一种半钢轧辊的锻造工装及锻造方法与流程

1.本发明涉及半钢锻造技术领域，尤其涉及一种半钢轧辊的锻造工装及锻造方法。


背景技术：

2.锻造半钢轧辊具有接近钢类轧辊的强韧性，同时兼有铸铁类轧辊抗热裂纹和耐磨的优点，特别适用于型钢粗轧辊、钢坯连轧机轧辊。
3.半钢轧辊材质属于近似铸铁的材质，c含量高达1.4-2.2％，钢锭偏析严重，可锻性差，在锻造过程中容易出现表面裂纹。
4.为避免表面损伤，目前半钢轧辊锻造辅具采用一种上下柱面v型砧进行压实，目的是减小砧与砧搭接处的表面裂纹，同时不得不采取小的压下量，导致钢锭心部铸态缺陷无法充分改善，屡屡出现探伤不合格的现象。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种半钢轧辊的锻造工装及锻造方法，用以解决现有半钢轧辊锻造方法下压量小、锻造的半钢轧辊心部铸态缺陷、探伤不合格的技术问题。
6.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
7.一方面，本发明提供了一种半钢轧辊的锻造工装，包括全覆盖式宽平砧辅具；
8.全覆盖式宽平砧辅具包括上平砧和下平砧；上平砧与下平砧的结构和尺寸均相同且完全覆盖置于上平砧与下平砧之间的坯料；
9.上平砧和下平砧的长度为3000-5000mm。
10.在一种可能的设计中，上平砧和下平砧的宽度为1500-2000mm；
11.上平砧和下平砧的高度为200-300mm。
12.另一方面，本发明还提供了一种半钢轧辊的锻造方法，采用上述的半钢轧辊的锻造工装，该锻造方法包括以下步骤：
13.步骤1、第一火次：使用上平砧、下v砧倒棱拔长坯料，坯料拔长后压钳口，并去锭底；
14.步骤2、第二火次：使用镦粗漏盘、镦粗盖板镦粗坯料；
15.步骤3、第三火次：镦粗后采用全覆盖式宽平砧辅具拔方处理坯料；
16.步骤4、第四火次：继续采用全覆盖式宽平砧辅具拔方处理坯料，拔方后将坯料进行倒角处理和规圆处理；
17.步骤5、第五火次：采用whf法拔长坯料两端辊颈，下料出成品，制备得到半钢轧辊。
18.进一步，在步骤1中，使用上平砧、下v砧倒棱拔长坯料至φ1000
±
10mm，压钳口φ600
±
10mm。
19.进一步，在步骤2中，使用镦粗漏盘、镦粗盖板将坯料镦粗至h＝1400mm～φ1390mm；
20.镦粗比为1.5-2.0。
21.进一步，在步骤3中，使用全覆盖式上下宽平砧辅具将坯料拔方至
□
930
±
10mm～l＝2410mm，拔方处理后将坯料倒八角，倒八角时坯料压下量为100-150mm；
22.第三火次共包括8-9道次拔方处理，每道次翻转90
°
；
23.8-9道次拔方处理中，前5道次或前6道次的压下量为30-35％；后边道次的压下量根据工艺尺寸确定。
24.进一步，在步骤4中，继续采用全覆盖式宽平砧将坯料拔方至
□
750
±
10mm，形成方形坯；将方形坯倒角规圆至φ930
±
10mm。
25.进一步，在步骤4中，在多道次拔方处理中的前4道次中，每道次压下量为坯料高度的30％-35％；
26.从第5道次开始规圆，规圆次数为20-32道次。
27.进一步，在步骤5中，砧宽比为0.68-0.77，每道次的压下率大于20％。
28.进一步地，在步骤5中，压下量为坯料高度28-30％；
29.翻转按0
°‑
90
°‑
45
°‑
90
°
重复多次，直至坯料成为圆柱形。
30.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
31.(1)在现有技术中的坯料锻造过程中，部分坯料暴露在上砧与下砧外，需要进行多锤搭接，而在每锤搭接过程中，坯料拉应力增大，容易出现裂纹，导致半钢材质质量差。本发明提供全覆盖式宽平砧辅具能够将坯料全覆盖在上平砧和下平砧之间，锻造时能够实现每锤零搭接，进而大幅提高半钢轧辊的变形量，实现提升半钢材质钢锭的锻造压实效果的目的，实践证明采用全覆盖式宽平砧辅具进行半钢轧辊的这种新的锻造工艺形式是成功的。
