一種大型矯直輥加工方法與流程

本發明涉及矯直輥加工技術領域，更具體地說，涉及一種大型矯直輥加工方法。

背景技術：

矯直機是對型材、棒材進行矯直加工的機械設備，其矯直輥是關鍵部件。對于大型矯直輥而言，其直徑較大，外表面要求有較高的硬度，心部需要保持較好的韌性，因此，如何進行矯直輥的熱處理，成為生產加工時的關鍵技術。

對于目前的矯直輥而言，無論輥徑大小，為了提高其綜合性能，需要進行整體淬火。對于不同的材料及矯直輥的具體應用，會適當的選用水淬或油淬。對于油淬，不適于表面硬度要求較高的矯直輥；對于水淬，由于其冷卻過于激烈，對于一些材料很容易開裂。但目前無論使用哪種整體淬火方式，都存在端面或者整體開裂的問題，特別是在磨削階段，表面會存在環狀裂紋，該裂紋通過磨削也難以消除，只能進行表面修復。而對于開裂較為嚴重的工件，直接報廢，導致產品合格率極低。

進過探索分析發現，如果要有較好的性能，矯直輥內孔和端面不能進行直接淬火，特別是在內孔和端面的連接處，一旦接觸到淬火介質，便會在連接處形成集中應力，后期時效處理時，很容易開裂。因此，問題的關鍵在于如何對矯直輥的內孔和端面進行淬火保護。

經過檢索發現，現有技術中中存在相關的解決方案，如專利申請號：ZL 200610106957.X，授權公告日：2009年7月8日，該專利方案公開了一種9Gr2Mo矯直輥的雙液淬火工藝方法，其通過在矯直輥內孔與工裝的間隙處填充黃土來防止淬火介質進入內孔內，并用壓板把端面和內孔蓋住，先利用水淬快速冷卻，防止奧氏體分解，然后再在油浴中進行淬火，減小淬火變形，防止開裂。

這種在矯直輥內孔填充其他物質以防止介質進入的方法在目前已較為常用，對于防止變形和開裂具有一定的效果。但在回火時內部填充物會影響回火溫度，需要在回火前把填充物去除，工序繁瑣。但如果不添加填充物，又難以有效避免淬火介質對淬火效果的影響，導致加工工序與加工效果相矛盾。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服現有技術中矯直輥在經過淬火后易出現裂紋的不足，提供了一種大型矯直輥加工方法，本發明在預熱后進行排氣處理，使輥身中心孔內產生負壓，淬火介質無法進入端面和中心孔中，淬火后輥身外部硬度高，內部韌性好，有效的避免了裂紋的產生。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本實施例的一種大型矯直輥加工方法，使用9Cr2Mo材質經過鍛造加工、鍛后調質處理、初加工、最終熱處理、精加工后得到成品；其中，在最終熱處理過程中利用淬火工裝進行淬火保護，先預熱到580～650℃，然后通過淬火工裝進行排氣處理后繼續加熱，最后進行淬火處理。

進一步地，鍛造加工時的始鍛溫度為1000～1080℃，終鍛溫度為800～860℃，鍛造后冷卻至720～760℃后油冷至180～220℃，然后轉入680～700℃回火。

進一步地，其最終熱處理的具體過程為：

1)把機加工成型后的輥身套入淬火工裝的吊桿，在輥身上端設置上壓板和脹氣圈，并在相鄰兩部件間填充高溫棉，通過壓緊螺母把輥身的兩端密封；在吊桿上端安裝吊鉤，把輥身吊入加熱爐；

2)隨爐升溫至580～650℃，保溫1～3小時；

3)把輥身吊出，旋松壓緊螺母進行排氣，然后擰緊壓緊螺母，將輥身吊入加熱爐繼續加熱；其排氣過程為：

a、把輥身吊出后，旋松壓緊螺母；

b、緩慢轉動上壓板，中心孔內高壓氣體排出；

c、再次旋緊壓緊螺母，然后把輥身吊入加熱爐內繼續加熱；

4)加熱至860～980℃，保溫3～5小時，然后吊出輥身進行淬火處理；

5)步驟4)的淬火完成后進行2～3次回火處理。

進一步地，所述淬火工裝的吊桿下端連接有擋板，吊桿上套裝有下壓板，使用時，下壓板的兩側均填充有高溫棉；吊桿中上部設置有外螺紋，上壓板和脹氣圈均套裝在吊桿上，壓緊螺母與吊桿螺紋連接，在上壓板和脹氣圈的上下兩側及脹氣圈內腔均填充高溫棉。

