一種大型餅類鍛件鍛造工藝的製作方法
2023-09-19 17:29:55 1
本發明屬於重大裝備大型基礎鑄鍛件技術領域，涉及一種電力、冶金、石化、核電、造船、鐵路、礦山、航空航天、軍工、工程等裝備大型基礎鑄鍛件的鍛造工藝，特別涉及一種大型餅類鍛件鍛造工藝。
背景技術：
餅類鍛件屬實心鍛件，是在液壓機上鍛造的典型鍛件之一，要求採用優質的大型鋼錠直接鍛造成形。而大型餅類鍛件鍛造工藝歷來是大型鍛件中最難掌握的鍛造技術之一，由於鋼錠都有其固有缺陷，如偏析、夾雜、疏鬆、粗大的柱狀晶等；隨著冶金質量的提高，這些缺陷可以減少，但不能消除。導致實際生產中超聲波探傷一次合格率一般都在50%以下，廢品率高，生產成本高，企業損失大。傳統的餅類鍛造技術基本囿於固有的鐓粗——拔長——鐓粗成形工藝觀念，並在此基礎上不斷進行工藝改進，雖然鍛件的合格率有所提高，總的來說，由於沒有突破原有的工藝，受該傳統工藝固有缺陷的限制，影響工藝參數的因素太多，掌握起來困難，鍛件質量波動很大，並沒有從根本上解決該類鍛件的鍛造工藝難題。常規鍛造成的大型餅類鍛件在距離中心一定範圍內存在大量密集型缺陷，經解剖分析，缺陷為橫向裂紋，不是白點，是在金屬薄弱處由激烈的剪切變形引起的，為夾雜型裂紋。餅類鍛件工藝的實質是解決鍛透、壓實工藝及防止產生夾雜性裂紋和有效減小片狀夾雜物的鍛造工藝，由於傳統的餅類鍛件最後的成形工序是鐓粗成形，一般鐓粗比較大，尤其在心部變形劇烈，應變狀態為縱向壓縮，兩向拉伸，前序拔長形成的流線型夾雜物經壓縮變形又形成片狀夾雜物，造成夾雜物面積增大且不可避免成為片狀，即後續的鐓粗變形破壞了前序拔長對夾雜物的細化及分散作用，反映在超聲波探傷上的結果是，在心部一定的區域內呈現大片的密集型缺陷，導致超聲波探傷不合格。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種大型餅類鍛件鍛造工藝，不會在鍛件心部區域內呈現大片的密集型缺陷，提高工件質量。
為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：一種大型餅類鍛件鍛造工藝，其特徵在於，該鍛造工藝具體按以下步驟進行：
步驟1：按鋼錠的材質對需鍛造的鋼錠進行加熱，並保溫，使鋼錠心部溫度與外部溫度一致，鋼錠均勻熱透；
步驟2：採用現有鍛造方法對鋼錠進行拔長，砧寬比0.8～0.9；每次壓下率至少為20%，一次完成鋼錠的拔長；隨後進入正方形階段：採用WHF鍛造法、SUF鍛造法或TER鍛造法，並採用錯砧拔長工藝進行鍛造：先沿鋼錠的長度方向在鋼錠上鍛造第一平面，然後將該第一平面放置在砧上，在鋼錠上鍛造與第一平面相平行的第二平面，再將鋼錠放置於砧上，使已鍛造的兩平面與砧面相垂直，鍛造與第一平面相垂直的第三平面，之後，將第三平面放置在砧上，鍛造第四平面；
步驟3：採用寬砧鍛造法在高度方向上鍛造扁方，砧寬比為0.8～0.9，形成坯料；
步驟4：根據鍛件的重量計算下料尺寸，並使下料得到的毛坯的長度與坯料寬度比值≤1.5；
步驟5：按現有的鍛造方法將毛坯鍛造成正方形，再倒八方，最後倒圓，得到半成品；