32.(2)第三火次和第四火次中，采用全覆盖式宽平砧辅具进行拔方倒八角规圆，单道次压下量为30％-35％，远大于传统柱面砧的压下量10-15％，本发明提供的半钢轧辊锻造方法，彻底改变了现有技术中的半钢辊采用小压下量进行变形锻造的思维。
33.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
34.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
35.图1为镦粗漏盘和镦粗盖板的结构示意图；
36.图2为半钢轧辊示意图；
37.图3为全覆盖式宽平砧辅具的整体结构示意图；
38.图4为全覆盖式宽平砧辅具的上平砧结构图；
39.图5为利用有限元模拟半钢轧辊的心部的等效应变云图；
40.图6本发明制备得到的半钢轧辊的实物图；
41.图7为精整后的半钢轧辊实物图；
42.图8为实施例1生产的连轧机支撑辊的超声波探伤检测结果；
43.图9为实施例2生产的连轧机支撑辊的超声波探伤检测结果。
44.附图标记：
45.1-镦粗盖板；2-坯料；3-镦粗漏盘；4-上平砧；5-下平砧。
具体实施方式
46.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
47.本发明提供了一种半钢轧辊的锻造工装，包括全覆盖式宽平砧辅具，如图3和图4所示，全覆盖式宽平砧辅具包括尺寸相同的上平砧4和下平砧5；且完全覆盖置于上平砧4与下平砧5之间的坯料2；
48.具体地，本发明提供全覆盖式宽平砧辅具能够将坯料2全覆盖在上平砧4和下平砧5之间，锻造时能够实现每锤零搭接，进而大幅提高半钢轧辊的变形量，实现提升半钢材质钢锭的锻造压实效果的目的。
49.为了保证辅料能够完全被覆盖在上平砧4与下平砧5之间，本发明的上平砧4和下平砧5的长度为3000-5000mm；上平砧4和下平砧5的宽度为1500-2000mm；上平砧4和下平砧5的高度为200-300mm。
50.现有的锻造工装采用柱面砧，柱面砧的尺寸为100
°
v型砧；采用该柱面砧进行坯料2锻造时，部分坯料2暴露在上砧与下砧外，且柱面砧需要进行多锤搭接，而在每锤搭接过程中，坯料2拉应力增大，容易出现裂纹，导致半钢材质质量差。利用上述的工装生产的锻造半钢轧辊，锻造过程不再有因严重开裂的报废品，同时后序的产品探伤合格率为100％。
51.本发明提供了一种用于半钢轧辊的锻造方法，如本发明的图3所示，具体包括以下步骤：
52.步骤1、第一火次：使用上平砧4、下v砧倒棱拔长锻件至φ1000
±
10mm，压钳口φ600
±
10mm；坯料2拔长后压钳口，并去锭底；其中，采用气割钳把端面至平齐，钳把尽可能长，去锭底；
53.步骤2、第二火次：根据钳口尺寸选择合适的镦粗漏盘3、镦粗盖板1(如图1所示)，使用镦粗漏盘3、镦粗盖板1镦粗至h＝1400mm～φ1390mm；镦粗比为1.5-2.0。
54.本发明通过采用镦粗漏盘3和镦粗盖板1以及将镦粗比控制在1.5-2范围内，能够充分破坏铸态组织；尤其对于轴类锻件，镦粗后还能够提高下个拔长工序的拔长比。
55.步骤3、第三火次：使用全覆盖式上下宽平砧辅具拔方至
□
930mm～l＝2410mm，倒八角，压下量为100-150mm；此火次拔方共8-9道次，每道次翻转90
°
，前5-6道次拔方的道次压下量为坯料2高度的30％-35％，后3-4道次拔方的道次压下量根据工艺尺寸确定。
56.步骤4、第四火次：继续采用全覆盖式宽平砧拔方至
□
750mm(即拔方至750mm
×
750mm)，倒角规圆至φ930mm；其中，前4道次为主变形道次，每道次压下量为坯料2高度的30％-35％，从第5道次开始规圆，规圆至φ930mm。
