鍛造行業(yè)傳統(tǒng)上屬于高耗能行業(yè)，能源成本通常占變動(dòng)成本的20％左右。隨著國(guó)際市場(chǎng)能源價(jià)格的不斷上漲，企業(yè)能源成本比重也在不斷上升；另一方面，由于我國(guó)的單位產(chǎn)值能耗與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，國(guó)家對(duì)節(jié)能工作的政策導(dǎo)向也不斷強(qiáng)化，節(jié)能工作將直接影響鍛造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。國(guó)內(nèi)的鍛造企業(yè)能源利用水平高低不一，因此改進(jìn)的余地很大。

利用鍛造余熱進(jìn)行正火，是一種節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率、提高機(jī)械性能、提升產(chǎn)品質(zhì)量的綠色鍛造工藝，應(yīng)大力提倡并推廣。根據(jù)公司降本增效、節(jié)能減排、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、減少設(shè)備投資的目標(biāo)，我們開(kāi)始了本次項(xiàng)目研究工作。

產(chǎn)品技術(shù)要求及理論依據(jù)

本次研究的余熱正火工藝主要針對(duì)我公司的內(nèi)星輪族類(lèi)產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品形狀基本為圈形如圖1所示，且材料均為UC1，熱處理技術(shù)要求采用正火處理，硬度：209~256HB；金相：珠光體＋鐵素體；晶粒度5～8級(jí)；脫碳層≤0.2。

 

  

   圖1 內(nèi)星輪族類(lèi)產(chǎn)品形狀示意圖

 

 圖2 常規(guī)正火工藝

此類(lèi)產(chǎn)品一直采用加熱到850℃保溫一段時(shí)間，出爐風(fēng)冷的正火工藝（圖2），該工藝是一種常規(guī)熱處理工藝，需將鋼加熱到Ac3以上30～50℃保溫，然后以一定的冷卻速度冷卻至室溫，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、改善切削加工性的目的。

而我們研究的余熱正火工藝是利用鍛造成形后，當(dāng)溫度低于A1線（對(duì)亞共析鋼而言）利用鍛件余熱，在熱處理爐中加熱+保溫一段時(shí)間后，出爐空冷得到正火組織的一種熱處理工藝（該工藝中組織已進(jìn)行了再結(jié)晶），理論上它完全能夠得到珠光體＋鐵素體的平衡組織。圖3是鐵碳平衡相圖，當(dāng)產(chǎn)品鍛造完成后，溫度低于A1線時(shí)，產(chǎn)品組織已經(jīng)發(fā)生了完全轉(zhuǎn)變。此時(shí)利用鍛造余熱進(jìn)爐加熱到Ac3以上30～50℃保溫，產(chǎn)品發(fā)生了奧氏體晶核形成，晶核長(zhǎng)大，殘留滲碳體的溶解以及奧氏體均勻化的過(guò)程。該過(guò)程完全與正火工藝過(guò)程相同，在理論上完全可行，且節(jié)約了大量能源。圖4為我們制定的余熱正火初步工藝路線，并依據(jù)該路線進(jìn)行了試驗(yàn)。

圖3 鐵碳平衡相圖

圖4 利用鍛造余熱正火工藝

試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

我們?yōu)榱蓑?yàn)證該工藝進(jìn)行了四輪試驗(yàn)作為對(duì)比。對(duì)比的狀態(tài)分別是原材料、常溫產(chǎn)品、鍛造高溫產(chǎn)品（≥850℃）、鍛造低溫產(chǎn)品（≤730℃）。試驗(yàn)均采用馬弗爐選取各狀態(tài)的四件產(chǎn)品進(jìn)爐加熱到850℃，保溫相同時(shí)間出爐空冷。試驗(yàn)完成后我們根據(jù)該產(chǎn)品的技術(shù)要求進(jìn)行了相關(guān)檢驗(yàn)，詳見(jiàn)表1，金相組織如圖5所示，然后根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。

 

