锯片高频淬火工艺参数分析与优化

周贵花，吕传伟，徐永波，乔廷刚

（莱芜钢铁股份有限公司 型钢厂，山东 莱芜271126）

锯片高频淬火工艺参数分析与优化

周贵花，吕传伟，徐永波，乔廷刚

（莱芜钢铁股份有限公司 型钢厂，山东 莱芜271126）

为提高锯片使用寿命，根据锯片的材质、厚度及使用要求，通过分析及试验选择了影响锯片硬度的高频淬火工艺参数：加热温度，冷锯810～850℃，热锯790～830℃；电位值，冷锯580 V，热锯730 V；工件和感应器间的间隙距离3mm；电流频率85 kHz。处理工艺优化改进后，冷锯锯片平均使用次数提高了127次，热锯锯片提高了109次。

锯片；高频淬火；工艺参数；感应加热温度

1 前言

莱钢型钢厂主要产品为H型钢、工字钢、槽钢等，是连铸—热送—热装—连轧—冷却—矫直—成品定尺—打捆生产线。在工艺流程中有5台锯：1台切头锯，用于粗轧后轧件切头，以便于精轧机咬入；2台热锯，1#热锯用于轧件分断、取样，2#热锯用于精轧后轧件切头，以便于矫直机咬入；2台冷锯，共同用于矫直后轧件的精确定尺分段。随着产能的提高，锯片的消耗呈现大幅上升趋势，锯片的更换周期不断缩短，有时甚至达到每班更换3次，大大影响了作业率，制约了产能的攀升。为此，探讨改进锯片高频淬火工艺以延长锯片使用寿命。

2 锯片淬火工艺参数选择［1］

高频淬火就是利用高频感应电流使工件表面很快加热到淬火温度，然后用水或油喷射冷却的一种热处理方法。高频淬火的特点是加热速度快、淬火组织细、硬度高、耐磨性好、表面变形小、淬硬层深度容易控制、生产率高等。

采用GC0185淬火机床，基本性能参数如下：主轴旋转速度5～15min/r，预热及喷淋延迟时间允许设定范围均为0～99.9 s，加工工件直径允许设定范围0～1 999mm。

锯片的硬度和耐磨性成正相关关系，硬度值对锯片的使用寿命起着决定作用，合适的硬度值能提高锯片的使用寿命。影响锯片淬火硬度的主要技术参数包括：淬火温度、电流频率、加热速度、间隙距离、冷却时间、电位值。

1）锯片淬火温度。感应加热的温度应根据钢种、原始组织及在相边区间的加热速度来确定。采用感应加热时，在较宽的温度范围内均可得到良好的组织。因此，可在固定电参数的情况下，选用不同的加热时间（或在选用不变的加热时间下，选用不同的比功率）来调节淬硬层的深度。

莱钢型钢厂锯片材质为65Mn，参考文献［1］选择冷锯锯片感应淬火加热温度为810～850℃，热锯锯片感应淬火加热温度为790～830℃。零件表面的硬化层深度需根据零件的服役条件来确定，冷锯锯片硬化层深度在2.0~6.5mm，硬度值要求一般在HRC 55~63，可取下限；热锯锯片硬化层深度一般在1～2mm，硬度值要求HRC 55~63，可取上限。

2）电流频率。电流频率是感应加热的主要工艺参数，需根据要求的硬化层深度来确定，为了提高生产率，要求加热的热透入深度大于淬硬层深度，即全部采用电磁感应加热，而不采用传导加热。当工件截面很小时，频率选高些。锯片淬硬层深度为2mm，厚度为10mm或11mm，所以最佳电流频率为20～600 kHz，现场实际选择为85 kHz。

3）加热速度。在进行一定深度的表面加热时，应该力求用涡流“透入式加热”。加热速度应能在尽可能短的时间内达到规定的加热深度。根据淬硬层深度选择加热时间为1.5 s，比功率（ρ）为1.7。锯片淬火属于连续加热淬火，可以通过改变工件与感应器的相对移动速度来改变加热时间。

4）间隙距离。在实际生产中，多数情况是设备频率过高，采用如下方法保证在表面不过热条件下获得较深的加热层：降低比功率，延长加热时间；增加工件和感应器间的间隙（3mm），延长加热时间；同时加热时采用断续加热法，增加热传导时间；进行预热，在炉中预热到600～700℃后再移到感应器中进行最后加热。

5）冷却时间。为避免产生淬火裂纹，必须严格控制冷却时间，使工件既能获得足够的表面硬度，又不冷透，并能利用工件内部残存的热量进行210～240℃自回火。连续淬火时，可通过调整感应器与工件的相对移动速度、间隙、喷水孔与工件轴向的夹角改变工件的预冷时间。在单独设置喷水圈时，通过改变其与感应器的距离，就可达到预期的预冷时间。锯片淬火加热速度冷锯锯片为700℃/s、热锯锯片680℃/s，所以冷却速度为660℃/s或440℃/s。

6）电位值。当加热层深度为热态电流透入深度的40%～50%时，加热的总效率（包括电效率和热效率）最高。比功率确定后，感应加热设备的额定功率可由下式算出：

式中：F为一次淬火加热的面积；ηt为淬火变压器效率，一般取0.7～0.8；ηi为淬火感应器效率，一般取0.7～0.85。在电流频率不变的情况下，冷锯锯片感应淬火加热温度选择810～850℃，工件和感应器间的间隙距离3mm，对应不同的电位值进行淬火试验，并对锯片实际使用寿命进行检测，根据试验检测结果，选定冷锯锯片淬火的电位值为580 V，热锯锯片淬火处理电位值为730 V。

3 处理效果

通过分析影响锯片硬度的各项参数，找出了淬火参数合理配置的规律，保证了锯片的淬火深度、淬火硬度，从而保证锯片具有良好的耐磨性，有效提高了锯片的使用寿命。以消耗量较大的冷锯锯片为例，工艺改进前电位值偏低（560～570 V），加热温度波动大（820～870℃），工件和感应器间的间隙距离大（4mm）。优化改进后，试验确定的电位值为580 V，加热温度830～850℃，工件和感应器间的间隙距离缩短为3mm，电流频率85 kHz。工艺改进前后冷锯锯片的使用寿命对比见表1。

表1 淬火工艺改进前后冷锯锯片使用寿命对比

统计表明，淬火工艺改进后冷锯锯片使用次数平均提高了127次，磨损面积降低了1.6m2，提高了锯片的使用频次，锯片消耗量降低了17.7%；热锯锯片的平均使用次数增加了109次。锯片使用寿命的提高，减少了更换锯片的频次，提高了生产率，年创经济效益为131.52万元。工艺改进后，锯切飞边、毛刺现象明显减少，外观质量有了较大提高。

［1］ 中国机械工程学会热处理学会《热处理手册》编委会.热处理手册（第1卷）工艺基础［M］.3版.北京：机械工业出版社，1993.

TG156.33

B

1004-4620（2011）04-0070-02

2010-11-23

周贵花，女，1976年生，1998年毕业于上海应用技术学院液压技术应用专业。现为莱钢型钢厂机动科机械区域工程师，从事设备管理工作。