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1、焊管机GCr15钢轧辊热处理新工艺的研究第l2卷第6期1989年11月焊管WELDEDPIPEANDTUBEVoI.12,施6Nov1989e-,-/焊管机GCrl5钢轧辊热处理新工艺的研究马永庆孙俊才刘承仁杨烈宇邓玉成(太连海运学院金属材料】二艺研究所)(太连冶金工具厂)【摘要】分析认为,焊管机GCrl5钢轧辊是以磨损和断裂两种形式失效的.冲击疲劳是导向辊工作面边缘断裂失效的主要原因.采用锻后余热热水淬火加高温回火进行碳化物超细化预处理,可以提高最终热处理后的硬度,抗弯强度和冲击韧性.在此基础上,改进导向辊淬火方法和回火工艺,可进一步提高其抗断裂能力.经奉文推荐的工艺处理的轧辊,较原轧辊使用
2、寿命提高至1.5倍,其中导向辊提高至3倍.【关艟词】焊管机轧辊热处理工艺NEWHEATTREATMENTPR0CESS0lFGCr15SrEELRoLLERSFoRTHEWELDINGPIPEM田【正MaYongqingSunJuneaiLiuChengrenYangLieyuDengYueheng(InstituteofMetalMateriaITechnology.DalianMarineCollege)(DalianMetallurgicalto0kfactory)ABSTRACT:Byanalysizing,wearandfractureantwoformsoffailureofGCr
3、I5steelrollersfortheweldingpipemil1.Theimpactfatigueisallimportantcrackingreaollearangularitgoftheworkingsur-facethequidingroller.Themethodofquenchingintohotwaterafterforgingandtemperinyathi曲temprature,asasuperrefinedcarbideprc-treatment,mayincreasehardness.bendingstrengthandimpacttoughnessofthataft
4、erfinMheattretmeIlt.BasedoRsuper-refinedcarbideioimprovequencngmethodandtemperingprocedureofthequiolingrollercallevermoreincreaseresistancetoitsfracture.Byabovetreatmentprocess,theaverageservicelifeoftherollersmaybeimprovedtoI5timesthanthatof血eoriginalonesinparticular,theservicelifeofthequMmgrollerm
5、aybeincreased3times.KEYWORDS:Weldingpipemill,Roller,Heatffeatmenttechnology1前言直缝焊接钢管的生产是用钢带在高频焊管机上经多道轧辊轧制焊接而成的.依机型不同,每台机组上有不同形状,不同规格的10对至12对轧辊这些轧辊分别称为成型辊,导向辊,挤压辊,定径辊等.轧辊在工作中承受繁重的载荷和复杂的交变应力,并在重负荷下经受强烈的摩擦.同一机组上各种辊在工作中所应受力及磨损情况存在较大差异,失效形式不同,使用寿命亦不一样.成型辊和定径辊主要以磨损形式失效;导向辊工作面边缘受交变冲击应力作用,主要是棱边断裂掉块,使用寿命仅是整套
6、辊的三分之一;焊接挤压辊在交变应力和热效应作用下受强烈摩擦,磨损严重,使用寿命仅是整套辊的五分之一.由于机组上部分辊寿命低,增加停机换辊次数,并且,由于导向辊棱边断裂掉块直接影响钢管质量和生产效率.因此,如何提高轧辊使用寿命,特别是导向辊,焊接挤压辊的使用寿命,是直缝焊管生产急待解决的一个问题.自1985年以来,人们通过对生产现场的调研,对整套轧辊中的各种辊的使用工况1989年第6期马永庆等:焊管机GCr钢轧辊处理新工艺的研究29进行了全面分析,分析了各种辊的失效原因,提出在原GCrl5钢制轧辊的基础上,采用碳化物超细化预处理工艺,使最终热处理后提高了硬度和强韧性,并改进导向辊的淬火方法和回火
