织，因此我们只需采用一次正火即可。这样不但节省了能源而且也大大缩短了该产品的制造周期。图3为锻造工艺改进后辊轴锻后热处理曲线。

图3 工艺改进后辊轴锻后热处理曲线

锻造热处理后，轴身两端外形尺寸良好，余面也几乎没有，为后续的机加工大大节约了工作时间；超声波探伤也未发现任何缺陷。在后续的调质热处理也没出现任何问题，而且在调质后各项性能指标完全合格。

结束语

针对大截面差辊轴的锻造，采用在小截面差时分料，然后再局部镦粗辊身的方法，解决了锻造过程中大截面差分料时的困难及锻后粗晶的问题。相应地钢锭利用率也提高了5%，如此大大降低了锻件的生产成本，提高了此类锻件的市场竞争力。