本發明涉及一種熱處理工藝及裝置，尤其涉及一種采用雙頻對D₂鋼進行熱處理的淬火工藝及裝置，屬于熱處理工藝技術領域。

背景技術：

D₂鋼是美國材料與試驗協會標準牌號，對應的中國標準牌號是Cr₁₂Mo₁V₁，它是一種萊氏體冷作模具鋼，具有高碳、高鉻、高耐磨性能，且具有脆性大，極易開裂的特性。D₂鋼作為冷軋工作輥多用在軋制鏡面不銹鋼板的多輥軋機上，其硬度要求一般在HRC60°-62°之間，對強度和耐磨性要求也非常高。這種軋輥近幾年國內只有部分公司可以生產，但生產規格只能局限在?120mm×1200mm以下，其余規格的D₂冷軋輥還主要依賴進口。這是因為D₂鋼的淬火溫度較高980-1020C，且對表面的脫碳要求很高，一般的爐窯難以勝任。目前國內通常通過高溫鹽爐來實現，其基本工藝是：首先在普通爐窯內預熱，然后轉入高溫鹽爐加熱，最后冷卻油淬火、回火。以上工藝存在很大弊端：1、多輥機上的D₂鋼軋輥通常細而長，吊在鹽爐中豎直加熱，出爐淬火時，先出爐的上部恰恰是最后淬火，造成淬火溫度下高上低，淬火硬度不均勻，不但影響帶鋼表面質量，還會導致軋輥早期剝落報廢，如果采取出爐翻轉掉頭淬火，淬火溫度又會下降，更容易造成軋輥彎曲；2、鹽爐淬火，基本是透淬，軋輥韌性差，易開裂；3、鹽爐對環境的污染嚴重、熱利用率低、能耗大。總而言之，采用鹽爐對D₂鋼軋輥進行加熱淬火的工藝，屬于高能耗、低產能的落后工藝，不能滿足現代工業產品的技術要求。

技術實現要素：

為了彌補D₂鋼軋輥傳統熱處理淬火工藝的技術不足，本發明提供一種D₂鋼軋輥雙頻熱處理淬火工藝及裝置，使工件淬火硬度均勻、綜合機械性能好，工藝熱利用率高且對環境無污染。

本發明通過以下技術方案實施：一種D₂鋼軋輥雙頻熱處理淬火工藝，所述的工藝在雙頻感應淬火機床上進行，上加熱感應器為工頻50Hz，預加熱比功率1-3kw/cm²，下加熱感應器為中頻1000Hz，加熱比功率0.5-1.5kw/cm²，具體工藝包括以下步驟：

a、淬火預備

將D₂鋼軋輥兩端的中心孔夾持在雙頻感應淬火機床的上、下豎直頂尖之間，啟動軋輥繞軸線轉動并沿加熱感應器和噴水圈移動，轉速為25-35r/min，移動速度為1.8-2mm/s；

b、預加熱

軋輥輥身下端進入上加熱感應器后，上加熱感應器啟動，調節電位器，使電功率逐漸平穩增加，保證軋輥輥身在上加熱感應器下出口的溫度為780-800°C之間；

c、加熱

軋輥輥身下端進入下加熱感應器，下加熱感應器啟動，調節電位器，使電功率逐漸平穩增加，保證軋輥輥身在下加熱感應器下出口的溫度為980-1020°C之間；

d、噴水冷卻淬火

軋輥繼續下降使輥身下端進入噴水圈后，啟動水泵進行噴水冷卻淬火，保證工作水壓0.03-0.05MPa，淬火水溫25-35°C；

e、上加熱感應器電功率回零

當輥身上端部進入上加熱感應器后，上加熱感應器開始減電功率，到達上加熱感應器下出口時電功率減小到零；

f、下加熱感應器電功率回零

當輥身上端部進入下加熱感應器后，下加熱感應器開始減電功率，到達下加熱感應器下出口時電功率減小到零；

g、噴水冷卻保持

輥身上端部進入噴水圈并至噴水線以下后，軋輥停止下降，軋輥繼續轉動，并繼續噴水15-25s。

h、回火

在帶有循環風的箱式電阻爐里回火，爐窯溫度均勻性在±5℃范圍內，共回火兩次，第一次回火溫度550℃-560℃、回火時間36h，出爐空冷至室溫，第二次回火溫度550℃-560℃、回火時間24h；

