MC5D辊坯锻造技术研究

黄凤泽 王 哲

(石钢京诚装备技术有限公司，辽宁115000)

1 工作辊主要技术参数

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical compositions requirement(mass fraction,%)

2 工艺技术分析

MC5D工作辊属于高碳过共析钢，该钢在电渣重熔凝固中，遵循相律和选分结晶的规律，高熔点的碳化物先形核结晶，形成碳与合金元素富集区，在后期锻造变形中被拉长，形成碳与合金元素贫化带和富化带交替分布的带状组织，在带状组织附近还存在与基体有很大不同的一次碳化物(液析)。在后续不合理的加热、锻造及冷却条件下，最终形成严重的碳化物、碳化带状及网状碳化组织。这种不良组织在最终热处理时易造成淬火裂纹，严重影响产品使用寿命。

3 技术措施研究

高温扩散是改善钢中偏析、消除液析碳化物的重要措施。高温扩散即通过高温长时间保温，一方面通过偏析元素充分扩散，改善钢内原始偏析程度，另一方面溶解或消除液析碳化物。关于高温扩散存在两种不同的方式，一种是锭加热扩散，另一种是中间过程坯加热扩散。通过文献资料及实践验证，中间过程坯扩散不论从经济效益方面还是从质量方面效果都更佳，原因有两点：(1)通过预先的镦粗及拔长，将钢中大块状液析碳化物打碎，使其分布为小块状，在后期高温扩散中，更加易于溶解。同时，通过预先的变形压实，钢中组织更加致密。再进行高温扩散易于原子扩散，从而大幅度减少高温扩散时间。(2)采取中间过程坯扩散，坯料有效截面远小于原始锭的截面，大幅度减少加热扩散时间。

采用中间坯高温扩散具备一定优势，但由于中间坯扩散为成形火次，加热温度高，保温时间长，必须预留合理的锻造比，否则严重影响产品最终晶粒度。锻造比一般选择在1.8～2.0之间。

对于高温扩散时间，每类钢随着C含量及合金不同，同时每个厂的电渣锭偏析程度不一样，扩散时间均不等，根据实践检验情况，按照3 h100 mm控制扩散时间，能达到良好效果。

对于高温扩散温度，一般采取低于固相线下150～200℃的温度，MC5D钢固相线为1332℃，考虑料温比炉温低30℃，最初我公司按照1180～1200℃进行高温扩散，但实际液析碳化物不理想。后经实际验证按照1220～1240℃进行高温扩散，再将炉温降低至1180～1200℃保温1 h～2 h，液析碳化得到有效改善，同时避免了过热问题。

辊坯为台阶轴类锻件，成形过程中由于先后顺序影响，先成形部位终锻温度下的二次碳化物析出严重，往往出现带状及网状超标问题。为避免该问题，坯料各部位尽可能采取均匀温度下成形，对此我公司采取了下列控制措施：(1)辊坯成形前各台阶部位直径方向预留30 mm余量，锻造温度控制在900℃左右，再从一端顺序滚圆精整出成品。此作用是控制各台阶段成形温度均匀，打碎已析出的二次碳化物。(2)预先留30 mm余量，成形变形量约10%。此时表面温度低，坯料心部温度高，精整过程中，心部将获得较大变形量，可有效控制产品晶粒度。(3)锻造后采取先水冷再鼓风雾冷方式，减少二次碳化物析出。

4 锻造过程实施

4.1 工艺路线

工艺路线为电渣锭→加热→锻造→锻造鼓风雾冷→球化退火，锻造尺寸图见图1。

4.2 锻造工艺

4.2.1 工艺主要参数

采用6 t电渣锭生产，坯料直径∅730 mm；锻造比大于4以上；锻造温度控制1220～900℃，成形精整温度850℃。

4.2.2 过程变形

(1)第一火次锻造：镦粗至直径D≈1000 mm，采用上下平砧，拔长至扁方650 mm×540 mm。拔长采用WHF法压实，压下量控制在20%，保证在高温状态下快速压实4道次。后期随着温度不断降低，逐步缩减压下量。

(2)第二火次锻造：采用上下平砧，拔长至方500 mm×500 mm，滚圆至∅500 mm；拔长分料，整体拔长辊身及两端辊颈至成品尺寸+30 mm；拔长锻件至成品尺寸，先压辊身，再压两端轴颈。该火次采取高温扩散，加热温度1230℃，保温时间16 h。

(3)锻后水冷3 min，鼓风雾冷至辊身400～450℃。

4.3 锻后热处理

锻后热处理见图2。

5 检验结果

该套工艺方案对24支辊坯进行了检验，高倍组织、低倍组织检验结果见表2、表3，UT检验合格率100%。

图1 锻造尺寸图Figure 1 Schematic drawing of forging dimensions

图2 锻后热处理Figure 2 Heat treatment after forging

表2 高倍组织检验结果Table 2 Test results of microscopic structure

表3 低倍组织检验结果Table 3 Test results of macroscopic structure

6 结论

(1)该辊坯整体工艺设计，满足高质量辊坯制造需求。

(2)采取中间过程坯高温扩散，能有效降低扩散时间，降低生产成本。

(3)通过终锻前温度控制及余量小变形量，锻造后采取水冷加鼓雾冷却，能有效解决二次碳化物析出。