铸钢破碎辊（以下简称破碎辊）系我集团公司为澳大利亚某公司承制的外贸铸钢件。据介绍，该批破碎辊原来是委托某轧辊厂制造的，由于质量不过关，全部断裂报废，给该公司造成一定损失，故而转向我集团公司重新订制。
根据破碎辊材料的化学成分，其类似铸钢轧辊用材料。按图纸给定的化学成分，根据我国材料牌号的命名方法，命名为ZG60Cr2MnMoA钢。这种材料对我集团公司尚属新材料，无资料借鉴、无生产经验。为了成功地制造出用户满意的破碎辊，热处理是保证质量的关键。本文总结了我集团公司研究出的破碎辊热处理工艺的过程。
1 技术条件与模拟工艺试验
1.1 破碎辊用材料
根据表1化学成分，按我国材料牌号命名方法定为ZG60Cr2MnMoA钢。
表1 ZG60Cr2MnMoA钢化学成分质量分数
w（％）
| C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Mo |
0.55～
0.65 |
0.30～
0.50 |
0.50～
1.00 |
≤
0.030 |
≤
0.020 |
1.80～
2.20 |
0.25～
0.50 |
|
注：此成分为订货图纸规定
订货技术条件破碎辊需做布氏硬度试验，其结果应达到300～350HB。
1.2 破碎辊材料的模拟热处理工艺试验
试验用料采用破碎辊同炉钢水浇注的单铸梅花试棒，并参照铸钢轧辊的生产工艺制定破碎辊的模拟热处理工艺，从而获取最佳的工艺参数。
在制定模拟热处理工艺时，我们吸取了某轧辊厂生产此破碎辊失败的教训，分析了破碎辊破断原因。我们从外商提供的断口照片中发现沿一次奥氏体晶界分布着网状碳化物并且存在晶粒粗大等缺陷，说明该轧辊厂制订的热处理工艺参数和工艺制度不合理。从而，制定了我们自己的4种模拟热处理工艺试验方案，其中包括预备热处理与性能热处理两部分。而预备热处理又采取两种方案：即990℃均匀化退火＋740℃球化退火和650℃消除应力退火两种；性能热处理也相应采用了两种工艺方案：与前一种工艺相配合的性能热处理工艺采用850℃正火＋560℃或600℃高温回火；与后一种工艺相配合采用900℃正火＋560℃或600℃高温回火。
根据材料的化学成分和有关资料介绍，这类铸钢材料的正火温度范围较宽，在830～900℃之间均可获得细晶粒；回火温度是决定材料硬度的主要因素，欲获得300HB以上的硬度值，回火温度应取600℃以下。所以，我们确定模拟工艺温度时，就参照了上述因素。
1.3 模拟试验结果
按照上述4种模拟工艺，在试验室的箱式电阻炉中进行热处理后，分别做了化学分析和一拉二冲的力学性能试验，其结果如表2。
表2 4种化学成分的钢经不同热处理后的力学性能 |
| 热处理工艺 |
化学成分（％） |
σ0.2/
MPa |
σb/
MPa |
δ
(％) |
ψ
(％) |
AK/
J |
HB |
| C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Mo |
Ni |
V |
Cu |
1
2
3
4 |
0.64
0.64
0.64
0.65 |
0.54
0.52
0.53
0.52 |
0.79
0.80
0.79
0.80 |
0.014
0.014
0.014
0.014 |
0.007
0.007
0.007
0.006 |
2.02
2.01
2.01
2.00 |
0.34
0.34
0.34
0.34 |
0.21
0.21
0.21
0.21 |
0.01
0.01
0.01
0.01 |
0.10
0.10
0.10
0.10 |
1040
900
1340
1150 |
1270
1150
1530
1360 |
7
10
4
7 |
12
20
6.5
12 |
12,8
16,18
10,6
12,11 |
372,372
316,332
424,426
398,455 |
| 注：工艺1：990℃均匀化退火＋740℃球化退火，850℃正火＋560℃回火；工艺2：990℃均匀化退火＋740℃球化退火，850℃正火＋600℃回火；工艺3：650℃消除应力退火，900℃正火＋560℃回火；工艺4：650℃去应力退火，900℃正火＋600℃回火。试验料的Si含量超标0.02％～0.04％
2 破碎辊的热处理
2.1 制定破碎辊热处理生产工艺
从上述模拟热处理试验结果明显看出，模拟工艺1、2的综合力学性能（其中布氏硬度值工艺2符合技术要求，工艺1接近技术要求）优于模拟工艺3、4，这说明铸钢破碎辊的预备热处理工艺应选择均匀化退火加球化退火是正确的，仅做消除应力退火是不够的。若比较1、2两模拟工艺的试验结果，似乎是工艺2最佳。但是，根据我们多年生产实践经验，试验室的试验条件与生产车间的实际操作条件（工件相差悬殊、设备性能等条件）存在一定差别，通常生产结果的强度、硬度值往往低于试验室的试验结果。所以，我们在制定破碎辊的热处理生产工艺时，选用了工艺1。
2.2 破碎辊的热处理结果
我集团公司首批投产的破碎辊，共6炉钢水（5t电炉4炉、10t电炉2炉）浇铸了8件，其化学成分除Si外，均在技术条件规定范围内（见表2）。破碎辊的热处理，按模拟工艺1在1台3m×6m的燃气台车式热处理炉中进行，其结果如下：
（1） 金相检验 显微镜观察其组织均为回火索氏体加碳化物，见图1a；碳化物形貌通过扫描电镜观察呈细小颗粒状，见图1b；其实际晶粒度为7～8级，见图1c。
（2） 力学性能试验 力学性能试验是用与破碎辊同炉热处理的单铸梅花试棒，采取一拉三冲和3个硬度试验方法，其中18个硬度试块的硬度值均在技术要求规定范围内。现将力学性能各项指标的平均值列入表3。
表3 ZG60Cr2MoMnA钢梅花试棒力学性能(平均值) |
| σ0.2／MPa |
σb／MPa |
δ（％） |
ψ（％） |
AK／J |
HB |
| 860.8 |
1126.7 |
10.3 |
19.25 |
19 |
333 |
从金相与性能试验结果看，说明破碎辊的热处理工艺参数和工艺制度正确，工艺是成功的，而且外商也很满意，并多次在我集团公司续订货。不过，从表3的强度与塑性的数值比较，若能适当提高回火温度（约在580℃左右），稍略降低强度、硬度，而提高一些塑性、韧性，将有利于破碎辊的综合力学性能和切削加工性能，并能提高破碎辊的使用寿命。
3 结语
破碎辊用材料ZG60Cr2MnMoA钢的热处理工艺，采用990℃均匀化退火＋740℃球化退火的预备热处理和850℃正火＋560℃高温回火热处理是正确的。既可保证技术要求的性能，又获得了良好的显微组织和细晶粒度，从而，杜绝因粗大晶粒和严重网状碳化物导致破碎辊断裂的危害。 |
图1 梅花试棒显微照片
（a） 回火索氏体＋碳化物 ×500 （b） 细小碳化物 ×700
（c） 实际晶粒 ×100
