辗环机芯辊锻件加工所用的高质量高寿命原材料及加工方法与流程

1.本发明属于锻件加工技术领域，具体涉及一种辗环机芯辊锻件加工所用的高质量高寿命原材料，还涉及上述的锻件的加工方法。


背景技术：

2.径轴向轧制辗环机是各类规格和材质的环形锻件近净成形的关键设备，芯辊是径轴向轧制辗环机在轧制环件中必不可少的部件，环件通过芯辊施加的径向轧制力和锥辊施加的轴向轧制力，在合理控制的进给量的情况下，得以顺利成形。
3.芯辊在实际工作中，一方面承受着来自环件的径向反作用力，以及随着产生的覆盖环件高度范围内的力矩；另一方面，由于芯辊在环轧过程中始终与红热工件直接接触，表面伴随着温度上升的现象；并随着喷淋降温过程和环轧的结束，表面温度很快降至降低范围。即，芯辊需要具有较高的径向抗弯性能和抗热疲劳性能，相比于普通的轴类产品而言，需要较高的整体性能。
4.只有满足上述的性能要求，芯辊的使用寿命才有可能得到保证。
5.相关文献专利文献cn209632039u 一种用于异形环锻件的辗环机组合芯辊期刊文献本技术人在《辗环机芯辊的强度校核及其热处理》一文中提及过，芯辊锻造后要进行预备热处理和最终热处理，以确保其综合性能满足使用要求。采用正火、回火及调质处理的钢芯辊，能满足轧制奥氏体不锈钢环形件的需要。


