一种初轧机万向接轴叉头及其制备方法

摘要

本发明提供了一种初轧机万向接轴叉头，所述初轧机万向接轴叉头的成分为：0.5～0.6wt％的C；0.6～0.7wt％的Mn；0.15～0.25wt％的Si；0.0055～0.0065wt％的P；0.0025～0.0035wt％的S；0.55～0.65wt％的Cr；1.4～1.5wt％的Ni；0.06～0.08wt％的Cu；0.001～0.003wt％的W；0.2～0.4wt％的Mo；0.005～0.015wt％的V；0.006～0.008wt％的Al；余量为Fe。本发明提供的这种特定成分的初轧机万向接轴叉头硬度较高，具有良好的耐磨性，使用寿命较长。本发明还提供了一种初轧机万向接轴叉头的制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及初轧机技术领域，尤其涉及一种初轧机万向接轴叉头及其制备方法。

背景技术

冶金企业中的开坯初轧机(如1150、1050、950、825等初轧机)主要为下工序供应坯料，因此，开坯轧机一般都使用滑块式万向接轴，由于滑块式万向接轴允许的倾角较大，一般可达8～10°，传递的扭矩范围较广，一般为30～3000(KN.m)。目前，这种万向接轴在轧辊调整范围较大的开坯初轧机上的应用较为普遍。

825初轧机的万向接轴就是滑块式万向接轴，其结构为：两块带有定位凸肩的月牙滑块，用滑块配合装在连轴节(叉头)的径向镗孔中，并由上下具有轴径的方形小轴固定位置，带切口的扁头则插入滑块与方轴之间，方轴以其表面镶嵌的铜滑块与扁头开口滑动配合。关节两端是游动的，即可在接轴中心线方向沿扁头的切口移动。叉头径向镗孔的中心线为回转轴，小方轴的中心线为回转轴，两回转轴互相垂直，这样，两轴即可按虎克关节原理运动，使互相倾斜的两轴传动运动和力矩。

由于连接轧辊端头的连轴节(叉头)工作条件恶劣，现有技术一般选用较好的锻钢材料，如45钢、50钢、40CrNi、35CrMo、60CrNi等。滑块式万向接轴的润滑较为困难，其摩擦表面与外界相通，润滑油不易保存在摩擦面上，一般采用人工定期加油和自动润滑装置，但在使用中效果都不好。由于润滑不良，使月牙滑块磨损加快，不仅消耗大量青铜，也影响轧机的作业率。而且，由于滑块磨损后间隙加大，引起冲击进一步恶化了轧机的工作条件，也导致叉头镗孔表面的磨损，长期磨损又润滑不良就会使叉头产生裂纹，从裂纹处断裂，导致叉头损坏。

因此，研发一种耐磨损、使用寿命长的初轧机万向接轴叉头成为本领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种初轧机万向接轴叉头及其制备方法，本发明提供的初轧机万向接轴叉头硬度高、耐磨损，使用寿命长。

本发明提供了一种初轧机万向接轴叉头，所述初轧机万向接轴叉头的成分为：

0.5～0.6wt％的C；

0.6～0.7wt％的Mn；

0.15～0.25wt％的Si；

0.0055～0.0065wt％的P；

0.0025～0.0035wt％的S；

0.55～0.65wt％的Cr；

1.4～1.5wt％的Ni；

0.06～0.08wt％的Cu；

0.001～0.003wt％的W；

0.2～0.4wt％的Mo；

0.005～0.015wt％的V；

0.006～0.008wt％的Al；

余量为Fe。

在本发明中，所述初轧机万向接轴叉头的成分优选为：0.054wt％的C；0.064wt％的Mn；0.019wt％的Si；0.006wt％的P；0.003wt％的S；0.61wt％的Cr；1.45wt％的Ni；0.07wt％的Cu；0.002wt％的W；0.3wt％的Mo；0.01wt％的V；0.007wt％的Al；余量为Fe。

