一种大型渣罐耳轴的制备方法与流程

1.本发明属于冶金设备制造技术领域，具体涉及一种大型渣罐耳轴的制备方法。


背景技术：

2.大型渣罐耳轴是冶金渣罐的一个重要部件，运行时经常吊运熔融钢渣，安全性能要求极高。目前国内最大的铸钢渣罐容积36m
³
，是宝钢湛江钢铁基地350吨转炉所使用的设备，渣罐重量67吨，每罐渣重57.5吨，合计总重124.5吨，属于超重产品。耳轴是渣罐最重要的部件之一，是渣罐工作过程中的承重部位，耳轴质量对熔渣吊运安全起决定作用，耳轴是不允许有瑕疵的，所以对耳轴的技术要求是非常苛刻的。耳轴内部是不允许有白点、裂纹、缩孔等缺陷，探伤要求jb/t5000.15-2007ⅱ级，力学性能σb≥530mpa、σs≥315mpa、δs≥20%、ψ≥45%。
3.渣罐耳轴一般有冷镶嵌式和热熔铸式两种。大型渣罐生产成本极高，耳轴使用环境恶劣，为保证耳轴互换性，一般大型渣罐耳轴采用镶嵌式，渣罐耳轴孔和耳轴分别加工后一起装配，同时也确保原有的耳轴组织不被破坏，影响耳轴原有的力学性能。
4.参见图1，36m
³
渣灌耳轴1较普通耳轴法兰直径更大，且法兰2处在耳轴的中间位置，锻造时此处的变形量小，因台阶落差大，国内大多数生产厂家制造此类耳轴时采用自制锻模锻造，锻造流程长，需要退火后分料，再重新加热模锻，也导致能耗增加，另外锻后热处理方式采取普通正火+回火工艺，法兰处容易出现疏松，晶粒粗大等缺陷，影响材料的力学性能，不利于渣灌的安全性。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对目前大型渣罐的耳轴制造难度大，且制得的耳轴存在质量缺陷，不利于渣罐的安全性的问题，提供一种大型渣罐耳轴的制备方法，本发明旨在通过一种特殊的锻造方法使耳轴的各部分尺寸接近实物尺寸，提高材料利用率的同时达到一定的锻比，尤其是法兰处的锻比，以及改进热处理工艺，降低耳轴制造成本，同时，保证耳轴法兰处的质量，提高产品合格率及耳轴的安全性。
6.本发明的一种大型渣罐耳轴的制备方法，包括下述步骤：（1）钢锭加热：将钢锭分段加热保温，直至温度升至材料固相线温度以下100-150℃，保温一定时间，使钢锭心部与表面温度一致，且完全奥氏体化；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三拔工艺，镦粗时控制镦粗压下率在35-50%，拔长时前两次控制高径比在2.0-2.5，最后一次，将钢锭拔长至八方坯，八方坯的直径比耳轴法兰直径大50-100mm，然后按耳轴成品尺寸比例采用三角刀将钢锭压印分料，再将各段锭身拔长摔圆至耳轴毛坯尺寸；（3）耳轴毛坯热处理：对耳轴毛坯进行正火+回火，耳轴毛坯出炉正火时，在冷却至法兰处开始变黑时将耳轴入水3-5min，加快法兰处的冷却速度，然后出水，入炉回火；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺
寸。
7.所述钢锭是采用7-9t八角锭，钢锭直径为819mm，锭高为1616mm-2069mm。所述钢锭的材质是35#钢或20crmo或40cr中的任意一种。
8.进一步地，在钢锭加热时，冷锭加热至600-700℃,保温1.5-2.5h，再以≤100℃/h的升温速率升温至800-880℃,保温1.5-2.5h，最后以80-100℃/h的升温速率升温至1230-1250℃，保温3.5-4.5h，使钢锭完全奥氏体化。
9.进一步地，在锻造耳轴毛坯时，三镦三拔工艺具体如下：第一火，先将加热好的钢锭采用镦粗板沿钢锭轴向镦粗至钢锭高度的35-45%；再把钢锭轴向拔长至八方，八方的高径比控制在2.0-2.5，钢锭冒口压钳把，入炉回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第二火，将第一火入炉回烧后的坯料带钳把采用镦粗漏盘和镦粗板沿轴向镦粗至八方坯料高度的35%至40%，再轴向拔长至八方，八方的高径比控制在2.0-2.5，入炉回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第三火，将第二火入炉回烧后的坯料带钳把采用镦粗漏盘和镦粗板沿轴向镦粗至八方坯料高度的40%-50%，冒口向上竖立回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第四火，将第三火入炉回烧后的坯料拔长至八方坯，八方坯的直径比耳轴法兰高度大50-100mm，采用三角刀压印分料，然后各段拔长摔圆至耳轴毛坯尺寸。