技术实现要素：

6.为了解决上述的技术问题，本发明提供一种辗环机高质量高寿命芯辊的制作方法，确保芯辊具有较好的径向性能和抗热疲劳性能，以保证其使用寿命满足预期。
7.辗环机芯辊锻件加工所用的高质量高寿命原材料，以重量百分比计，包括以下组分：c 0.39~0.44，si 0.20~0.30，mn 0.60~0.80，cr 0.90~1.25，mo 0.18~0.30，p≤0.015，s≤0.010，cu≤0.10，ti≤0.008，v≤0.01，ni≤0.30，al 0.015~0.040，n≤0.0080，[o]≤20ppm，[h]≤2ppm，余量为fe和其他残余元素。
[0008]
控制碳（c）含量在0.39~0.44%，锰（mn）含量0.60~0.80%范围，是为了保证芯辊热处理之后有足够的强度保证；控制铬（cr）含量在0.90~1.25%，钼（mo）含量在0.18~0.30%范围，是保证芯辊有足够的淬透性和抗热疲劳性能，以保证芯辊的综合力学性能水平；铜（cu）属于不利于热加工变形的元素，其残余含量需要严格控制；钛（ti）在钢中一般以碳（氮）化物的形式存在，形态为带尖角的块状物，易成为疲劳裂纹的源头，需要控制在0.008%以下；铝（al）为脱氧用元素，具有细化晶粒的重要作用，控制在0.015~0.040%是比较容易实现的；气体（[o]和[h]）过高会导致锻件内白点和显微裂纹产生的几率增加，需要在精炼过程中进行脱气（vd）处理。
[0009]
高质量高寿命的辗环机芯辊锻件的锻造加工方法，包括以下的步骤：锻造成形和热处理；其中，热处理步骤为，对锻造成形的芯辊锻件依次实施正火处理、淬火处理、回火处理、表面硬度检测。
[0010]
锻造成形步骤具体为，以上述组分的原材料进行下料，采用拔长、镦粗、拔长、镦粗和拔长、滚圆至锻件尺寸的步骤，完成锻造成形，控制总的镦粗比不小于4:1，且总的拔长比不小于6:1。
[0011]
高质量高寿命的辗环机芯辊锻件的锻造加工方法，其特征在于，所述的正火处理步骤中， 执行以下的操作：a 对芯辊锻件实施正火处理：a1 将芯辊锻件装入炉温≤650℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤180℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；a2 保温结束后，再以≤150℃/h升温至840℃～900℃，并按照芯辊直径，依据30mm/h～55mm/h实施二次保温；a3 二次保温结束后，出炉，实施空冷。
[0012]
所述的淬火处理步骤中， 执行以下的操作：b 对粗车后的芯辊锻件实施整体淬火处理，具体步骤如下：b1 将芯辊锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤180℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；b2 保温结束后，再以≤150℃/h快速升温至850℃～880℃，并按照车轮有效厚度，依据40mm/h～60mm/h实施二次保温；b3 二次保温结束后，出炉，实施淬火，依据芯辊锻件直径，淬火冷却时间为0.8～3.0s/mm；b4 芯辊锻件淬火冷却，介质选用水，介质温度为20～40℃，在冷却的第一阶段，保持介质处于稳定的强制对流状态，之后保持淬火介质处于自然对流状态。
[0013]
步骤b4中，所述的冷却的第一阶段为冷却的前1~6min。
[0014]
所述的回火处理步骤中， 执行以下的操作：c 对淬火完成的芯辊实施整体回火处理，具体步骤包括：c1 将芯辊锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤60℃/h的速度升温至300～350℃，并保温1h～3h；c2 保温结束后，以≤90℃/h的速度升温至500℃～560℃，并按照芯辊直径，依据25mm/h～40mm/h实施二次保温；c3 二次保温结束后，出炉空冷。
[0015]
8. 如权利要求2所述的高质量高寿命的辗环机芯辊锻件的锻造加工方法，其特征在于，对于回火处理后的煅件，待其空冷至20℃后，实施表面硬度检测，检测部位为3处，每处检测3次取平均值，具体步骤如下：d1 采用装有砂轮的角磨机，对选定的芯辊表面3处进行粗磨，粗磨深度控制在2mm，并保证打磨处平整无凹陷；d2 粗磨之后，采用装有抛光轮的角磨机，对粗磨部位进行细磨抛光，抛光深度≤1mm，并保证抛光处平整无凹陷，且表面粗糙度满足≤ra7μm；
d3 采用便携式里氏硬度计g型冲击装置，对细磨抛光部位进行硬度检测，每处检测3次取平均值。
[0016]
上述的高质量高寿命的辗环机芯辊锻件的锻造加工方法，包括以下的步骤：s1：锻造成形对原材料进行下料，采用拔长、镦粗、拔长、镦粗和拔长、滚圆至锻件尺寸的步骤，完成锻造成形，控制总的镦粗比不小于4:1，且总的拔长比不小于6:1；所述的原材料，包括以下组分：c 0.39~0.44，si 0.20~0.30，mn 0.60~0.80，cr 0.90~1.25，mo 0.18~0.30，p≤0.015，s≤0.010，cu≤0.10，ti≤0.008，v≤0.01，ni≤0.30，al 0.015~0.040，n≤0.0080，[o]≤20ppm，[h]≤2ppm，其余为fe和其他残余元素；s2：热处理a 对芯辊锻件实施正火处理，具体步骤如下：a1 将芯辊锻件装入炉温≤650℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤180℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；a2 保温结束后，再以≤150℃/h升温至840℃～900℃，并按照芯辊直径，依据30mm/h～55mm/h实施二次保温；a3 二次保温结束后，出炉，实施空冷；b 对粗车后的芯辊锻件实施整体淬火处理，具体步骤如下：b1 将芯辊锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤180℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h～3h；b2 