一种大型矫直辊加工方法与流程

本发明涉及矫直辊加工技术领域，更具体地说，涉及一种大型矫直辊加工方法。

背景技术：

矫直机是对型材、棒材进行矫直加工的机械设备，其矫直辊是关键部件。对于大型矫直辊而言，其直径较大，外表面要求有较高的硬度，心部需要保持较好的韧性，因此，如何进行矫直辊的热处理，成为生产加工时的关键技术。

对于目前的矫直辊而言，无论辊径大小，为了提高其综合性能，需要进行整体淬火。对于不同的材料及矫直辊的具体应用，会适当的选用水淬或油淬。对于油淬，不适于表面硬度要求较高的矫直辊；对于水淬，由于其冷却过于激烈，对于一些材料很容易开裂。但目前无论使用哪种整体淬火方式，都存在端面或者整体开裂的问题，特别是在磨削阶段，表面会存在环状裂纹，该裂纹通过磨削也难以消除，只能进行表面修复。而对于开裂较为严重的工件，直接报废，导致产品合格率极低。

进过探索分析发现，如果要有较好的性能，矫直辊内孔和端面不能进行直接淬火，特别是在内孔和端面的连接处，一旦接触到淬火介质，便会在连接处形成集中应力，后期时效处理时，很容易开裂。因此，问题的关键在于如何对矫直辊的内孔和端面进行淬火保护。

经过检索发现，现有技术中中存在相关的解决方案，如专利申请号：ZL 200610106957.X，授权公告日：2009年7月8日，该专利方案公开了一种9Gr2Mo矫直辊的双液淬火工艺方法，其通过在矫直辊内孔与工装的间隙处填充黄土来防止淬火介质进入内孔内，并用压板把端面和内孔盖住，先利用水淬快速冷却，防止奥氏体分解，然后再在油浴中进行淬火，减小淬火变形，防止开裂。

这种在矫直辊内孔填充其他物质以防止介质进入的方法在目前已较为常用，对于防止变形和开裂具有一定的效果。但在回火时内部填充物会影响回火温度，需要在回火前把填充物去除，工序繁琐。但如果不添加填充物，又难以有效避免淬火介质对淬火效果的影响，导致加工工序与加工效果相矛盾。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中矫直辊在经过淬火后易出现裂纹的不足，提供了一种大型矫直辊加工方法，本发明在预热后进行排气处理，使辊身中心孔内产生负压，淬火介质无法进入端面和中心孔中，淬火后辊身外部硬度高，内部韧性好，有效的避免了裂纹的产生。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本实施例的一种大型矫直辊加工方法，使用9Cr2Mo材质经过锻造加工、锻后调质处理、初加工、最终热处理、精加工后得到成品；其中，在最终热处理过程中利用淬火工装进行淬火保护，先预热到580～650℃，然后通过淬火工装进行排气处理后继续加热，最后进行淬火处理。

进一步地，锻造加工时的始锻温度为1000～1080℃，终锻温度为800～860℃，锻造后冷却至720～760℃后油冷至180～220℃，然后转入680～700℃回火。

进一步地，其最终热处理的具体过程为：

1)把机加工成型后的辊身套入淬火工装的吊杆，在辊身上端设置上压板和胀气圈，并在相邻两部件间填充高温棉，通过压紧螺母把辊身的两端密封；在吊杆上端安装吊钩，把辊身吊入加热炉；

2)随炉升温至580～650℃，保温1～3小时；

3)把辊身吊出，旋松压紧螺母进行排气，然后拧紧压紧螺母，将辊身吊入加热炉继续加热；其排气过程为：

a、把辊身吊出后，旋松压紧螺母；

b、缓慢转动上压板，中心孔内高压气体排出；

c、再次旋紧压紧螺母，然后把辊身吊入加热炉内继续加热；

4)加热至860～980℃，保温3～5小时，然后吊出辊身进行淬火处理；

5)步骤4)的淬火完成后进行2～3次回火处理。

进一步地，所述淬火工装的吊杆下端连接有挡板，吊杆上套装有下压板，使用时，下压板的两侧均填充有高温棉；吊杆中上部设置有外螺纹，上压板和胀气圈均套装在吊杆上，压紧螺母与吊杆螺纹连接，在上压板和胀气圈的上下两侧及胀气圈内腔均填充高温棉。