進一步地，所述壓緊螺母的側壁開設有卡口，該卡口沿壓緊螺母徑向對稱分布。

進一步地，所述上壓板上設置有拉桿或拉環，用于提起上壓板排氣。

進一步地，步驟3)中的排氣過程在10分鐘內完成。

進一步地，步驟4)中的淬火處理過程為：輥身從加熱爐吊出后放入冷卻水中，2～5分鐘后吊起，在空氣中冷卻2～6分鐘再放入冷卻水中，如此反復3～5次；然后把輥身吊入油液中進行冷卻。

進一步地，步驟4)中進行淬火時，輥身從加熱爐吊出后放入冷卻水中，2～5分鐘后吊起，在空氣中冷卻2～6分鐘再放入冷卻水中，如此反復3～5次；然后把輥身浸入冷卻水中進行冷卻。

3.有益效果

采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明的大型矯直輥加工方法，在鍛造時控制始鍛和終鍛溫度，可以采用三墩三拔鍛打技術，并進行鍛后調質處理，使鋼材內部組織細化，碳化物能夠彌散均勻分布，獲得較好的加工性能；最終熱處理時，在預熱后進行排氣處理，使輥身中心孔內產生負壓，淬火介質無法進入端面和中心孔中，淬火后輥身外部硬度高，內部韌性好，有效的避免了裂紋的產生；

(2)本發明的大型矯直輥加工方法，利用上壓板和脹氣圈配合吊桿進行密封，壓板能夠防止淬火介質進入到輥身端面和中心孔內，從而避免輥身內部的淬硬性；在進行加熱時，先進行預熱，排氣后再進行加熱，能夠進一步提高密封性；因為輥身中心孔內氣體受熱后氣壓增大，排氣后進行密封，那么在進行淬火時，中心孔內部形成負壓，使上壓板和下壓板緊緊貼附在輥身端面，淬火介質無法進入，從而對輥身端面和中心孔形成保護；

(3)本發明的大型矯直輥加工方法，在通過在脹氣圈內填充高溫棉具有更好的密封效果，因為普通密封多是直接在壓板上用螺栓擰緊，而螺紋本身并不具有密封性，淬火介質很容易通過螺紋間的間隙進入到中心孔，而本發明中增加了脹氣圈和高溫棉，高溫棉能夠填滿螺紋縫隙，從而使淬火介質無法滲入，保證有較好的淬火效果；

(4)本發明的大型矯直輥加工方法，在進行淬火時先把輥身放入冷卻水中再提起，經過多次反復操作，使輥身表面硬度提高，然后在進行油冷，減少了輥身的淬火變形，有效防止了輥身開裂，保證輥身中心處有較好的韌性；

(5)本發明的大型矯直輥加工方法，淬火后進行多次低溫回火，保溫至少6個小時，用低溫回火將矯直輥的表面硬度調整到規定值，低溫回火越充分，矯直輥內部的韌性越好，抗熱裂能力越高。鉬含量的增加導致淬火后鋼中含有較多的殘余奧氏體，回火后大部分殘余奧氏體又轉變為新馬氏體，這樣就有助于提高軋輥硬度，增強耐磨性并降低磨損面粗糙度。

附圖說明

圖1為本發明的淬火工藝流程圖；

圖2為本發明中淬火工裝的結構示意圖；

圖3為本發明中上壓板設置圓柱桿的結構示意圖。

示意圖中的標號說明：1、擋板；2、下壓板；3、輥身；4、上壓板；5、脹氣圈；6、高溫棉；7、壓緊螺母；8、卡口；9、吊桿。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。