本发明提供了一种上述技术方案所述的初轧机万向接轴叉头的制备方法，包括：

将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到合金坯料；

所述合金坯料的成分为：

0.5～0.6wt％的C；

0.6～0.7wt％的Mn；

0.15～0.25wt％的Si；

0.0055～0.0065wt％的P；

0.0025～0.0035wt％的S；

0.55～0.65wt％的Cr；

1.4～1.5wt％的Ni；

0.06～0.08wt％的Cu；

0.001～0.003wt％的W；

0.2～0.4wt％的Mo；

0.005～0.015wt％的V；

0.006～0.008wt％的Al；

余量为Fe；

将合金坯料依次进行锻造处理和热处理，得到初轧机万向接轴叉头。

本发明对将所述合金原料熔炼和浇铸的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的熔炼和浇铸的方法，得到上述成分的合金坯料即可。在本发明中，所述合金坯料的成分与上述初轧机万向接轴叉头的成分一致，在此不再赘述。

在本发明中，得到合金坯料后优选将合金坯料进行机械加工使合金坯料初步成型，然后再进行锻造处理。在本发明中，将所述合金坯料进行初步机械加工使合金坯料的长度优选为1030～1060mm，更优选为1040～1055mm。

在本发明中，将所述合金坯料(或者经过机械加工的合金坯料)进行锻造处理，以保证坯料的质量，消除冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，以优化合金的微观组织。在本发明中，所述锻造处理的工艺优选为：

将合金坯料进行加热后出炉锻造。

在本发明中，所述加热的工艺优选为：

在840～860℃保温2.5～3.5小时后升温至1210～1230℃保温4～6小时。

在本发明中，所述加热过程中的保温温度优选为850℃；保温时间优选为3小时；升温时间优选为3.5～4.5小时，更优选为4小时；升温温度优选为1220℃；升温后的保温时间优选为5小时。

在本发明中，所述锻造的开锻温度优选≥1050℃；终锻温度优选≥800℃。在本发明中，所述锻造过程中控制锭镦的直径尺寸优选为782～788mm，更优选为785mm。在本发明中，所述锻造的方法优选为：

出炉整锭镦粗至≤900mm，采用FM(无曼内斯曼效应)法拔长至750mm见方，回炉进行1210～1230℃、10～14小时的均质化处理；

均质化处理后出炉镦粗至≤750mm，采用FM(无曼内斯曼效应)法拔长至750mm见方，回炉在1220℃保温2～4小时；

保温出炉镦粗至≤750mm，采用FM(无曼内斯曼效应)法拔长至780mm见方，然后再拔长至所需的尺寸长度，保证尺寸外形合格。

在本发明中，所述均质化处理的温度优选为1220℃，时间优选为12小时。在本发明中，所述锻造完成后得到的产品长度优选为1120～1150mm。

在本发明中，所述锻造处理后优选将得到的锻造产品进行热处理。在本发明中，所述热处理优选包括淬火处理和回火处理，本发明优选将得到的锻造产品先进行淬火处理再进行回火处理。在本发明中，所述淬火处理的温度优选为820～880℃，更优选为840～860℃，最优选为850℃；所述淬火处理的时间优选为240～250min，更优选为245min；所述淬火处理的冷却介质优选为油，优选冷却至室温即20～30℃。在本发明中，所述淬火处理的工艺优选为：

将锻造后的产品从室温升温至580～620℃保温1.5～2.5小时，然后升温至820～880℃，保温3.5～4.5小时后冷却至室温。

在本发明中，所述室温优选为20～30℃；所述淬火处理过程中从室温升温至580～620℃的时间优选为6.5～7.5小时，更优选为7小时；所述淬火处理过程中优选从室温升温至600℃，保温时间优选为2小时；所述淬火处理过程中从580～620℃升温至820～880℃的时间优选为3.5～4.5小时，更优选为4小时；所述淬火处理过程中的升温温度优选为840～860℃，更优选为850℃；所述淬火处理过程中在820～880℃的保温时间优选为4小时。

