趙麗美，尚賀軍，李玲

1 概述

隨著回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備技術(shù)要求的不斷提升，以及環(huán)保要求的不斷提高，大型輪帶的制作正逐步從原來的鑄造毛坯轉(zhuǎn)為鍛造毛坯。隨著THP10-12000油壓機和RAW2500/1250-16000/3000輾環(huán)機的投用，我公司開始制作越來越多的大型環(huán)形、筒形鍛件產(chǎn)品。近期，我公司承接了某型30Mn5鋼鍛造輪帶產(chǎn)品，通過一系列的努力，產(chǎn)品得以順利交付。

2 某型30Mn5鋼鍛造輪帶的制作過程

輪帶又稱滾圈，其作用是把筒體的全部重力（包括耐火磚、內(nèi)部裝置和物料等的重力）傳遞給托輪，并使筒體能在托輪上平穩(wěn)地回轉(zhuǎn)，因此輪帶要具有足夠的強度、剛度和耐疲勞性能。

2.1 明確技術(shù)要求

某型輪帶產(chǎn)品的交貨尺寸和形狀如圖1所示，其他技術(shù)要求如表1所示。該產(chǎn)品所用材質(zhì)原為德國標準DIN 17205[1]中的GS-30Mn5，該產(chǎn)品原始設(shè)計的制作工藝采用的是鑄造毛坯。目前，隨著大型油壓機和輾環(huán)機等鍛造成形設(shè)備的投入使用以及環(huán)軋技術(shù)水平的不斷提高，我公司已具備了制作直徑16m以內(nèi)、高度3m以內(nèi)的環(huán)形和筒形鍛件的能力。從表1可以看出，客戶對輪帶產(chǎn)品（成品截面尺寸為575mm×837mm）的力學(xué)性能要求較高。為確保大型鍛造輪帶產(chǎn)品的質(zhì)量可以完全滿足客戶的技術(shù)要求，經(jīng)與客戶研究，決定將輪帶由鑄造件改為鍛造件，該產(chǎn)品采用鋼錠加熱→鍛造制坯→環(huán)軋成形→鍛后熱處理→粗車→超聲波檢測（UT）→調(diào)質(zhì)→取樣檢測→精車→終檢→包裝發(fā)貨的工藝流程進行制作。

圖1 某型輪帶產(chǎn)品的尺寸和形狀

2.2 優(yōu)化設(shè)計30Mn5鋼鍛件

該輪帶產(chǎn)品所用GS-30Mn5鋼及其相近的中國標準牌號30Mn2鋼[2]的化學(xué)成分要求如表2所示。從表2可以看出，鍛件用鋼的30Mn2與鑄鋼的GS-30Mn5牌號相比，其碳含量要求一致，30Mn2的硅含量要求更嚴格，且錳含量略高于GS-30Mn5。為滿足客戶對產(chǎn)品的技術(shù)要求，我們針對鋼錠的化學(xué)成分進行了優(yōu)化設(shè)計。

2.2.1 提高碳含量，嚴格控制碳含量要求的范圍

30Mn5鋼本質(zhì)上屬于低合金的普通碳錳鋼，鍛件的主要關(guān)鍵技術(shù)指標（強度和表面硬度）需要有一定的碳含量加以保證。

2.2.2 適當增加硅含量

硅元素主要以固熔強化的方式影響鋼的性能，因此，在技術(shù)要求允許的情況下，適當增加硅含量，有利于大型鍛件滿足強度和硬度要求。

2.2.3 適當增加錳含量，嚴格控制錳含量要求的范圍

錳是碳錳鋼的主要合金強化元素，在客戶技術(shù)要求達標的基礎(chǔ)上，適當提高錳含量要求，有助于滿足大型鍛造輪帶的技術(shù)要求。

2.2.4 嚴格控制磷和硫含量

為了降低大型鍛造輪帶淬火過程中開裂的風(fēng)險，有必要嚴格控制有害元素磷和硫。

表1 某型30Mn5輪帶產(chǎn)品的技術(shù)要求

表2 GS-30Mn5及30Mn2的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)之比），%

2.3 鍛造成形

大型鍛造輪帶采用精煉鋼錠為原料，經(jīng)整體加熱后，先滾圓，再利用剁刀切除水口和冒口，確保足夠的去除量。再經(jīng)鐓粗、沖孔、擴孔，獲得初制坯（如圖2所示），確保制坯過程鍛造比≥4：1。回爐加熱后，利用RAW2500/1250-16000/3000輾環(huán)機環(huán)軋成形。該輾環(huán)機設(shè)備具有軋制能力強、尺寸控制精度高等特點，可確保大型鍛造輪帶在矩形環(huán)軋過程中充分鍛透，成形精準。在矩形環(huán)軋過程中，我們將軋制比λ[3]控制在1.5以上，利于大型鍛造輪帶獲得較好的力學(xué)性能。