进一步地，所述压紧螺母的侧壁开设有卡口，该卡口沿压紧螺母径向对称分布。

进一步地，所述上压板上设置有拉杆或拉环，用于提起上压板排气。

进一步地，步骤3)中的排气过程在10分钟内完成。

进一步地，步骤4)中的淬火处理过程为：辊身从加热炉吊出后放入冷却水中，2～5分钟后吊起，在空气中冷却2～6分钟再放入冷却水中，如此反复3～5次；然后把辊身吊入油液中进行冷却。

进一步地，步骤4)中进行淬火时，辊身从加热炉吊出后放入冷却水中，2～5分钟后吊起，在空气中冷却2～6分钟再放入冷却水中，如此反复3～5次；然后把辊身浸入冷却水中进行冷却。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的大型矫直辊加工方法，在锻造时控制始锻和终锻温度，可以采用三墩三拔锻打技术，并进行锻后调质处理，使钢材内部组织细化，碳化物能够弥散均匀分布，获得较好的加工性能；最终热处理时，在预热后进行排气处理，使辊身中心孔内产生负压，淬火介质无法进入端面和中心孔中，淬火后辊身外部硬度高，内部韧性好，有效的避免了裂纹的产生；

(2)本发明的大型矫直辊加工方法，利用上压板和胀气圈配合吊杆进行密封，压板能够防止淬火介质进入到辊身端面和中心孔内，从而避免辊身内部的淬硬性；在进行加热时，先进行预热，排气后再进行加热，能够进一步提高密封性；因为辊身中心孔内气体受热后气压增大，排气后进行密封，那么在进行淬火时，中心孔内部形成负压，使上压板和下压板紧紧贴附在辊身端面，淬火介质无法进入，从而对辊身端面和中心孔形成保护；

(3)本发明的大型矫直辊加工方法，在通过在胀气圈内填充高温棉具有更好的密封效果，因为普通密封多是直接在压板上用螺栓拧紧，而螺纹本身并不具有密封性，淬火介质很容易通过螺纹间的间隙进入到中心孔，而本发明中增加了胀气圈和高温棉，高温棉能够填满螺纹缝隙，从而使淬火介质无法渗入，保证有较好的淬火效果；

(4)本发明的大型矫直辊加工方法，在进行淬火时先把辊身放入冷却水中再提起，经过多次反复操作，使辊身表面硬度提高，然后在进行油冷，减少了辊身的淬火变形，有效防止了辊身开裂，保证辊身中心处有较好的韧性；

(5)本发明的大型矫直辊加工方法，淬火后进行多次低温回火，保温至少6个小时，用低温回火将矫直辊的表面硬度调整到规定值，低温回火越充分，矫直辊内部的韧性越好，抗热裂能力越高。钼含量的增加导致淬火后钢中含有较多的残余奥氏体，回火后大部分残余奥氏体又转变为新马氏体，这样就有助于提高轧辊硬度，增强耐磨性并降低磨损面粗糙度。

附图说明

图1为本发明的淬火工艺流程图；

图2为本发明中淬火工装的结构示意图；

图3为本发明中上压板设置圆柱杆的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、挡板；2、下压板；3、辊身；4、上压板；5、胀气圈；6、高温棉；7、压紧螺母；8、卡口；9、吊杆。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种大型矫直辊加工方法，9Cr2Mo矫直辊中所含组分及其重量百分比为：C：0.85％、Si：0.23％、Mn：0.28％、Cr：2.1％、Mo：0.40％、P≤0.02、S≤0.02，其余为铁和不可避免杂质。该材质经过锻造加工、锻后调质处理、初加工、最终热处理、精加工后得到成品。其中，锻造加工时的始锻温度为1000～1080℃，终锻温度为800～860℃，锻后调质处理是在锻造后将毛坯冷却至720～760℃后油冷至180～220℃，然后转入680～700℃回火。经过锻后调质处理使钢材内部组织细化，碳化物能够弥散均匀分布，获得较好的加工性能。该材质经过锻造和机加工成型后进行热处理，在热处理过程中利用淬火工装进行淬火保护。