57.步骤5、第五火次：whf法(即宽砧强力压下锻造法)拔长两端辊颈，下料出成品，成品即半钢轧辊，如图2所示。
58.与现有技术相比，本发明制备的半钢轧辊心部压实效果好，满足用户要求的半钢辊探伤标准《锻造钢性铸铁轧辊技术条件》，探伤报告显示无记录缺陷；同时按照更高标准
jb/t 4120-2006来探伤(一般用于锻钢支承辊的探伤，要求更高)，也是探伤合格的。
59.在上述步骤1中，使用上平砧4、下v砧倒棱拔长锻件的好处是：预拔长能够打碎表面铸态组织，避免下火次镦粗开裂；压钳口方便下一火次镦粗。
60.在上述步骤3中，第三火次时，将拔方道次控制为8-9道次以及前5-6道次的压下量为30％-35％的目的是确保能能够充分压实铸件心部缺陷。
61.需要强调的是，在现有技术中的坯料2锻造过程中，部分坯料2暴露在上砧与下砧外，需要进行多锤搭接，而在每锤搭接过程中，坯料2拉应力增大，容易出现裂纹，导致半钢材质质量差。
62.本发明在上述步骤3中，采用的全覆盖式宽平砧辅具进行锻造，通过该全覆盖式宽平砧辅具能够在锻造过程中实现每锤零搭接，同时在此基础上可以大幅提高半钢材质道次变形量，进而提升了半钢材质钢锭的锻造压实效果。
63.在上述步骤4的第四火次中，第四火次包括多道次拔方处理，前4道次为拔方道次，从第5道次开始倒角和规圆，倒角和规圆的道次为20-32道次，具体以达到目标尺寸为准。
64.在上述步骤4中，本发明继续采用全覆盖式宽平砧拔方至
□
750mm，其中，前4道次为主变形道次，每道次压下量为坯料2高度的30％-35％，将压下量控制在30％-35％是因为：压下量越大，对心部的压实效果越好，全覆盖式宽平砧的特点是可以达到30％-35％的道次压下量。根据数值模拟结果以及现场产品探伤情况，该压下量可以充分压实心部缺陷，最终得到合格的产品。
65.在上述步骤3和步骤4中，拔方倒八角规圆均采用上述全覆盖式宽平砧辅具进行生产，单道次压下量高达30％-35％，远大于传统柱面砧的压下量(10-15％)。与现有技术相比，采用本发明提供的方法进行锻造生产，彻底改变了以往半钢辊小压下量变形锻造思维，利用全覆盖式宽平砧辅具特点，在锻造附具每锤零搭接基础上大幅提高半钢材质变形量，提升了半钢材质钢锭的锻造压实效果。
66.在上述步骤5中，砧宽比(是指采用宽砧强力压下锻造法时，其砧子宽度b与坯料2高度h的比值)达到0.68-0.77，每道次压下率(指压下量与坯料2高度的比值)应大于20％。其中，将砧宽比控制在上述范围有利于锻件心部缺陷的压实；另外，将压下量控制在大于20％能够保证锻件心部等效应变更大，同样有利于锻件心部缺陷的压实。
67.在上述步骤5中，压下量为坯料2高度28-30％，翻转按0
°‑
90
°‑
45
°‑
90
°
重复多次。也就是说，翻转按0
°‑
90
°‑
45
°‑
90
°
次序循环重复多次，直至坯料成为圆柱形。严格重复多次工艺水口端下料量，保证成品尺寸满足锻件要求，确保冒口端弃料切除量。
68.本发明对半钢轧辊的制备方法进行了有限元模拟，模拟过程完全按照上述工艺过程进行按照工艺压下量和翻转角度以及目标尺寸进行压下。图5为有限元模拟等效应变分布云图，半钢轧辊的辊身心部等效应变值达9，辊颈心部等效应变值达15，远大于文献资料中介绍的锻透所需应变值，而传统柱面砧拔长等效应变值应在2-3之间，证明采用本发明提供的锻造方法是成功的。
69.需要说明的是，上述步骤1至步骤5中，锻件的尺寸通过水压机电脑程序进行控制，每个操作阶段都通过给出压下终点来控制坯料2尺寸。
70.实施例1
71.本实施例采用上述提供的一种半钢轧辊的锻造工装，其中，上平砧4和下平砧5的
长度为4000mm；上平砧4和下平砧5的宽度为1800mm；上平砧4和下平砧5的高度为300mm。
