轮带的构筑成形工艺与轧制工艺制造

银 伟 任秀凤 郑永强 孙明月 赵丽美 徐斌 赵龙哲 李 玲 赵兴明 李 敏 刘兰潇 赵方娜

(1.伊莱特能源装备股份有限公司，山东250217；2.中国科学院金属研究所，辽宁110016)

回转窑是建材、冶金行业的核心和关键设备，轮带是回转窑最重要的大型部件，其作用是把轮窑筒体的全部重力(包括耐火砖、内部装置和物料等的重力)传递给托轮，并使筒体能在托轮上平稳地回转，同时轮带又是加强筒体径向刚度的零件，因此轮带需要具有足够的强度、刚性和耐久性。

轮带锻件工作条件恶劣，日常维护、更换难度大，因此对轮带的强度、硬度均匀性、表面耐磨性提出很高要求。当前市场上大型轮带90%采用铸造工艺生产，铸造轮带在低速、高负荷作用下，轮带基体组织疏松、硬度较低的地方就有压溃、卷边，压陷现象。因铸造缺陷，造成皮下空洞、大面积的疏松、砂眼等，亦会造成轮带表面剥落和压痕。

部分锻造轮带采用大型模铸钢锭作为原材料，传统自由锻工艺成形，钢锭因冷却速度不同，成分偏析、疏松等问题不可避免，影响锻件的性能均匀性。且大型模铸钢锭需要切除20%～35%的材料，材料利用率低。

金属构筑成形工艺借鉴建筑学原理，将多块均质化板坯通过表面加工、清洁处理、堆垛成形和真空封装后，在高温下施以多向锻造为特点的锻焊工艺，充分愈合界面，实现界面与基体完全一致的无痕连接。该技术可用较低的成本实现大尺寸器件的致密化、均质化制备，其核心思想是“化整为零，以小制大”。

轧制工艺(辗环)是国际上公认的近净成形先进制造工艺，适用于环类、盘类、筒体类锻件的成形，与传统自由锻工艺相比，具有节能、高效、材料利用率高的特点，而且轧制后的工件内部组织致密、晶粒细小，流线完整，对于提高工件的强度、耐磨性、疲劳寿命具有非常重要的意义。

公司自2018年以来采用径轴向轧制工艺生产锻造轮带，此次承接的国外轮带锻件应用在万吨水泥回转窑项目。该项目轮带材质为28Mn6，直径达7390 mm，壁厚543 mm，高度1440 mm，锻坯重量超过160 t，如采用传统模铸钢锭制造，钢锭重量超过250 t，钢锭成分偏析、内部缩孔、夹杂等缺陷将对锻件硬度均匀性和使用寿命造成不良影响，而且采用自由锻锻造工艺制造，已达到国内自由锻压机制造极限，难度极大。

1 轮带锻件技术要求

轮带锻件的化学成分、力学性能、超声检测要求见表1、表2和表3。

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table1 Chemical composition requirements(mass fraction,%)

表2 室温力学性能要求Table 2 Mechanical properties requirements at room temperature

表3 超声检测要求Table 3 Ultrasonic test requirements

在轮带锻件0°、90°、180°、270°四个位置检测硬度，每个位置沿锻件高度方向检测三点，测定的硬度值分布不得超过测量平均值的±8%。

2 万吨回转窑锻件主要工艺流程

万吨回转窑锻件主要工艺流程为：板坯热处理→板坯锯切、加工→组坯封焊→钢坯加热、锻造开坯→锻件轧制成形→锻后热处理→粗加工→性能热处理→半精加工→超声检测→取样、理化检测→精加工→磁粉检测→包装发货。

3 轮带锻件检测结果

3.1 化学成分

在锻件本体0°、120°、240°位置各取1个试样进行化学成分检测，检测结果见表4，结果显示锻件各部位成分均匀性较好。

表4 化学成分检测结果(质量分数，%)Table 4 Chemical composition test results(mass fraction,%)

3.2 力学性能

锻件本体0°、120°、240°位置沿周向切取室温拉伸试样共6个，实际检测结果Rp0.2为402～422 MPa，差值20 MPa，Rm为635～649 MPa，差值14 MPa，均满足Rp0.2≥350 MPa，Rm为550～690 MPa的技术要求。

在0°、120°、240°位置沿周向切取室温冲击试样共18个，实际检测结果KV2=122～152 J，差值30 J，满足KV2≥40 J的技术要求。

由图1、2分析结果可见，锻件的室温强度、冲击韧性均远超客户提供的技术条件要求且均匀一致，表明锻件获得了优良的综合力学性能，强韧性匹配良好。

图1 室温拉伸强度检测结果Figure 1 Tensile strength test results at room temperature图2 室温冲击韧性检测结果Figure 2 Test results of impact toughnessat room temperature

3.3 硬度检测

在轮带锻件0°、90°、180°、270°四个位置检测锻件表面硬度，每个位置沿锻件高度方向检测三点，硬度值在156～180HBW之间，满足不超过测量平均值±8%的硬度均匀性要求。

图3 晶粒度检测结果Figure 3 Grain size test results

3.4 超声检测

轮带锻件半精加工后，经客户和第三方检测机构见证，轮带锻件超声检测符合规范要求。

3.5 非金属夹杂物

在锻件本体0°、120°、240°位置取样，按照GB/T 10561—2005对非金属夹杂物含量进行评级，除D类粗系为0.5级外，未发现其他类非金属夹杂物。

3.6 晶粒度

在0°、120°、240°位置取样，按照GB/T 6394—2017对平均晶粒度进行评定，晶粒度均≥7.0级，如图3所示。

4 结语

针对超大型环锻件制造存在的原材料制备和成形难题，采用金属构筑成形+径轴向轧制工艺可以较好的解决此难题。金属构筑成形工艺可以制备出均质化、致密化、低成本的原材料，而采用径轴向轧制工艺，几何尺寸精确、表面质量好，可以实现近净成形，减小锻件余量。两项创新性工艺的结合可提高超大型环锻件产品质量、降低综合生产成本。