结合图2，本实施例所用到的淬火工装，包括吊杆9、下压板2、上压板4和胀气圈5，吊杆9下端连接有挡板1，吊杆9上套装有下压板2，使用时，下压板的两侧均填充有高温棉6，用于密封。吊杆9中上部设置有外螺纹，上压板4和胀气圈5均套装在吊杆9上，把辊身3套装在吊杆9上，且位于下压板2与上压板4之间，压紧螺母7与吊杆9螺纹连接，通过压紧螺母7把胀气圈5和上压板4压紧在辊身3上端面，从而形成密封，辊身3的端面和中心孔均被覆盖，保证矫直辊的端面和中心孔不会被冷却淬火。为了提高密封性能，在上压板4和胀气圈5的上下两侧及胀气圈5内腔均填充高温棉6，即在辊身3上端面与上压板4之间、上压板4与胀气圈5之间、胀气圈5与压紧螺母7之间均填充高温棉6，并在胀气圈5内部填充高温棉6。

普通压装装置多是直接在辊身上端面上固定压板，那么淬火介质很容易通过螺纹渗入中心孔内，填充高温棉6后，保证了密封效果。吊杆9上端设置有内螺纹，用于连接吊钩。如果把吊钩与吊杆设置为一体结构，那么只能从吊杆9下端套装辊身3，不利于后续排气操作。

借助该淬火工装，对矫直辊的淬火处理工艺为：

1)把辊身3套入吊杆9，在辊身3上端设置上压板4和胀气圈5，并在相邻两部件间填充高温棉6，通过压紧螺母7把辊身3的两端密封；在吊杆9上端安装吊钩，把辊身3放入加热炉；

套入辊身3后，先在下压板2两侧填充好高温棉，然后再在吊杆9上端靠近辊身3上端面处缠绕高温棉，在把上压板4绕高温棉缠绕方向旋下，在上压板4与辊身3上端面之间铺设高温棉；随后把胀气圈5绕高温棉缠绕方向旋下，在胀气圈5与上压板4之间铺设高温棉；最后旋入压紧螺母7，压紧螺母7与吊杆9的外螺纹之间没有高温棉，但在压紧螺母7与压紧螺母7之间铺设高温棉6。

2)随炉升温至580～650℃，保温1～3小时；

先对辊身3加热到580～650℃进行预热，由于辊身3的材质和大小不同，因此温度设定不同，一般辊径越小，加热越快，预热温度越低，保温时间也就越短，保温的主要目的是确保中心孔温度也足够高，中心孔内空气因膨胀会有压力。

3)把辊身3吊出，旋松压紧螺母7进行排气，然后拧紧压紧螺母7，将辊身3吊入加热炉继续加热；

其排气过程操作如下：

a、把辊身3吊出后，旋松压紧螺母7；

b、缓慢转动上压板4，转动角度小于90°，中心孔内高压气体排出；

c、再次旋紧压紧螺母7，然后把辊身3吊入加热炉内继续加热。

整个排气过程控制在10分钟内完成，避免辊身3过度降温开始硬化。辊身3回炉后继续加热至淬火温度，具体温度可根据实际需要进行设定。由于在加热和淬火时，辊身与压板及吊杆的膨胀、收缩率不同，容易导致介质进入，而胀气圈5自身的弹性能够对形变进行补偿，从而保证整个过程中心孔处于密封状态。