圖2 大型鍛造30Mn5輪帶初制坯尺寸

2.4 鍛后熱處理

大型鍛造輪帶產(chǎn)品鍛造成形后，待其空冷至室溫進行鍛后正火處理，以消除鍛造應(yīng)力，細化內(nèi)部組織和晶粒，為下一步粗加工和淬火回火處理做好準備，處理工藝如圖3所示。

圖3 大型鍛造輪帶鍛后正火處理工藝

圖4 大型鍛造輪帶調(diào)質(zhì)處理工藝

2.5 調(diào)質(zhì)處理

經(jīng)鍛后處理的大型鍛造輪帶產(chǎn)品，粗車之后進行超聲波檢測，檢測結(jié)果顯示，該產(chǎn)品內(nèi)部缺陷水平完全滿足客戶技術(shù)要求。隨后，該產(chǎn)品轉(zhuǎn)入熱處理工序進行調(diào)質(zhì)處理，工藝曲線如圖4所示。我們選擇水為淬火介質(zhì)，有利于提高其淬透性?；鼗鹜瓿珊?，為避免在工件內(nèi)部形成過大應(yīng)力，同時防止形成回火脆性，回火出爐后采取空冷的方式進行冷卻。

2.6 力學(xué)性能檢測

大型鍛造輪帶本體力學(xué)性能檢測主要包括表面硬度、拉伸性能和沖擊性能檢測。輪帶的使用壽命與表面硬度，特別是與外圓的表面硬度密切相關(guān)。由于輪帶與托輪之間存在相對運動，其主要失效形式之一就是由于接觸應(yīng)力引起的剝落。因此，輪帶表面的硬度均勻性對輪帶的使用壽命有較大影響。

本次制作的大型鍛造輪帶產(chǎn)品，其表面硬度檢測部位為外圓均布四個方向（0°、90°、180°、270°），每個方向沿著軸向依次檢測上、中、下三點，檢測結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，大型鍛造輪帶外圓表面硬度均勻性比較好，硬度最大值為218HB，最小值為201HB，平均值為209HB。

表3 大型鍛造輪帶外圓表面硬度檢測結(jié)果

大型鍛造輪帶本體進行了加高，我們從本體截取了樣環(huán)（如圖5）并從樣環(huán)上每間隔120°進行了取樣檢測，其檢測結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，大型鍛造輪帶本體拉伸性能完全滿足客戶技術(shù)要求，在室溫和-20℃下的沖擊性能也很好，遠高于德國標準DIN 17205中GS-30Mn5鑄鋼件的沖擊性能要求，各不同部位取樣檢測結(jié)果離散性很小，表明大型鍛造輪帶整體力學(xué)性能的均勻性很好。利用便攜式金相顯微鏡對輪帶表面顯微組織進行觀測，顯示鍛造30Mn5鋼輪帶經(jīng)正火和調(diào)質(zhì)處理后，其顯微組織為鐵素體+回火索氏體，組織均勻性很好（如圖6所示）。

表4 大型鍛造輪帶本體取樣檢測結(jié)果

圖5 大型鍛造30Mn5鋼輪帶本體取樣示意圖

圖6 大型鍛造30Mn5鋼輪帶顯微組織（鐵素體+回火索氏體）

3 結(jié)語

以成分優(yōu)化的30Mn5鋼錠為原料，采用環(huán)軋成形的大型鍛造輪帶，經(jīng)880℃正火、860℃水冷淬火和520℃回火處理后，其外圓表面硬度檢測結(jié)果為201～218HB，表面硬度均勻。其本體拉伸性能完全滿足客戶技術(shù)要求，在室溫和-20℃下的沖擊性能遠高于德國標準DIN 17205的技術(shù)要求。