實施例1

本實施例的一種大型矯直輥加工方法，9Cr2Mo矯直輥中所含組分及其重量百分比為：C：0.85％、Si：0.23％、Mn：0.28％、Cr：2.1％、Mo：0.40％、P≤0.02、S≤0.02，其余為鐵和不可避免雜質。該材質經過鍛造加工、鍛后調質處理、初加工、最終熱處理、精加工后得到成品。其中，鍛造加工時的始鍛溫度為1000～1080℃，終鍛溫度為800～860℃，鍛后調質處理是在鍛造后將毛坯冷卻至720～760℃后油冷至180～220℃，然后轉入680～700℃回火。經過鍛后調質處理使鋼材內部組織細化，碳化物能夠彌散均勻分布，獲得較好的加工性能。該材質經過鍛造和機加工成型后進行熱處理，在熱處理過程中利用淬火工裝進行淬火保護。

結合圖2，本實施例所用到的淬火工裝，包括吊桿9、下壓板2、上壓板4和脹氣圈5，吊桿9下端連接有擋板1，吊桿9上套裝有下壓板2，使用時，下壓板的兩側均填充有高溫棉6，用于密封。吊桿9中上部設置有外螺紋，上壓板4和脹氣圈5均套裝在吊桿9上，把輥身3套裝在吊桿9上，且位于下壓板2與上壓板4之間，壓緊螺母7與吊桿9螺紋連接，通過壓緊螺母7把脹氣圈5和上壓板4壓緊在輥身3上端面，從而形成密封，輥身3的端面和中心孔均被覆蓋，保證矯直輥的端面和中心孔不會被冷卻淬火。為了提高密封性能，在上壓板4和脹氣圈5的上下兩側及脹氣圈5內腔均填充高溫棉6，即在輥身3上端面與上壓板4之間、上壓板4與脹氣圈5之間、脹氣圈5與壓緊螺母7之間均填充高溫棉6，并在脹氣圈5內部填充高溫棉6。

普通壓裝裝置多是直接在輥身上端面上固定壓板，那么淬火介質很容易通過螺紋滲入中心孔內，填充高溫棉6后，保證了密封效果。吊桿9上端設置有內螺紋，用于連接吊鉤。如果把吊鉤與吊桿設置為一體結構，那么只能從吊桿9下端套裝輥身3，不利于后續排氣操作。

借助該淬火工裝，對矯直輥的淬火處理工藝為：

1)把輥身3套入吊桿9，在輥身3上端設置上壓板4和脹氣圈5，并在相鄰兩部件間填充高溫棉6，通過壓緊螺母7把輥身3的兩端密封；在吊桿9上端安裝吊鉤，把輥身3放入加熱爐；

套入輥身3后，先在下壓板2兩側填充好高溫棉，然后再在吊桿9上端靠近輥身3上端面處纏繞高溫棉，在把上壓板4繞高溫棉纏繞方向旋下，在上壓板4與輥身3上端面之間鋪設高溫棉；隨后把脹氣圈5繞高溫棉纏繞方向旋下，在脹氣圈5與上壓板4之間鋪設高溫棉；最后旋入壓緊螺母7，壓緊螺母7與吊桿9的外螺紋之間沒有高溫棉，但在壓緊螺母7與壓緊螺母7之間鋪設高溫棉6。

2)隨爐升溫至580～650℃，保溫1～3小時；

先對輥身3加熱到580～650℃進行預熱，由于輥身3的材質和大小不同，因此溫度設定不同，一般輥徑越小，加熱越快，預熱溫度越低，保溫時間也就越短，保溫的主要目的是確保中心孔溫度也足夠高，中心孔內空氣因膨脹會有壓力。

3)把輥身3吊出，旋松壓緊螺母7進行排氣，然后擰緊壓緊螺母7，將輥身3吊入加熱爐繼續加熱；

其排氣過程操作如下：

a、把輥身3吊出后，旋松壓緊螺母7；

b、緩慢轉動上壓板4，轉動角度小于90°，中心孔內高壓氣體排出；

c、再次旋緊壓緊螺母7，然后把輥身3吊入加熱爐內繼續加熱。

整個排氣過程控制在10分鐘內完成，避免輥身3過度降溫開始硬化。輥身3回爐后繼續加熱至淬火溫度，具體溫度可根據實際需要進行設定。由于在加熱和淬火時，輥身與壓板及吊桿的膨脹、收縮率不同，容易導致介質進入，而脹氣圈5自身的彈性能夠對形變進行補償，從而保證整個過程中心孔處于密封狀態。