表1 檢驗(yàn)結(jié)果

狀態(tài)	進(jìn)爐溫度/℃	硬度/ HB	金相組織	結(jié)論
原材料	室溫	229	P+F，晶粒度4-5級(jí)，脫碳層0.1mm	/
室溫	234	P+F，晶粒度5級(jí)，脫碳層0.1mm	/
室溫	231	P+F，晶粒度4級(jí)，脫碳層0.1mm	/
室溫	234	P+F，晶粒度5級(jí)，脫碳層0.1mm	/
常溫產(chǎn)品	室溫	229	P+F，晶粒度6～7級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
室溫	229	P+F，晶粒度5～7級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
室溫	222	P+F，晶粒度5～6級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
室溫	231	P+F，晶粒度6級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
高溫鍛件	≥850	217	P+F，晶粒度3～5級(jí)，脫碳層0.1mm	不合格
≥850	212	P+F，晶粒度4～5級(jí)，脫碳層0.1mm	不合格
≥850	229	P+F，晶粒度3～4級(jí)，脫碳層0.1mm	不合格
≥850	229	P+F，晶粒度3～5級(jí)，脫碳層0.1mm	不合格
低溫鍛件	≤730	223	P+F，晶粒度6～7級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
≤730	229	P+F，晶粒度7～8級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
≤730	235	P+F，晶粒度7級(jí)，脫碳層0.1mm	合格
≤730	235	P+F，晶粒度8級(jí)，脫碳層0.1mm	合格

 原材料4～5級(jí) 

常溫產(chǎn)品6級(jí)

高溫鍛件3～4級(jí)

 低溫鍛件7～8級(jí) 

 圖5 金相組織

通過(guò)檢驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，采用余熱正火工藝進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品完全達(dá)到了技術(shù)要求，且組織晶粒度較好。同時(shí)通過(guò)常溫產(chǎn)品及原材料的試驗(yàn)，我們確定了我們的保溫時(shí)間完全能夠滿(mǎn)足組織均勻細(xì)化的效果。而鍛造高溫產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果則證明了，目前余熱正火工藝必須要等鍛造產(chǎn)品冷卻至A1線下，發(fā)生了再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變才能進(jìn)爐加熱保溫，否則組織晶粒度粗大，不能滿(mǎn)足技術(shù)要求，因此產(chǎn)品進(jìn)爐需進(jìn)行溫度分選。

生產(chǎn)應(yīng)用

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合鍛造相關(guān)生產(chǎn)操作，我們將此工藝應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。目前我們購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)余熱正火網(wǎng)帶爐(圖6)，該設(shè)備是根據(jù)目前產(chǎn)品的形狀和工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)的。網(wǎng)帶爐由傳送系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、設(shè)備故障報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成。由于采用先進(jìn)的托輥式網(wǎng)帶傳送，加熱元件在爐內(nèi)循環(huán)，相比常用的推桿式料盤(pán)節(jié)約大量能源，同時(shí)大大的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖6 余熱正火網(wǎng)帶爐

現(xiàn)在余熱正火網(wǎng)帶爐連接1000t鍛造生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)一體化的生產(chǎn)，相比原生產(chǎn)流程節(jié)約了大量的物流流轉(zhuǎn)時(shí)間提高了生產(chǎn)效率，工藝流程對(duì)比如下：

常規(guī)正火生產(chǎn)工藝流程：下料→鍛造→正火→拋丸→防銹包裝→入庫(kù)；

余熱正火生產(chǎn)工藝流程：下料→鍛造、余熱正火→拋丸→防銹包裝→入庫(kù)。

生產(chǎn)工藝流程的變更為我們節(jié)約了“鍛造→正火”這段流轉(zhuǎn)時(shí)間約為8～12小時(shí)，加之余熱正火工藝較常規(guī)正火工藝所節(jié)省的節(jié)拍時(shí)間1小時(shí)。工藝流程的變更節(jié)省時(shí)間為9～13小時(shí)。

結(jié)論

⑴鍛造余熱正火工藝需要將鍛造產(chǎn)品溫度降至A1線下進(jìn)爐保溫，產(chǎn)品的組織晶粒度才能滿(mǎn)足技術(shù)要求。

⑵鍛造高溫產(chǎn)品不能直接進(jìn)行余熱正火，在實(shí)際生產(chǎn)中需要進(jìn)行溫度分選加以嚴(yán)格控制。

⑶通過(guò)我們的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)余熱正火工藝節(jié)能效果明顯，相對(duì)常規(guī)正火工藝，節(jié)約能源約30％左右，且該工藝的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本。

作者簡(jiǎn)介：黃銳，汽車(chē)產(chǎn)品車(chē)間副經(jīng)理兼熱處理技術(shù)主管，主要從事汽車(chē)產(chǎn)品車(chē)間技術(shù)質(zhì)量、持續(xù)改進(jìn)及技術(shù)中心熱處理技術(shù)相關(guān)工作。參與余熱正火、非調(diào)質(zhì)鋼控溫冷卻等項(xiàng)目，曾獲得東華公司技術(shù)創(chuàng)新一等獎(jiǎng)，優(yōu)秀員工等稱(chēng)號(hào)。

—— 來(lái)源：《鍛造與沖壓》2019年第11期