保温结束后，再以≤150℃/h快速升温至850℃～880℃，并按照车轮有效厚度，依据40mm/h～60mm/h实施二次保温；b3 二次保温结束后，出炉，实施淬火，依据芯辊锻件直径，淬火冷却时间为0.8s/mm～3.0s/mm；b4 芯辊锻件淬火冷却，介质选用水，介质温度为20～40℃，在冷却的第一阶段，保持介质处于稳定的强制对流状态，之后保持淬火介质处于自然对流状态；冷却的第一阶段为冷却的前1min~6min；c 对淬火完成的芯辊实施整体回火处理，具体步骤包括：c1 将芯辊锻件装入炉温≤350℃的热处理炉内，保持各件之间间距≥100mm，以≤60℃/h的速度升温至300～350℃，并保温1h～3h；c2 保温结束后，以≤90℃/h的速度升温至500℃～560℃，并按照芯辊直径，依据25mm/h～40mm/h实施二次保温；c3 二次保温结束后，出炉空冷；d 对整体回火处理完成的芯辊锻件，待其空冷至20℃后，实施表面硬度检测，检测部位为3处，每处检测3次取平均值，具体步骤如下：d1 采用装有砂轮的角磨机，对选定的芯辊表面3处进行粗磨，粗磨深度控制在2mm，并保证打磨处平整无凹陷；d2 粗磨之后，采用装有抛光轮的角磨机，对粗磨部位进行细磨抛光，抛光深度≤1mm，并保证抛光处平整无凹陷，且表面粗糙度满足≤ra7μm；d3 采用便携式里氏硬度计g型冲击装置，对细磨抛光部位进行硬度检测，每处检
测3次取平均值。
[0017]
本发明的有益效果在于：（1）本发明首先从原材料上进行了改进和调整，比如控制碳、锰的含量，以便于保证芯辊热处理之后有足够的强度保证；同时控制铬、钼含量在合理的范围之内，以便于保证芯辊有足够的淬透性和抗热疲劳性能，以保证芯辊的综合力学性能水平；（2）采用本发明的原材料特定的工艺比如，将原料经拔长、镦粗、拔长、镦粗和拔长、滚圆的方法进行锻造，可以有效保证芯辊锻件内部组织的致密性，更有利于芯辊热处理后径向性能和抗热疲劳性能的实现，从而提高其使用寿命。
[0018]
（3）采用本发明的淬火冷却方法，可以保证芯辊淬火冷却质量，同时可以避免出现淬火开裂的现象。根据本发明规定的温度对芯辊进行回火，可以保证芯辊获得足够的强度和韧性，已达到较长使用寿命的目的。
具体实施方式
[0019]
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
[0020]
实施例1本实施例提供一种尺寸为：外径φ250mm，长度为2300mm的辗环机芯辊及其制作方法。
[0021]
首先：（1）根据产品尺寸、形状及重量，进行工艺设计；（2）根据设计方案，选择直径为φ500mm的连铸圆坯原材料，进行复验，其化学成分满足（wt%）：c 0.41，si 0.22，mn 0.70，p 0.012，s 0.004，cr 1.10，ni 0.10，mo 0.22，al 0.022，ti 0.007，cu 0.015，v 0.01，n 0.0025，[o]=15ppm，[h]=0.8ppm，其余为fe和其他残余元素。
[0022]
芯辊的锻造成形方法如下：采用上述φ500原材料进行下料，采用拔长、镦粗、拔长、镦粗和拔长、滚圆至锻件尺寸的步骤，完成锻造成形，控制总的镦粗比为4.74:1，且总的拔长比为9.05:1。
[0023]
热处理方法具体操作步骤如下：a、对锻造完成的芯辊实施正火处理：具体步骤包括：a1、将芯辊锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以80℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温2h；a2、保温结束后，以全功率快速升温至880℃
±
10℃，并按照芯辊直径，依据40mm/h实施保温；a3、保温结束后，出炉，实施空冷；b、对粗车完成的芯辊实施整体淬火处理，具体步骤包括：b1、将芯辊锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以80℃/h的速度升温至650℃
±
10℃，并保温1h；b2、保温结束后，以全功率快速升温至850℃～880℃，并按照芯辊直径，依据50mm/h实施保温；
b3、保温结束后，出炉，实施淬火，淬火冷却时间依据车轮有效厚度按照1.2s/mm加以确定；b4、芯辊淬火冷却介质选用水 ，淬火过程中介质温度控制在30℃左右，且在冷却的第一阶段（第1至6分钟）保持淬火介质处于稳定的强制对流状态，之后保持淬火介质处于自然对流状态；c、对淬火完成的芯辊实施整体回火处理，具体步骤包括：c1、将芯辊锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，保持各件之间间距不小于100mm，以≤60℃/h的速度升温至320℃，并保温2h；c2、保温结束后，以≤80℃/h的速度升温至550℃
±
10℃，并按照芯辊直径，依据35mm/h实施保温；c3、保温结束后，出炉空冷；d、对回火完成的芯辊，待其空冷至室温后，实施表面硬度检测，检测部位为三处，每处检测3次取平均值，具体步骤包括：d1、采用装有砂轮的角磨机，对选定的芯辊表面三处进行粗磨，粗磨深度控制在2mm左右，并保证打磨处平整无凹陷；d2、粗磨之后，采用装有抛光轮的角磨机，对粗磨部位进行细磨抛光，抛光深度不超过1mm，并保证抛光处平整无凹陷，且表面粗糙度满足≤ra7μm；d3、采用便携式里氏硬度计g型冲击装置，对细磨抛光部位进行硬度检测，每处检测3次取平均值，三处硬度平均值依次为295hb、300hb和303hb。
[0024]
采用这种方法制作的芯辊，使用寿命达到了辗环28炉次不断，合计轧制某型环件224件130吨左右锻件，创造了申请人单位此类芯辊使用寿命的新纪录。
[0025]
本发明中，采用选择的合金钢材料制作辗环机芯辊，经多次镦拔锻造成形，在淬火回火时，通过采用本发明的方法及淬火回火参数，芯辊淬火回火后表面硬度控制在280-320hb范围内，通过实际生产验证，达到了芯辊径向抗弯、抗折锻和整体抗热疲劳性能的良好匹配，以便于保证芯辊的使用寿命达到一个较高水平。