4)加熱至860～980℃，保溫3～5小時吊出輥身3后進行淬火處理；

具體的淬火方式可根據實際需要的硬度進行調整，沒有具體的限制。為了達到較好的硬度和韌性，可采用水、油雙淬方式進行淬火處理。具體地，把輥身3從加熱爐吊出后放入冷卻水中，表面溫度降低，2～5分鐘后吊起；內部溫度向外傳遞，在空氣中冷卻2～6分鐘再放入冷卻水中，如此反復3～5次；輥身3外部獲得較高的硬度，然后把輥身3吊入油液中進行完全冷卻。

需要說明的是，還可在輥身3從加熱爐吊出后在輥身的兩端間歇噴水處理，噴水時間為1～2分鐘，溫度恢復后再次噴水，噴水2～3次，然后在進行后續處理，即把輥身3放入冷卻水中，表面溫度降低，2～5分鐘后吊起；在空氣中冷卻2～6分鐘再放入冷卻水中，如此反復3～5次后放入油液中冷卻。

經過淬火處理后，輥身3外部硬度達到可達HRC58～65，中部硬度約為HRC33～38，中心孔內壁處硬度約為HRC23～35，可看出硬度由外向內逐漸降低。其中水淬目的主要是提高表面硬度，經過油淬后輥身內部硬度也得到提高。由于中心孔被密封，截面中心處接近緩冷，能夠保持較好的韌性。

5)淬火后進行2～3次回火處理。

回火過程為：在180～200℃進行回火，保溫9～12小時；然后進行兩次溫度180～190℃、保溫6～8小時的低溫回火。

通過回火處理，使內部應力得到均衡，回火處理后，輥身3外部硬度達到可達HRC56～62，中部組織硬度約為HRC30～35，中心孔內壁處硬度約為HBC210～240。雖然硬度變化不大，但較好的消除了應力集中現象，避免裂紋的產生。在回火過程中，主要是使輥身內部應力消除，可以不對中心孔進行密封。

實施例2

本實施例中控制上壓板4、下壓板2與吊桿9之間的半徑差為1～5mm，有助于高溫棉的密封填充，如果間隙過大，高溫棉難以填充緊實，密封效果不理想。本實施例中選取半徑差為2mm。下壓板2和上壓板4的直徑不小于輥身3端面直徑的0.8倍，以便能夠對輥身的端面形成保護。

實施例3

本實施例中壓緊螺母7的側壁開設有卡口8，該卡口8沿壓緊螺母7徑向對稱分布。在對輥身3加熱后，工人無法靠近，因此可借助卡鉗卡住卡口8，從而旋轉壓緊螺母7。因此，在排氣過程的步驟a和步驟c中，可以用卡鉗或其他裝置卡入卡口8，從而旋轉松開壓緊螺母7。還可以設置其他結構來輔助壓緊螺母7的旋轉，例如凸出卡塊、卡槽等，沒有具體限制。

實施例4

本實施例中在上壓板4上設置拉桿，如圖3所示，該拉桿為圓柱桿，徑向對稱設置在上壓板4上表面，用于提起上壓板4排氣。步驟b中可以用鋼管套住圓柱桿，然后進行旋轉。

此外，步驟4)中進行淬火時，輥身3從加熱爐吊出后放入冷卻水中，2～5分鐘后吊起，在空氣中冷卻2～6分鐘再放入冷卻水中，如此反復3～5次；然后把輥身3浸入冷卻水中進行冷卻。

采用普通工裝進行淬火處理時，雖然內部填充有固體填充物，但難以防止淬火介質從壓板下或者是從螺紋內滲入，所以中心孔與端面接觸處多會接觸到淬火介質，而且沒有較好的溫將保護措施，導致中心孔與端面連接處冷卻淬火，形成應力集中，在回火時也很難使應力被消除，于是便導致輥身很容易在該處產生裂紋，甚至直結開裂。

而本發明利用淬火工裝進行淬火處理，一方面，采用脹氣圈配合高溫棉進行密封，對輥身受熱形變進行補償，提高了密封效果；另一方面，工藝上進行排氣處理，中心孔內產生負壓，通過外部壓力來輔助密封，能夠防止介質進入，進一步提高密封效果，保證輥身中心處的韌性，可有效防止應力集中，避免矯直輥開裂。

以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。