7、工艺,进一步提高该辊的韧性.焊接挤压辊采用了3CrW8V钢制造,淬,回火之后加离子氮碳共渗以提高耐磨性(该辊本文不予讨论).从而,使各道轧辊的使用性能达到与工况相适宜的程度.大连冶金工具厂采用新工艺所处理的轧辊,应用于鞍钢第一薄板厂,鞍山市钢管厂等十多个厂家,经考核证明,在轧制2英寸钢管时,可轧3500吨以上,而原工艺轧辊只能轧20002500吨,新工艺处理的轧辊使用寿命提高至1.5倍,其中导向辊提高至3倍,达到国内同材质辊的先进水平.圉I轧辊三种典型受力状况2轧辊失效形式一定尺寸时,导向辊才失效报废.在轧制钢管时,轧辊隧钢管前进同时自身转动受力和磨损.根据各道辊受力状况可以大致分成三种类型:
8、成型辊受交变应力作用,导向辊受交变冲击应力作用,挤压辊,定径辊受交变球对称压应力作用(图1).因此,成型辊,挤压辊和定径辊的失效以磨损为主,断裂失效较少;而导向辊工作面边缘经受钢带(钢管坯)缝口强烈冲击与摩擦,在靠近端面附近承受最大的交变冲击应力,裂纹源往往从此处开始.裂纹一旦产生,由于轧制过程中钢管进给,轧辊不断转动,裂纹处将受到每分钟2050次的交变冲击应力作用,裂纹扩展并最后从工作面棱边断裂.断裂块掉下之后,断面两侧受力增大,又产生次生裂纹并断裂掉块.导向辊棱边部位淬硬层越深,脆性区越大,其断裂块越大.如果改变端面径向硬度分布,使之呈下降梯度分布,就可以改变断裂扩展方向,使断裂块减小.事
9、实上,较小的断裂缺口对轧制钢管的质量影响很小,只有断裂块超过对失效辊分析还表明,当轧辊回火不充分时,在强烈应力下摩擦会诱发残余奥氏体分解,造成应力迭加,或者因碳化物网状严重,也会使韧性降低产生裂纹掉块.对轧辊使用失效后的废旧辊统计表明,磨损失效的占总数的75%,断裂失效的占25%,其中导向辊主要是断裂失效,占导向辊失效的65%以上.依据上述分析并结合生产工艺过程,我们确定把原来的球化退火改为锻造后趁余热淬人热水中,然后加高温回火,进行碳化物超细化预处理.在最终热处理时尽量采用下限温度淬火,得到隐针状或细针状马氏体,再通过充分的低温回火,以获得高硬度下良好的强韧性.导向辊除进行碳化物超细化预处理
10、外,在最终热处理淬火时,用夹具盖住端面进行预冷,然后淬人油中,改善边缘部位的硬度分布,并适当提高回火温度,使韧性进一步提高.焊管第l2卷总第44期3碳化物超细化预处理厦其对组织性能的影响3.1碳化橱超细化预处理工艺GCrl5钢碳化物超细化处理是采用高温加热使碳完全固溶于奥氏体后冷却得到非平衡组织,再进行高温回火析出呈弥散分布的极细碳化物.以往的研究,有的采用高温加热后400等温淬火成上贝氏体,然后高温回火;有的采用高温加热后250等温淬火成下贝氏体,然后高温回火的预处理工艺.上述两种工艺可以得到良好的超细化效果,但是,均需要高温加热和等温淬火设备,工艺比较复杂也有的采用锻后趁余热淬人沸水中得到
11、马氏体组织,再进行高温回火的方法,成功地用于轴承件等处理上.但是,对于大型件很难避免淬火开裂现象.为了防止大型轧辊预处理淬火开裂,我们采用锻造后趁余热淬入热水或沸水中,使工件冷却至200300(以目测)提出水面空冷,心部热量可使表面温度回升至400500,然后,进行高温回火.由于工件淬火后温度回升产生自身回火效果,其表面层组织为回火马氏体,屈氏体和部分贝氏体组织(图2).这种组织可以完全避免大型轧辊淬火开裂现象.由于采用轧辊自身回火方法可避免淬火开裂,冷却介质的水温可以放宽到6o100,缩短了水的加热时间和工件冷却时间.对于直径250mm,厚度80ram的导向辊锻坯在不同温度水中冷却效果实验结
12、果列于表1.可见,水温低于85,冷却时间缩短一倍以上.图2锻后余热热水淬火组织x400热水淬火之后,把轧辊锻坯装人电阻炉内,加热至7ae0760回火6小时.回火后硬度为HB219233(见表1),可以方便地进行机械加工.扫描电镜观察表明,该工艺处理后,碳化物平均尺寸由球化退火的15/am减小到0.55pro以下,达到了碳化物超细化的目的(图3a,b).本温冷却时间表面回升温度76o,e6小时回火硬度476030s550HB219233607545s500HB21933758555s500HB21985952min15s500HB2151002rain3o60OH82IH333.2碳化物超细化对淬火,回火组织和性能的影响由于碳化物超细化及锻后淬火形成的马氏体和贝氏体均增加大角度晶界的数量和区域,重新加热时,使奥氏体形棱率增加,可以获得极细的奥氏体晶粒.820850C之间的温度下淬火,奥氏体晶粒度均在11级以上,淬火组织均为隐针马氏体加碳化物和残余奥氏体.图4a,b分别是碳化物超细化预处理