轧辊辊套感应淬火工艺研究

葛晓红 韩维国 邢满江 闫红霞

(1.中钢集团邢台机械轧辊有限公司，河北054025；2.轧辊复合材料国家重点实验室，河北054025；3.建投承德热电有限责任公司，河北067000)

轧辊辊套的感应淬火是利用电磁感应加热的原理，通过交变磁场作用，在处于铜制感应圈内的辊套表面上产生高密度电阻热进而使其快速加热升温，结合后续迅速喷水冷却，使辊套淬硬的过程。

目前常用辊套规格多为高碳合金钢材质，直径600～1000 mm，壁厚80～120 mm，长度1000～1400 mm，硬度要求60～70HSD。

1 轧辊辊套研究模型选择

1.1 试验辊套参数

选取试验辊套进行感应淬火试验，试验辊套具体规格：直径900 mm，壁厚120 mm，长度1400 mm，材质70Cr3Mo合金锻钢，淬硬层要求30 mm。辊套化学成分见表1。

1.2 试验辊套淬火前分析及工艺参数研究

(1)淬火温度选择：70Cr3Mo属微过共析钢，加热温度应选择在Ac1与Acm之间，进行小试样加热温度试验，加热温度与硬度、晶粒度关系如表2所示，综合考虑优先选择900℃淬火。

(2)淬火频率选择：该产品为薄壁套，频率较低会导致加热深度过深，极易产生透烧进而加大变形，因此考虑高频率加热，初步设计为100～200 Hz。

(3)温度均匀性控制：感应加热温升较快，工件淬火加热过程中将辊套进行匀速旋转，保证加热温度的均匀性。

(4)变形量控制：感应淬火方式不能支垫，考虑竖直固定在感应器中，相对水平感应加热变形量大大减小。

(5)由于工件淬火方式为竖直状态，工件吊装卡具需设计制作。

表1 辊套化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of roller sleeve(mass fraction, %)

表2 加热温度与硬度、晶粒度关系Table 2 Relationship between heating temperature and hardness and grain size

2 辊套感应淬火工艺过程

2.1 感应淬火工艺参数确定

2.2 吊装卡具设计

由于为空心的薄壁件，需借助相应辅助工具进行淬火吊装，淬火机床的吊装设计如图1所示。

在辊套内壁车R30 mm圆弧槽，将图1所示吊具置于辊套内，M30处顶丝，自内向外顶入R30 mm圆弧槽内，如图2所示。

图1 淬火机床吊具Figure 1 Lifting appliance for quenching machine tool

图 2 辊套与吊具组装图Figure 2 Assembly drawing of roller sleeve and lifting appliance

2.3 淬火过程关键控制点

边部温度控制：温度过高易崩边、过低则又会出现软带偏长问题，对此特对辊套边部做如下特殊处理：辊套总长加长约50 mm左右、边部倒角设计为R30 mm，同时淬火过程中边部控制工艺温度为-20℃。

3 辊套感应淬火后检测结果

3.1 硬度检测

表面硬度检测值68～70 HSD，逐层进行淬硬层解剖，深度为32 mm，满足该产品的技术要求。

3.2 金相检测

金相检测为回火索氏体+碳化物。

3.3 应力检测

在辊套外圆距字端600 mm处进行应力检测，表面呈压应力，检测结果如表3所示。

表3 辊套表面应力Table 3 Surface stress of roller sleeve

4 结论

感应淬火后辊套表面硬度均匀性较好、显微组织均匀、应力状态良好。