72.本实施例提供的半钢轧辊的锻造过程具体如下：
73.步骤1、第一火次：使用上平砧4、下v砧倒棱拔长锻件至φ990mm，压钳口φ600mm，压钳口后，并去锭底；
74.步骤2、第二火次：使用镦粗漏盘3、镦粗盖板1镦粗锻件至h＝1400mm～φ1390mm；镦粗比为1.7。
75.步骤3、第三火次：采用全覆盖式宽平砧辅具拔方锻件；使用全覆盖式上下宽平砧辅具拔方至
□
930mm～l＝2410mm，倒八角，压下量为120mm；第三火次拔方共包括9道次，每道次翻转90
°
；前5道次的道次压下量为30-35％；6-9道次的压下量根据工艺尺寸确定。
76.步骤4、第四火次：继续采用全覆盖式宽平砧拔方至
□
740mm，倒角规圆至φ930mm。在前4道次中，每道次压下量为坯料2高度的31-33％；从第5道次开始规圆，规圆次数约27道次，规圆至φ930mm。
77.步骤5、第五火次：采用whf法拔长锻件两端辊颈，下料出成品。whf法拔长锻件两端辊颈时，拔长时的砧宽比为0.75，压下量为坯料2高度30％；翻转按0
°‑
90
°‑
45
°‑
90
°
重复多次，直至坯料成为圆柱形，制备得到半钢轧辊。
78.图6为本实施例制备得到的半钢轧辊的实物图，图7为精整后的半钢轧辊实物图；将制备得到的半钢轧辊进行超声波探伤检验，超声波探伤检验结果如图8所示，探伤检验结果显示无记录缺陷，探伤合格。
79.实施例2
80.本实施例采用上述提供的半钢轧辊的锻造工装，其中，上平砧4和下平砧5的长度为4000mm；上平砧4和下平砧5的宽度为1800mm；上平砧4和下平砧5的高度为300mm。
81.本实施例提供的半钢轧辊的锻造过程具体如下：
82.步骤1、第一火次：使用上平砧4、下v砧倒棱拔长锻件至φ990mm，压钳口φ600mm，压钳口后，并去锭底；
83.步骤2、第二火次：使用镦粗漏盘3、镦粗盖板1镦粗锻件至h＝1400mm～φ1390mm；镦粗比为1.7。
84.步骤3、第三火次：采用全覆盖式宽平砧辅具拔方锻件；使用全覆盖式上下宽平砧辅具拔方至
□
930mm～l＝2410mm，倒八角，压下量为120mm；第三火次拔方共包括9道次，每道次翻转90
°
；前5道次的道次压下量为32-35％；6-9道次的压下量根据工艺尺寸确定。
85.步骤4、第四火次：继续采用全覆盖式宽平砧拔方至
□
755mm，倒角规圆至φ930mm；在前4道次中，每道次压下量为坯料2高度的31-34％；从第5道次开始规圆，规圆次数约31道次，规圆至φ930mm。
86.步骤5、第五火次：采用whf法拔长锻件两端辊颈，下料出成品。whf法拔长锻件两端辊颈时，拔长时的砧宽比为0.75，压下量为坯料2高度30％；翻转按0
°‑
90
°‑
45
°‑
90
°
重复多次，直至坯料成为圆柱形；制备得到半钢轧辊。
87.本实施例制备得到的半钢轧辊的超声波探伤检验结果如图9所示，探伤报告显示无记录缺陷，探伤合格。
88.对照例1
89.本对照例提供了一种采用柱面v型砧进行压实的方法，包括以下过程：
90.传统柱面砧锻造过程：
91.第1火次：倒棱拔长至φ1000mm，压钳口，切水口端锭身100mm长；
92.第2火次：镦粗至h＝1350mm～φ1390mm；
93.第3火次：采用柱面砧拔长至φ1000mm～l＝2570mm；柱面砧拔长过程中，控制压下量100-200mm，不易太大，避免表面开裂；
94.第4火次：拔长至φ930mm，预拔两端辊颈至φ730mm；
95.第5火次：拔长两端辊颈，精整出成品。
96.对照例为了减小砧与砧搭接处的表面裂纹，同时不得不采取小的压下量(10％-15％)，导致钢锭心部铸态缺陷无法充分改善，屡屡出现探伤不合格的现象。
97.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。