柱钉辊套最终热处理工艺优化

马兆男 白迪 张杨 王猛 周丰

摘 要：我公司柱钉辊套产品开发至今硬度合格率一直很低，其中内壁硬度均匀性差是导致整体合格率低的关键因素，由于受到工装设备的限制，目前工艺方式控制能力较差，需要通过工艺优化来提高内壁硬度均匀性及可控性。

关键词：柱钉辊套[1];工艺优化;内壁硬度均匀性

一、工艺优化背景及重要性

柱钉辊套是水泥辊压机设备的核心部件（以下简称辊套），但产品开发至今硬度合格率一直很低，内壁硬度差是导致合格率低的关键因素。

二、工艺优化难点

我公司生产辊套材质为SRTS2，规格Dφ1800/dφ1200/H1600mm，重量18吨，硬度要求外壁50±2HRC，内壁300±20HB。我公司生产流程为：炼钢→锻造→预备热处理→探伤→粗加工→最终热处理→检测→精加工→检测→上交。现有最终热处理工艺为：将工件在510-560℃炉内透烧预热，再转入≥980℃炉内快速升温，使外壁和内壁形成温差，保温一段时间后出炉喷淬，外壁喷淬得到马氏体淬硬组织;内壁短时喷淬，得到马氏体组织，再利用心部余热返温，使内壁进行自回火，最终再进炉整体回火，一次热处理达到外壁和内壁不同的硬度要求。我公司最终热处理工艺较为特别，与国内普遍采用的工艺有所不同[2]，普遍采用的工艺是先整体调质，油淬将内壁硬度调整至合格范围，再将外壁表面经感应加热至奥氏体化温度以上进行喷淬，使外壁硬度达合格范围。本公司之所以采用较为特别的工藝，原因是油槽淬火能力不足，无法进行油淬且无如此大规格的感应加热设备，无法外壁表面淬火。这种工艺方式有利有弊，利是生产成本低、设备投入少、生产周期短;弊是操作难度大、内壁硬度不均及可控性差（内壁硬度平均水平260-350HB）。

三、工艺优化过程

本次工艺优化的方向是降低操作难度，提高内壁硬度均匀性及可控性。工艺优化采取“实验室+现场”的方式进行。

1、实验室试验：取相同材质试样，加工至尺寸100mm*100mm*100mm标识1#试样。

1.1、1#试样热处理制度：采用随炉升温至920℃保温4小时，出炉空冷至室温，对920℃空冷至100℃过程中每30秒记录温度变化情况。空冷后试样检测硬度和观察组织，再分别进行530℃、540℃和640℃保温4小时回火，回火后再次进行硬度测试和组织观察（硬度结果见表1）。

1.2、试验结论：1）920℃保温4小时空冷后，组织以马氏体为主，硬度均在460HBW以上，该硬度不符合产品硬度要求，即现场生产无法采用内壁空冷方式进行冷却;2）对空冷后试样采用不同温度回火，其中530℃和540℃组织观察残余奥氏体发生分解并析出弥散分布碳化物质点，使其硬度值较空冷后硬度提高，同时也说明其回火稳定性较好，该回火温度适用于现场生产外壁回火温度，但不适用于内壁自回火温度;3）空冷后采用640℃回火，硬度明显降低，得到回火索氏体组织，硬度283-293HBW符合内壁硬度要求，即现场生产内壁自回火温度应控制在该区间。

2、现场试验：试验件辊套规格Dφ1826/dφ1170/H1660mm，重量20吨，热处理制度：低温保持后升温至650±10℃保温5小时，限速升温至920±10℃均温后保温4-6小时出炉喷淬，外壁喷淬按照原有工艺方式进行，内壁由喷水改为喷雾冷却，喷淬后进炉530±10℃回火，出炉进行硬度测试内壁279-321HB，外壁48.0-51.5HRC，基本符合技术要求。

四、结论

结合实验室数据，现场工艺优化从两个方面展开，一是改变淬火加热方式，由原工艺的差温加热改为透烧加热，这样做的目的是减少炉温对工件的影响，有效提高工件温度均匀性;二是改变内壁冷却方式，由喷水冷却改为喷雾冷却，目的是降低瞬时冷却强度，由此带来三个方面的好处，一是由原来的控制工件自回火温来控制硬度，变为控制内壁组织来控制硬度，提高硬度可控性，二是喷雾冷比喷水冷却更均匀，冷却后硬度更均匀，三是内壁在喷淬过程中无水流溢出进一步冷却侧壁，防止侧壁硬度偏高。工艺优化取得成功，按照优化后的工艺参数执行，辊套硬度合格率有了极大提高。

参考文献

[1]杨万彪 一种高压辊压机用柱钉和高压辊压机 [P]. 中国专利： CN211412162U . 2020-09-04

[2]苏春霞，徐相斌 辊压机冷镶柱钉辊套的失效分析《新世纪水泥导报》，2018年01期.