步驟6：按現有的鍛造方法將半成品鍛造成型，得到大型餅類鍛件。
本發明鍛造工藝與現有的餅類鍛件鍛造工藝路線完全不同，在拔長過程中採用各種特殊鍛造法對坯料進行壓實和鍛透，並且在後續鐓粗成形中也基本保留以前的鍛造組織和流線而不破壞流線，充分利用前序拔長所形成的流線，從根本上解決了管板鍛造的技術難點。工藝路線簡單，工藝技術可靠，鍛件超聲波探傷合格率接近100%，力學性能優良，完全能滿足產品性能的要求。
附圖說明
圖1是現有的平板鐓粗鍛造工藝鍛造大型餅類鍛件成形工藝路線圖。
圖2是本發明鍛造工藝鍛造大型餅類鍛件成形工藝路線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
現有的平板鐓粗鍛造工藝鍛造大型餅類鍛件成形工藝，如圖1所示，將鋼錠通過倒稜、拔長、下料、平板鐓粗和旋轉鐓粗工序鍛造成餅類鍛件。由於傳統工藝固有缺陷的限制，影響工藝參數的因素太多，掌握困難，鍛件質量波動很大。導致鍛造而成的大型餅類鍛件在距離中心一定範圍內存在大量密集型缺陷—夾雜型裂紋，超聲波探傷合格率低於50%。為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種工藝路線如圖2所示的大型餅類鍛件鍛造工藝，能夠製得力學性能優異的鍛件，超聲波一次探傷接近合格率100%的大型餅類鍛件。該鍛造工藝具體按以下步驟進行：
步驟1：按需要鍛造的鋼錠的材質對需鍛造的鋼錠進行加熱，並保溫，使鋼錠心部溫度與外部溫度一致，保證鋼錠均勻熱透；
鋼錠鍛造加熱規範的確定準則：
鋼錠鍛造前的加熱是鍛造生產中十分重要的環節。合理的鍛造前加熱，不僅能改善鍛造成形過程，防止產生裂紋、過燒、溫度不均勻等缺陷，而且對提高鍛件內部組織、性能有重要的影響。
確定鋼錠鍛造溫度範圍，一般按鋼的化學成分選定。但合理的鍛造溫度還應該考慮工廠具體的生產條件（如鋼錠的冶金質量、加熱設備性能、鍛後熱處理技術等）、鍛件的技術要求和錠型鍛造的特點等因素進行適當地調整。
隨著鋼錠冶金質量的提高和鍛造、熱處理技術的進步，大鍛件加熱工藝的發展趨勢是提高加熱溫度，擴大鍛造溫度範圍，縮短加熱時間，節省燃料消耗，提高生產效率。因而，現行的加熱制度，將會不斷進行調整和修訂。
鍛造加熱規範目前執行的是JB/T 6052—2005《鋼質自由鍛件加熱通用技術條件》，該標準規定了常用鋼種的鍛造溫度範圍，包括最高加熱溫度及終鍛溫度。其中大變形（粗鍛）比小變形（精整）終鍛溫度略高。高溫保溫時間的確定準則：
鋼錠加熱至鍛造溫度後，都應保溫一定的時間，以達到均勻熱透和高溫擴散的目的。高溫擴散加熱有利於消除或減輕鋼中微觀缺陷，擴散夾雜物分布，均勻化學成分（消除微觀偏析），提高鋼的塑性。對鍛造過程中壓實、焊合孔隙性缺陷，修復癒合內裂紋，有良好的作用。
而對於某些重要的鍛件（如汽輪機轉子等），其高溫擴散保溫時間為普通鍛件保溫時間的兩倍以上。
因此，本發明鍛造工藝中依據JB/T 6052—2005《鋼質自由鍛件加熱通用技術條件》中規定的鍛造溫度範圍和保溫時間對鋼錠進行加熱和保溫。