I、硬度為HRC60°-62°、金相組織為馬氏體+合金碳化物+少量殘余奧氏體。

一種D₂鋼軋輥雙頻熱處理淬火的裝置，包括雙頻感應淬火機床、夾持頂尖、上加熱感應器、下加熱感應器、噴水圈，所述的夾持頂尖分為上、下頂尖，所述的上、下頂尖相對，并豎直支承在雙頻感應淬火機床的工作軸線上；所述的軋輥通過兩端中心孔夾持在上、下頂尖之間；所述的上加熱感應器和下加熱感應器由紫銅制成，所述噴水圈采用不銹鋼制成，上加熱感應器、下加熱感應器和噴水圈沿雙頻感應淬火機床的軸線分別工作，三者由上至下依次外套在軋輥的外圍且圓周間距相等，其特征在于：

所述的上加熱感應器的高度設置在190-210mm之間，加熱比功率設置為1-3kw/cm²；

所述的下加熱感應器的高度設置在155-175mm之間，加熱比功率設置為0.5-1.5kw/cm²；

所述的噴水圈內壁面為上小下大的錐形面，錐形面圓周上設有若干只向心噴水孔。

進一步地，所述上加熱感應器與下加熱感應器之間的間距設置在45-55mm之間。

進一步地，所述下加熱感應器與噴水圈之間的間距設置在25-35 mm之間。

進一步地，所述軋輥與上加熱感應器之間的間距設置在30-35mm之間。

進一步地，所述軋輥與下加熱感應器之間的間距設置在10-15 mm之間。

進一步地，所述噴水圈上的錐形面與端面夾角為55-65°。

進一步地，所述噴水圈內壁錐形面上設有的若干只噴水孔軸線與錐形面垂直，若干只噴水孔的出孔口中心處在同一平面上，所述的這一平面與夾持頂尖的軸線垂直，噴水孔的直徑為￠1.6-￠1.8mm，相鄰兩噴水孔間距為9-11mm。

本發明感應淬火時，材料的加熱溫度通常大于800°C，熱透入深度為△800°C=500/，根據公式計算，工頻對軋輥的熱透入深度為71mm，一般D₂軋輥直徑大多在?80mm-?120mm之間，因此，上加熱感應器可以對軋輥透熱；下加熱感應器工作頻率為1000Hz，根據熱透入公式，加熱深度為16mm，因此，其淬硬層深度不小于8mm；本發明還通過對噴水圈上的噴水孔數量和孔徑的限制，借此控制淬火噴水量，從而能使D₂鋼軋輥3淬硬層下面仍保持原調質組織，在滿足軋輥表面硬度的同時，也滿足軋輥包括韌性在內的綜合力學性能要求。

附圖說明

附圖1為本發明雙頻熱處理淬火裝置的結構示意圖；

附圖2為附圖1中I部分結構移出放大圖。

在附圖1和2中：1為雙頻感應淬火機床、2和2’為上下夾持頂尖、3為D₂鋼軋輥、4為上加熱感應器、401為上加熱感應器上口、402為上加熱感應器下口、5為下加熱感應器、501為下加熱感應器上口、502為下加熱感應器下口、6為噴水圈、601錐形面、602噴水孔。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步解釋說明：

