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      大型高碳鉻不銹鋼鍛件的鍛造工藝研究

      發布時間:2021-04-07 08:25:32 丨 瀏覽次數:

      針對G102Cr18Mo蘑菇頭不銹鋼鍛件的規格及使用工況,采用電渣錠鍛造并制定鍛造工藝,破碎鍛件一次碳化物,得到滿足無損檢測要求以及性能合格的不銹鋼鍛件。

      蘑菇頭鍛件為大騰峽水利樞紐工程項目中船閘啟閉處承載用鍛件,該鍛件規格是目前世界上最大的閘門底樞用鍛件,主要用于承受閘門整體重量及啟閉的壓力且工作環境惡劣,故選用高碳高鉻不銹鋼材質鍛造。該鍛件要求50年磨損量<4.7mm,對其耐蝕性,耐磨性要求都很高。此規格材質的鍛件在我國尚屬首次鍛造,并無成功經驗可以借鑒。因此,我公司針對此鍛件的物性特點和使用工況,采用電渣錠進行制造,通過WHF寬砧強力壓下法,充分鍛透心部組織,結合保溫輔具鍛造,成功鍛造出滿足用戶需求的鍛件。

      1技術要求

      蘑菇頭鍛件外觀尺寸如圖1所示,材質為G102Cr18Mo,具體技術要求如下:

      1)退火硬度250~255HBW。

      2)化學成分、非金屬夾雜物、金相組織及檢驗方法按GB/T30862008規定執行,具體要求見表1~2。

      3)初加工后按GB/T6402-2008進行內部質量檢驗和評定,質量等級3級。

      2鍛造工藝分析

      2.1材質熱加工特性

      1)熔點低:G102Crl8Mo加熱溫度超過1200℃,開始出現液相,易產生8鐵素體,鍛造過程中極易開裂。

      2)碳化物含量多:該材質碳化物含量高,一次碳化物(共晶碳化物)高溫下也無法溶解。因此,在加熱到奧氏體區所進行的熱鍛,也并不是單相區的熱加工,而是奧氏體與大量的碳化物混合的多相區,且這些碳化物在鑄錠中呈粗大網狀和枝狀分布。

      3)組織導熱性差:不銹鋼隨合金元素含量提高,導熱性能變差,導熱率約為碳鋼的1/3。且在高低溫段導熱率不同,因此,不銹鋼在加熱時要嚴格控制加熱溫度和加熱速度,采取分段加熱方式,確保鍛件受熱均勻、燒透,避免因熱應力產生裂紋。

      2.2鍛造生產難點

      1G102Cr18Mo材質鍛件為我公司首次生產,如此規格的鍛件在國內尚屬首次,對主要工藝參數、操作過程控制等掌控不足,無相關文獻資料參考,無經驗借鑒。

      2)鍛造溫度范圍窄。嚴格控制電渣鍵的加熱溫度和始鍛、終鍛溫度。鍛造溫度范圍控制是保證鍛造成形的關鍵,提高始鍛溫度利于成分均勻性,變形抗力小且變形均勻,但易產生粗大晶粒,影響無損檢測及性能;終鍛溫度低,材料變形抗力大,不易鍛壓且鍛件心部容易開裂,故需要選擇合適的鍛造溫度范圍。

      3)塑性低。G102Cr18Mo不銹鋼的塑性特點是高溫段塑性較好,溫度下降到一定范圍內塑性急劇變差。若鍛件內部溫差太大,在受到外力作用時,就會產生熱應力裂紋。因此,鍛造時變形量的大小要根據鍛件溫度狀態來選擇,鍛造所用錘頭、回轉臺等工輔具應提前預熱,防止鍛件接觸時降溫過快。在高溫狀態下變形量大些,打破粗大共晶碳化物,使共晶碳化物均勻分布,在接近終鍛溫度時要輕擊修整,防止產生裂紋。

      3鍛造生產過程

      鍛造生產中,通過對鍛件材質的特性分析和生產難點的控制計劃,鐓粗過程中使用合理保溫措施延長可鍛溫度范圍的鍛造時間。WHF寬估拔方過程中,前期采用小變形量后逐漸加大變形,使鍛件心部鍛透,改善內部鍛件組織狀態。

      1火:升溫至1180℃,保溫12h后,鋼錠出爐壓鉗口、預拔長,改變電渣錠表面鑄態組織。

      Ⅱ火:升溫至1180℃,保溫30h,執行擴散退火工藝,經過長時間高溫擴散退火,減少化學成分和組織不均勻性程度。電渣錠鐓粗采用合理措施,以延長鍛造時間。

      Ⅲ火:升溫至1180℃,保溫12h,坯料繼續進行WHF法撥方。該火次壓下量可適當增加,拔方后進行滾圓拔長下料。

      V火:升溫至1180℃,保溫后出爐進行最終成形?;剞D臺臺面提前放置好保溫棉,以便減少溫降,坯料冒口端朝下對準回轉臺中心放置。上平砧先以坯料中心為軸線,進行預鐓粗后再開始旋壓。最后滾鍛外圓,平整端面,出成品。

      4鍛后熱處理

      鍛后熱處理執行一次正火、一次退火加回火工藝,以消除鍛造過程中產生的應力,降低機械加工硬度,改善鍛件品粒度大小及攣晶碳化物的形態,平衡鍛件內部組織,降低鍛件化學成分與顯微組織的不均勻性。鍛后熱處理工藝如圖2所示。

      5結論

      鍛件粗加工后切取試環進行性能試驗,力學性能及非金屬夾雜均滿足技術條件要求,金相組織為細粒狀珠光體和彌散分布的碳化物,超聲檢測顯示晶粒組織均勻并可檢測到6次回波,順利通過檢測。

      對這批高碳鉻不銹鋼鍛件,采用電渣重熔鋼錠,并采取合理的保溫措施,延長可鍛造時間,提高了產品的可鍛性,成功鍛制出大規格高碳鉻不銹鋼,為今后研發其他材質不銹鋼大鍛件積累了技術參數和生產經驗。

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