在本发明中，所述回火处理的温度优选为650～700℃，更优选为660～680℃，最优选为670℃；所述回火处理的时间优选为450～550分钟，更优选为470～500分钟，最优选为480分钟；所述回火处理的冷却方式优选为空冷。在本发明中，所述回火处理的工艺优选为：

将淬火处理后的产品从室温升温至650～700℃保温6～10小时，然后空冷至室温。

在本发明中，所述淬火处理后的产品从室温升温至650～700℃的时间优选为5～7小时，更优选为6小时。在本发明中，所述回火处理优选从室温升温至660～680℃，更优选为670℃；升温至650～700℃后的保温时间优选为7～9小时，更优选为8小时。

热处理完成后，本发明优选将热处理后的产品进行精加工成型，得到初轧机万向接轴叉头。在本发明中，所述精加工的方法优选为：

将得到的热处理后的产品进行探伤，然后进行锯切、外圆加工、加工长度、倒角、镗孔和扩孔。

在本发明中，所述锯切的长度优选为1060～1080mm，更优选为1070mm；所述外圆加工的尺寸优选为更优选为所述加工长度优选为1050～1060mm，更优选为1055mm；所述镗孔的尺寸优选为更优选为

在本发明中，为使初轧机万向接轴叉头吊起安装方便，优选在初轧机万向接轴叉头的叉口端面进行钻孔。

本发明对所述初轧机万向接轴叉头的尺寸和性状没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的初轧机万向接轴叉头的尺寸和形状，或者根据实际使用情况要求进行设计即可。

本发明优选采用上述热处理工艺，上述热处理工艺能够使合金坯料的硬度范围较窄，在HB 250～230范围内，使其均匀性较好，获得稳定均衡的性能。本发明根据上述热处理的工艺要求，制定可靠的工艺参数和程序，保证材料的整体性能，以大幅度提高材料的强度、硬度、耐磨性、抗疲劳强度以及韧性。本发明热处理后得到的产品硬度达到HB230～250(采用TH120硬度计测试)，材料性能能够满足叉头制造后的现场使用要求。

本发明优选采用上述精加工的方法以保证制得的初轧机万向接轴叉头的尺寸精度、强度和耐磨性。本发明通过精加工能够使制得的叉头尺寸精度满足设计要求。

现有技术中初轧机万向接轴叉头的使用寿命较短，一般在3个月左右，每年使用4～6根，不仅费用高(每根价格12万元，每年消耗50～70万元)，而且还严重影响生产，更换叉头的时间较长(一般为12～16小时)，同时叉头的拆装困难，需要热装配，且还需将坏叉头拆下，至少需要几天时间，劳动强度大。经过发明人的大量研究，本发明通过改进材料成分设计、制定热处理工艺，热处理后的机械加工工艺能够保证叉头的精度和性能；成功的解决了初轧机万向接轴叉头的质量问题，提高了叉头的使用寿命。

本发明采用上述初轧机万向接轴叉头成分的材料，在制备叉头的过程中锻造开坯，无需进行叉头内部的第二次热处理，仅需进行一次热处理；并通过设定制造加工工艺、热处理工艺，既能保证淬火均匀，又能保障叉头的叉口不变形，保证了精加工之后的机械精度，而且热处理后的材料硬度在HB230～250之间，保证了材料组织均匀性，提高了材料强度、硬度和耐磨性。

与现有技术相比，本发明通过对初轧机万向接轴叉头进行成分的改进设计和制造工艺的改进，制备得到的叉头投入使用一切正常，而且使用10个月没有异常情况，没有任何裂纹出现，使用效果非常好。本发明提供的初轧机万向接轴叉头的制备方法能够节省大量的备件费用，还可用于制作各种开坯轧机的叉头，具有良好的推广使用价值。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将合金原料进行熔炼和浇铸，得到合金坯料，所述合金坯料的成分为：0.054wt％的C；0.064wt％的Mn；0.019wt％的Si；0.006wt％的P；0.003wt％的S；0.61wt％的Cr；1.45wt％的Ni；0.07wt％的Cu；0.002wt％的W；0.3wt％的Mo；0.01wt％的V；0.007wt％的Al；余量为Fe。