10.所述耳轴毛坯热处理，是根据不同钢种，采用相应的正火温度和回火温度进行正火和回火。
11.本发明的工艺参数及工艺原理如下：（1）钢锭加热：将钢锭分段加热保温，直至温度升到材料固相线温度以下100-150℃，保温一定时间，使钢锭心部与表面温度一致，且完全奥氏体化；（2）锻造成耳轴毛坯：先将钢锭镦粗，再拔长至八方，冒口压钳把（方便后续拔长时夹持钢锭）；其次带钳把沿着轴向采用镦粗漏盘镦粗至原坯料高度的35%-45%，镦粗压下率控制在35%-45%，可使锻件中心部位处于三向压应力状态，有利于焊合内部孔洞型缺陷及减少新裂纹产生；再轴向拔长至八方，八方的高径比控制在2.0-2.5，拔长至八方时要控制坯料高径比在2.0-2.5之间，避免高径比过大导致镦粗时坯料扭曲，影响镦粗效果，此工艺可焊合钢锭心部疏松组织，充分打破原钢锭晶粒，时组织更细密，每次镦粗拔长后入炉回烧，并保温一段时间；经过两次镦粗拔长之后的坯料，钢锭原始柱状晶组织已完全破碎，晶粒再结晶，钢锭心部疏松组织已焊合；第三火带钳把沿着轴向采用镦粗漏盘镦粗至八方坯料高度的40%-50%，冒口向上竖立回烧后，第四火，拔长至八方坯，八方坯的直径比耳轴法兰高度大50-100mm，采用三角刀（剁刀）分料，最后各段拔长摔圆至耳轴尺寸，经过如此三镦三拔工艺，耳轴毛坯的锻造比达到9，有效解决了耳轴法兰处疏松的问题，提高了耳轴的力学性能；（3）耳轴热处理：对耳轴进行热处理（正火+回火）过程中，耳轴毛坯出炉正火时，在冷却至法兰处开始变黑时将耳轴入水一定时间，加快法兰处的冷却速度，可有效细化耳轴法兰处的组织，改善魏氏体、晶粒粗大等过热缺陷和带状组织，然后出水，入炉回火，然后机加工，直至耳轴成型。
12.本发明相对现有技术，具有如下优点：1.通过三镦三抜工艺，耳轴毛坯的锻造比可达到9，解决耳轴法兰处组织疏松问
题，提高耳轴力学性能；2.通过增加耳轴毛坯正火风冷时的入水工艺，可以使得耳轴法兰处组织更加细密；3.经本发明方法制得的耳轴成品经探伤检测，检测结果均符合jb/t5000.15-2007ⅱ级标准。
附图说明
13.图1是耳轴成品示意图；图2是耳轴毛坯示意图；图3是本发明的耳轴锻造过程坯料变形示意图。
14.图中：1—耳轴，2—法兰，3—耳轴毛坯。
具体实施方式
15.下面结合具体实施例对本发明的大型渣罐耳轴的制备方法作进一步的详细说明。
16.实施例1本实施例以生产36m
³
渣灌耳轴为例，来详细解释本发明，本实施例采用的钢锭材质为35#钢，耳轴毛坯3参见图2，具体实施过程如下（参见图3）：（1）钢锭加热：采用8t八角锭，直径819mm，锭高1841mm，先将退火后的冷锭加热到650℃,保温2h，以100℃/h的升温速率升温至850℃,保温2h，以100℃/h升温至1240℃保温4h；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三抜工艺，具体操作如下：第一火，取出步骤中（1）的钢锭，采用镦粗板沿钢锭轴向镦粗至700mm，再轴向拔长至820mm八方，压钳把，回炉1240℃保温3h；第二火：取出第一火入炉回烧后的坯料，采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至700mm，再轴向拔长至820mm八方，回炉1240℃保温3h；第三火：取出第二火入炉回烧后的坯料，继续采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至700mm，冒口向上竖立回炉1240℃保温3h；第四火：取出第三火入炉回烧后的坯料，拔长至1040mm八方，按耳轴成品尺寸比例从左往右依次按长度150mm、155mm、50mm压印分料，各段拔长、修整成型得耳轴毛坯；（3）耳轴毛坯热处理：将耳轴毛坯空冷至表面350℃入炉，550℃保温2h，≤100℃/h升温至880℃保温8h，出炉风冷至法兰处开始变黑时将耳轴入水5min，加快法兰心部的冷却速度，然后出水，入炉回火，300℃保温2h，≤100℃/h升温至680℃保温15h出炉；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴锻造毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺寸。
17.将本实施例制得的耳轴成品进行探伤检测，探伤结果符合jb/t5000.15-2007ⅱ级。力学性能达到σb：550mpa、σs：330mpa、δs：24%、ψ：48%。