4)加热至860～980℃，保温3～5小时吊出辊身3后进行淬火处理；

具体的淬火方式可根据实际需要的硬度进行调整，没有具体的限制。为了达到较好的硬度和韧性，可采用水、油双淬方式进行淬火处理。具体地，把辊身3从加热炉吊出后放入冷却水中，表面温度降低，2～5分钟后吊起；内部温度向外传递，在空气中冷却2～6分钟再放入冷却水中，如此反复3～5次；辊身3外部获得较高的硬度，然后把辊身3吊入油液中进行完全冷却。

需要说明的是，还可在辊身3从加热炉吊出后在辊身的两端间歇喷水处理，喷水时间为1～2分钟，温度恢复后再次喷水，喷水2～3次，然后在进行后续处理，即把辊身3放入冷却水中，表面温度降低，2～5分钟后吊起；在空气中冷却2～6分钟再放入冷却水中，如此反复3～5次后放入油液中冷却。

经过淬火处理后，辊身3外部硬度达到可达HRC58～65，中部硬度约为HRC33～38，中心孔内壁处硬度约为HRC23～35，可看出硬度由外向内逐渐降低。其中水淬目的主要是提高表面硬度，经过油淬后辊身内部硬度也得到提高。由于中心孔被密封，截面中心处接近缓冷，能够保持较好的韧性。

5)淬火后进行2～3次回火处理。

回火过程为：在180～200℃进行回火，保温9～12小时；然后进行两次温度180～190℃、保温6～8小时的低温回火。

通过回火处理，使内部应力得到均衡，回火处理后，辊身3外部硬度达到可达HRC56～62，中部组织硬度约为HRC30～35，中心孔内壁处硬度约为HBC210～240。虽然硬度变化不大，但较好的消除了应力集中现象，避免裂纹的产生。在回火过程中，主要是使辊身内部应力消除，可以不对中心孔进行密封。

实施例2

本实施例中控制上压板4、下压板2与吊杆9之间的半径差为1～5mm，有助于高温棉的密封填充，如果间隙过大，高温棉难以填充紧实，密封效果不理想。本实施例中选取半径差为2mm。下压板2和上压板4的直径不小于辊身3端面直径的0.8倍，以便能够对辊身的端面形成保护。

实施例3

本实施例中压紧螺母7的侧壁开设有卡口8，该卡口8沿压紧螺母7径向对称分布。在对辊身3加热后，工人无法靠近，因此可借助卡钳卡住卡口8，从而旋转压紧螺母7。因此，在排气过程的步骤a和步骤c中，可以用卡钳或其他装置卡入卡口8，从而旋转松开压紧螺母7。还可以设置其他结构来辅助压紧螺母7的旋转，例如凸出卡块、卡槽等，没有具体限制。

实施例4

本实施例中在上压板4上设置拉杆，如图3所示，该拉杆为圆柱杆，径向对称设置在上压板4上表面，用于提起上压板4排气。步骤b中可以用钢管套住圆柱杆，然后进行旋转。

此外，步骤4)中进行淬火时，辊身3从加热炉吊出后放入冷却水中，2～5分钟后吊起，在空气中冷却2～6分钟再放入冷却水中，如此反复3～5次；然后把辊身3浸入冷却水中进行冷却。

采用普通工装进行淬火处理时，虽然内部填充有固体填充物，但难以防止淬火介质从压板下或者是从螺纹内渗入，所以中心孔与端面接触处多会接触到淬火介质，而且没有较好的温将保护措施，导致中心孔与端面连接处冷却淬火，形成应力集中，在回火时也很难使应力被消除，于是便导致辊身很容易在该处产生裂纹，甚至直结开裂。

而本发明利用淬火工装进行淬火处理，一方面，采用胀气圈配合高温棉进行密封，对辊身受热形变进行补偿，提高了密封效果；另一方面，工艺上进行排气处理，中心孔内产生负压，通过外部压力来辅助密封，能够防止介质进入，进一步提高密封效果，保证辊身中心处的韧性，可有效防止应力集中，避免矫直辊开裂。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。