将合金坯料进行粗加工，使合金坯料的长度为1050mm。

将合金坯料进行加热：在850℃保温3小时后升温至1220℃保温5小时。

将加热后的合金坯料进行锻造处理：

出炉整锭镦粗至≤900mm，采用FM法拔长至750mm见方，回炉进行1220℃、12小时的均质化处理；

将均质化处理后的产品出炉镦粗至≤750mm，采用FM法拔长至750mm见方，回炉在1220℃保温3小时；

将保温后的产品镦粗至≤750mm，采用FM法拔长至780mm见方，再拔长至1150mm。

将锻造处理后的产品进行热处理：

将锻造处理后的产品在7小时从室温升温至600℃保温2小时，然后再升温至850℃保温4小时，然后油冷至室温，得到淬火处理产品。

将淬火处理产品在6小时从室温升温至670℃保温8小时，然后空冷至室温。

将热处理后的产品按照所需的初轧机万向接轴叉头的形状和尺寸进行精加工：

将热处理后的产品进行探伤，将探伤合格的产品锯切长度至1070mm，外圆加工至然后加工长度至1055mm，再进行倒角，然后镗孔至得到初轧机万向接轴叉头。

为起吊安装方便，在叉头的叉口端面钻孔2-M30×45mm。

采用TH120便携式硬度计测试本发明实施例1制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，在叉头的3处不同部位进行取样，测试结果为，本发明实施例1制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB235、HB244、HB246。

实施例2

按照实施例1的方法制备得到初轧机万向接轴叉头，与实施例1的区别在于，淬火处理的工艺为：

将锻造后的产品在7小时从室温升温至600℃保温2小时，然后升温至750℃，保温4小时后油冷至室温。

按照实施例1的方法检测本发明实施例2制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，测试结果为，本发明实施例2制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB220、HB226、HB228。

实施例3

按照实施例1的方法制备得到初轧机万向接轴叉头，与实施例1的区别在于，淬火处理的工艺为：

将锻造后的产品在7小时从室温升温至600℃保温2小时，然后升温至900℃，保温4小时后油冷至室温。

按照实施例1的方法检测本发明实施例3制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，测试结果为，本发明实施例3制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB218、HB224、HB225。

实施例4

按照实施例1的方法制备得到初轧机万向接轴叉头，与实施例1的区别在于，回火处理的工艺为：

将锻造后的产品在6小时从室温升温至600℃保温8小时，然后空冷至室温。

按照实施例1的方法检测本发明实施例4制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，测试结果为，本发明实施例4制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB215、HB223、HB225。

实施例5

按照实施例1的方法制备得到初轧机万向接轴叉头，与实施例1的区别在于，回火处理的工艺为：

将锻造后的产品在6小时从室温升温至750℃保温8小时，然后空冷至室温。

按照实施例1的方法检测本发明实施例5制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，测试结果为，本发明实施例5制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB216、HB224、HB226。

比较例1

按照实施例1的方法制备得到初轧机万向接轴叉头，与实施例1的区别在于，采用的合金坯料的成分为40CrNiMo。

按照实施例1的方法检测本发明比较例1制备得到的初轧机万向接轴叉头的表面硬度，测试结果为，本发明比较例1制备得到的叉头不同部位的表面硬度为HB200、HB207、HB210。

由以上实施例可知，本发明提供了一种初轧机万向接轴叉头，所述初轧机万向接轴叉头的成分为：0.5～0.6wt％的C；0.6～0.7wt％的Mn；0.15～0.25wt％的Si；0.0055～0.0065wt％的P；0.0025～0.0035wt％的S；0.55～0.65wt％的Cr；1.4～1.5wt％的Ni；0.06～0.08wt％的Cu；0.001～0.003wt％的W；0.2～0.4wt％的Mo；0.005～0.015wt％的V；0.006～0.008wt％的Al；余量为Fe。本发明提供的这种特定成分的初轧机万向接轴叉头硬度较高，具有良好的耐磨性，使用寿命较长。