18.实施例2本实施例以生产36m
³
渣灌耳轴为例，来详细解释本发明，本实施例采用的钢锭材质为20crmo钢，耳轴毛坯参见图2，具体实施过程如下（参见图3）：
（1）钢锭加热：采用7t八角锭，直径819mm，锭高1616mm，先将退火后的冷锭加热到700℃,保温2.5h，以100℃/h的升温速率升温至880℃,保温2.5h，以80℃/h升温至1245℃保温3.5h；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三抜工艺，具体操作如下：第一火，取出步骤中（1）的钢锭，采用镦粗板沿钢锭轴向镦粗至600mm，再轴向拔长至800mm八方，压钳把，回炉1240℃保温2.5h；第二火：取出第一火入炉回烧后的坯料，采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至600mm，再轴向拔长至800mm八方，回炉1240℃保温2.5h；第三火：取出第二火入炉回烧后的坯料，继续采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至600mm，冒口向上竖立回炉1240℃保温2.5h；第四火：取出第三火入炉回烧后的坯料，拔长至1040mm八方，按耳轴成品尺寸比例从左往右依次按长度150mm、155mm、50mm压印分料，各段拔长、修整成型得耳轴毛坯；（3）耳轴毛坯热处理：将耳轴毛坯空冷至表面300℃入炉，550℃保温2h，≤100℃/h升温至910℃保温8h，出炉风冷至法兰处开始变黑时将耳轴入水4min，加快法兰心部的冷却速度，然后出水，入炉回火，300℃保温2h，≤100℃/h升温至680℃保温15h出炉；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴锻造毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺寸。
19.将本实施例制得的耳轴成品进行探伤检测，探伤结果符合jb/t5000.15-2007ⅱ级。力学性能达到σb：560mpa、σs：340mpa、δs：25%、ψ：45%。
20.实施例3本实施例以生产36m
³
渣灌耳轴为例，来详细解释本发明，本实施例采用的钢锭材质为40cr钢，耳轴锻造毛坯参见图2，具体实施过程如下（参见图3）：（1）钢锭加热：采用8t八角锭，直径819mm，锭高1841mm，先将退火后的冷锭加热到630℃,保温1.5h，以100℃/h的升温速率升温至830℃,保温1.5h，以90℃/h升温至1230℃保温4.5h；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三抜工艺，具体操作如下：第一火，取出步骤中（1）的钢锭，采用镦粗板沿钢锭轴向镦粗至700mm，再轴向拔长至820mm八方，压钳把，回炉1235℃保温3h；第二火：取出第一火入炉回烧后的坯料，采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至700mm，再轴向拔长至820mm八方，回炉1235℃保温3h；第三火：取出第二火入炉回烧后的坯料，继续采用镦粗板、镦粗漏盘带钳把镦粗至700mm，冒口向上竖立回炉1230℃保温4.5h；第四火：取出第三火入炉回烧后的坯料，拔长至1040mm八方，按耳轴成品尺寸比例从左往右依次按长度150mm、155mm、50mm压印分料，各段拔长、修整成型得耳轴毛坯；（3）耳轴毛坯热处理：将耳轴毛坯空冷至表面320℃入炉，550℃保温2h，≤100℃/h升温至870℃保温8h，出炉风冷至法兰处开始变黑时将耳轴入水3min，加快法兰心部的冷却速度，然后出水，入炉回火，300℃保温2h，≤100℃/h升温至680℃保温15h出炉；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴锻造毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺寸。
21.将上述耳轴成品尺寸进行探伤检测，探伤结果符合jb/t5000.15-2007ⅱ级。力学性能达到σb：535mpa、σs：320mpa、δs：22%、ψ：47%。
