回转窑及圆筒混合机大型托辊热处理工艺创新

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回转窑是水泥生产中的主机，俗称水泥工厂的“心脏”；而大型托辊是水泥生产设备回转窑及圆筒混合机的关键零部件，其使用的工矿条件恶劣，承受载荷较大。大托辊只有表面淬火高硬度是不足以满足其他的性能要求，调质处理不仅能够细化晶粒，而且可以提高机械产品零件基体强度，改善其抗冲击能力和抗疲劳强度，因此要求表面具有高硬度的同时基体要有一定的强度，和韧性。某产品大托辊材料为40Cr，轮廓尺寸为φ1400/φ484mm×900mm，重量11412kg，技术要求调质处理，硬度228～269HB，力学性能要求δb≥635MPa、δs≥440 MPa、ψ≥35%、δ5≥10%、AKu≥23J。

1.技术方案

大托辊成形工艺是采用常规油冷却，能够保证其硬度要求，但淬硬层硬度值和性能指标基本偏下限。为了提高大托辊的硬化层深度和力学性能，同时考虑到节能降耗，根据现场实际装炉情况进行分析评审；其次参照《重型机械标准》及《大锻件热处理》等资料作为理论依据，同时根据长期从事热处理工作经验，确定采用非常规的“水空水”新工艺，制定工艺时考虑到大型锻件内部可能存在缺陷的因素，保守确定水冷时间，合理确定空冷时间，从而保证大托辊质量。

成果创新点是采用“水空水”新工艺，增加淬硬层深度，提高力学性能，缩短炉内剩余零件加热时间，同时也缩短了生产周期，达到节能降耗的目的，为分公司提高经济效益。

2.新工艺试验

选用两个工件，分别进行常规油冷却和非常规的“水空水”新工艺试验，并在靠近外圆端面位置切取试环进行机械性能和淬硬层深度检测。

（1）采用原始成形工艺对大托辊进行调质处理，工艺曲线如图1所示。

经检测表面硬度为240～265HBW；切取Φ1400mm×30mm试环，进行淬硬层深度检测见表1和力学性能检测见表2。

（2）采用“水空水”新工艺对大托辊进行调质处理，由于大锻件采用水冷有一定的风险，水冷时间控制不合理，会使发生开裂现象，根据多年调质工作经验，并参照相关资料确定水冷的时间按0.4～0.6s/mm计算，故大托辊水冷时间应为2.5～4min，工艺曲线如图2所示，生产过程如图3所示。

经检测表面硬度为245～265HBW；与油冷件相同位置切取试环，进行淬硬层深度检测见表1，力学性能指标检测见表2。

表1 托辊淬硬层检测结果对比

表2  力学性能检测结果

3.试验结果

由表1、表2可以看出，经过“水空水”新工艺调质的托辊同样硬化层深度其硬度值明显高于常规油冷，这说明其硬化层深于常规油冷的工件；同时经过水空水新工艺调质的托辊性能指标明显优于常规油冷。综上分析，经过水空水新工艺调质的托辊基体强度及韧性等综合机械性能都优于常规油冷。从而使托辊在长期重载运转过程中，抗变形及抗冲击能力有了新的提高，延长托辊的使用寿命。

由此可见：由于大型合金钢锻件同行业都采用常规油冷工艺，所以该创新工艺已达到同行业技术领先水平，为北方重工产品质量的提升提供了重要保证。对新产品的开发制造意义重大。

文/彭更翠，北方重工集团热处理分公司技术质量部。

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