如附圖1、2所示，D₂鋼軋輥雙頻熱處理淬火的裝置，包括雙頻感應淬火機床1、上下夾持頂尖2和2’、上加熱感應器4、下加熱感應器5、噴水圈6，上夾持頂尖2和下夾持頂尖2’頂尖相對，兩頂尖豎直支承在雙頻感應淬火機床1的工作軸線上；D₂鋼軋輥3通過兩端中心孔夾持在上夾持頂尖2和下夾持頂尖2’之間；上加熱感應器4和下加熱感應器5由紫銅制成，噴水圈6采用不銹鋼制成，上加熱感應器4、下加熱感應器5和噴水圈6分別沿雙頻感應淬火機床1的工作軸線，由上至下依次外套在D₂鋼軋輥3的外圍且圓周間隙相等；上加熱感應器4的高度設置為200mm，加熱比功率設置為2kw/cm²；下加熱感應器5的高度設置為160mm，加熱比功率設置為1kw/cm²；噴水圈6內表面為上小下大的錐形面601，錐形面601圓周上設有若干個向心噴水孔602，噴水孔602軸線與錐形面601垂直；上加熱感應器4與下加熱感應器5之間的間距設置為50mm；下加熱感應器5與噴水圈6之間的間距設置為30 mm；D₂鋼軋輥3與上加熱感應器4之間的間距設置為32mm；D₂鋼軋輥3與下加熱感應器5之間的間距設置為12mm。

本發明在上述雙頻熱處理淬火裝置上實現的淬火工藝包括以下步驟：

a、淬火預備

將D₂鋼軋輥3兩端的中心孔夾持在雙頻感應淬火機床1的上夾持頂尖2和下夾持頂尖2’之間，啟動D₂鋼軋輥3繞軸線轉動并沿上加熱感應器4、下加熱感應器5和噴水圈6移動，轉速為30r/min，移動速度為2mm/s；

b、預加熱

在上加熱感應器4工頻為50Hz，預加熱比功率2kw/cm²的條件下，D₂鋼軋輥3的輥身下端進入上加熱感應器上口401后，上加熱感應器4啟動，調節電位器，使電功率逐漸平穩增加，保證D₂鋼軋輥3的輥身在上加熱感應器4下口402的溫度為790°C；

c、加熱

在下加熱感應器5為中頻1000Hz，加熱比功率1kw/cm²的條件下，D₂鋼軋輥3的輥身下端進入下加熱感應器上口501后，下加熱感應器5啟動，調節電位器，使電功率逐漸平穩增加，保證D₂鋼軋輥3的輥身在下加熱感應器下口502的溫度為1000°C；

d、噴水冷卻淬火

D₂鋼軋輥3繼續下降使輥身下端進入噴水圈6后，啟動水泵進行噴水冷卻淬火，工作水壓為0.04MPa，淬火水溫30°C；

e、上加熱感應器4電功率回零

當D₂鋼軋輥3的輥身上端部進入上加熱感應器上口401后，上加熱感應器4開始減電功率，到達上加熱感應器下出口402時電功率減小到零；

f、下加熱感應器5電功率回零

當D₂鋼軋輥3的輥身上端部進入下加熱感應器上口501后，下加熱感應器5開始減電功率，到達下加熱感應器下出口502時電功率減小到零；

g、噴水冷卻保持

D₂鋼軋輥3的輥身上端部進入噴水圈6并至噴水線以下后，D₂鋼軋輥3的輥身停止下降，軋輥繼續轉動，并繼續噴水15-25s；

h、回火

在帶有循環風的箱式電阻爐里回火，爐窯溫度均勻性在±5℃范圍內，共回火兩次，第一次回火溫度550℃-560℃、回火時間36h，出爐空冷至室溫，第二次回火溫度550℃-560℃、回火時間24h；

I、硬度為HRC60°-62°、金相組織為馬氏體+合金碳化物+少量殘余奧氏體。

本發明感應淬火時，材料的加熱溫度通常大于800°C，熱透入深度為△800°C=500/，根據公式計算，工頻對D₂鋼軋輥3的熱透入深度為71mm，一般D₂鋼軋輥3直徑大多在?80mm-?120mm之間，因此，上加熱感應器4可以對D₂鋼軋輥3透熱；下加熱感應器5工作頻率為1000Hz，根據熱透入公式，加熱深度為16mm，因此，其淬硬層深度不小于8mm；本發明還通過對噴水圈6上的噴水孔602數量和孔徑的限制，借此控制淬火噴水量，從而能使D₂鋼軋輥3淬硬層下面仍保持原調質組織，在滿足軋輥表面硬度的同時，也滿足軋輥包括韌性在內的綜合力學性能要求。