22.从上述实施例可以看出，采用本发明方法制得的耳轴成品，探伤结果均符合jb/t5000.15-2007ⅱ级，说明采用本发明方法制得的耳轴法兰处组织结构细密，力学性能好。
23.以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于包括下述步骤：（1）钢锭加热：将钢锭分段加热保温，直至温度升至材料固相线温度以下100-150℃，保温一定时间，使钢锭心部与表面温度一致，且完全奥氏体化；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三拔工艺，镦粗时控制镦粗压下率在35-50%，拔长时前两次控制高径比在2.0-2.5，最后一次，将钢锭拔长至八方坯，八方坯的直径比耳轴法兰直径大50-100mm，然后按耳轴成品尺寸比例采用三角刀将钢锭压印分料，再将各段锭身拔长摔圆至耳轴毛坯尺寸；（3）耳轴毛坯热处理：对耳轴毛坯进行正火+回火，耳轴毛坯出炉正火时，在冷却至法兰处开始变黑时将耳轴入水3-5min，加快法兰处的冷却速度，然后出水，入炉回火；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺寸。2.根据权利要求1所述的一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于：所述钢锭是采用7-9t八角锭，钢锭直径为819mm，锭高为1616mm-2069mm。3.根据权利要求1所述的一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于：钢锭加热时，首先将退火后的冷锭加热至600-700℃,保温1.5-2.5h，再以≤100℃/h的升温速率升温至800-880℃,保温1.5-2.5h，最后以80-100℃/h的升温速率升温至1230-1250℃，保温3.5-4.5h，使钢锭完全奥氏体化。4.根据权利要求1所述的一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于：在锻造耳轴毛坯时，三镦三拔工艺具体如下：第一火，先将加热好的钢锭采用镦粗板沿钢锭轴向镦粗至钢锭高度的35-45%；再把钢锭轴向拔长至八方，八方的高径比控制在2.0-2.5，钢锭冒口压钳把，入炉回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第二火，将第一火入炉回烧后的坯料带钳把采用镦粗漏盘和镦粗板沿轴向镦粗至八方坯料高度的35-40%，再轴向拔长至八方，八方的高径比控制在2.0-2.5，入炉回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第三火，将第二火入炉回烧后的坯料带钳把采用镦粗漏盘和镦粗板沿轴向镦粗至八方坯料高度的40-50%，冒口向上竖立回烧至1230-1240℃，保温2.5-3.5h；第四火，将第三火入炉回烧后的坯料拔长至八方坯，八方坯的直径比耳轴法兰高度大50-100mm，采用三角刀压印分料，然后各段拔长摔圆至耳轴毛坯尺寸。5.根据权利要求1所述的一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于：所述耳轴毛坯热处理，是根据不同钢种，采用相应的正火温度和回火温度进行正火和回火。6.根据权利要求1所述的一种大型渣罐耳轴的制备方法，其特征在于：所述钢锭可采用35#钢或20crmo或40cr中的任意一种。

技术总结
本发明公开了一种大型渣罐耳轴的制备方法，包括：（1）钢锭加热：将钢锭分段加热保温，直至温度升至材料固相线温度以下100-150℃，保温一定时间；（2）锻造耳轴毛坯：将钢锭进行三镦三拔工艺，镦粗时控制镦粗压下率在35-50%，拔长时前两次控制高径比在2.0-2.5，然后采用三角刀将八角毛坯压印分料，再将各段锭身拔长摔圆至耳轴毛坯尺寸；（3）耳轴毛坯热处理：对耳轴毛坯进行正火+回火，耳轴毛坯出炉正火时，在冷却至法兰处开始变黑时将耳轴入水3-5min，加快法兰处的冷却速度，然后出水，入炉回火；（4）耳轴机加工成型：将热处理后的耳轴毛坯采用机加工，直至达到耳轴成品尺寸；采用本发明方法制备的耳轴法兰处组织细密，力学性能优良，使用寿命大大延长。寿命大大延长。寿命大大延长。


技术研发人员：王浩 庄明亮 魏明
受保护的技术使用者：武钢集团襄阳重型装备材料有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/9