步驟2：採用現有鍛造方法對鋼錠進行拔長，砧寬比0.8～0.9；每次壓下率至少為20%，一次完成鋼錠的拔長；隨後進入正方形階段（即鐓粗階段）：採用WHF鍛造法、SUF鍛造法或TER鍛造法，同時採用錯砧拔長工藝進行鍛造：先沿鋼錠的長度方向在鋼錠上鍛造第一平面，然後將該第一平面放置在砧上，在鋼錠上鍛造與第一平面相平行的第二平面，再將鋼錠放置於砧上，使已鍛造的兩平面與砧面相垂直，鍛造與第一平面相垂直的第三平面，之後，將第三平面放置在砧上，鍛造第四平面；
主要拔長階段應在高溫下進行並採用大壓下量操作，以焊合鋼錠內部的孔洞，有效鍛合鋼錠內部缺陷。不允許在砧寬比＜0.5的上下平砧間拔長，要求必須在一次拔長中完成，不允許採用先拔一頭，再拔另一頭的操作方法。
大型鍛件鍛造中，拔長的鍛造效果最為明顯，尤其對鍛合鋼錠內部的疏鬆孔洞，拔長工序幾乎是唯一的辦法。拔長工序是鍛造工序中最關鍵最有效的工序，通過拔長，可以有效鍛合鋼錠自身固有的空洞疏鬆等缺陷並使夾雜物分散。無論是從理論分析還是實際生產效果來看，鐓粗工序對鍛合鋼錠內部的疏鬆空洞是困難的，同樣很難鍛合線狀夾雜物缺陷，並且不利於夾雜物面積的縮小和分散。本發明鍛造工藝充分利用各種大鍛件特殊鍛造法，如SUF鍛造法、WHF鍛造法、TER鍛造法對鋼錠進行有效的鍛造壓實操作，確保坯料經過充分的鍛造加熱、一定的鍛比和合理的工序搭配，一次完成鋼錠拔長，徹底破碎鑄造組織，並鍛合鋼錠內部孔洞、疏鬆等缺陷，實現鋼錠原材料從鑄態組織完全變為鍛造組織；徹底鍛合材料內部孔隙性缺陷，控制夾雜物形貌與裂紋的產生，控制產生夾雜性內部裂紋，並防止產生的夾雜物成為片狀，確保變形體保持三向壓應力狀態（三向壓應力為σ1、σ2、σ3或者σx、σy、σz），滿足超聲波探傷的技術要求；應用控制鍛造技術，控制混晶的產生。
對於某些重要鍛件（比如汽輪機低壓轉子、發電機轉子、核電壓力容器鍛件等）的開坯，為了確保鍛坯心部超聲波探傷合格，可以考慮採用其它特殊鍛造法或其組合，例如WHF法＋SUF法或WHF法＋TER法。
步驟3：採用寬砧鍛造法在高度方向上鍛造扁方，砧寬比為0.8～0.9，直至形成高度為H、寬度為B的坯料；
步驟4：根據鍛件的重量計算下料尺寸，並使下料得到的毛坯的長度L與坯料寬度B比值，即L/ B≤1.5，優選L/ B=1，這樣後續就不需要在毛坯的長度方向上進行鐓粗；
步驟5：按現有的鍛造方法將毛坯鍛造成正方形，再倒八方，最後倒圓，得到半成品；
步驟6：按現有的鍛造方法，如旋轉鐓粗法、中心壓窩法、雙凸形成形法等鍛造方法，將半成品鍛造成型，得到大型餅類鍛件。
本發明鍛造工藝充分利用前序拔長所形成的流線，並且在拔長過程中採用各種特殊鍛造法對坯料進行壓實和鍛透，克服了大型餅類鍛件鍛造過程中形成片狀夾雜物的客觀條件。同時，在後續鐓粗成形過程中保持良好的應力應變條件，使鍛件基本保留了拔長工序所形成的鍛造組織和流線，故使超聲波探傷合格，力學性能優異的鍛件。
本發明鍛造工藝是一種全新的大型餅類鍛件鍛造工藝，顛覆了現有的大型餅類鍛件工藝路線，從根本上解決了這類鍛件鍛造的技術難點，且該鍛造工藝要比現有的鍛造工藝路線簡單得多，技術可靠，鍛件超聲波探傷合格率接近100%，力學性能優良，完全滿足產品性能的要求。