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大型高碳铬不锈钢锻件的锻造工艺研究

作者:admin 来源: 日期:2020/12/10 1:06:20 人气:5

针对G102Cr18Mo蘑菇头不锈钢锻件的规格及使用工况,采用电渣锭锻造并制定锻造工艺,破碎锻件一次碳化物,得到满足无损检测要求以及性能合格的不锈钢锻件。

蘑菇头锻件为大腾峡水利枢纽工程项目中船闸启闭处承载用锻件,该锻件规格是目前世界上最大的闸门底枢用锻件,主要用于承受闸门整体重量及启闭的压力且工作环境恶劣,故选用高碳高铬不锈钢材质锻造。该锻件要求50年磨损量<4.7mm,对其耐蚀性,耐磨性要求都很高。此规格材质的锻件在我国尚属首次锻造,并无成功经验可以借鉴。因此,我公司针对此锻件的物性特点和使用工况,采用电渣锭进行制造,通过WHF宽砧强力压下法,充分锻透心部组织,结合保温辅具锻造,成功锻造出满足用户需求的锻件。

1技术要求

蘑菇头锻件外观尺寸如图1所示,材质为G102Cr18Mo,具体技术要求如下:

1)退火硬度250~255HBW

2)化学成分、非金属夹杂物、金相组织及检验方法按GB/T30862008规定执行,具体要求见表1~2

3)初加工后按GB/T6402-2008进行内部质量检验和评定,质量等级3级。

2锻造工艺分析

2.1材质热加工特性

1)熔点低:G102Crl8Mo加热温度超过1200℃,开始出现液相,易产生8铁素体,锻造过程中极易开裂。

2)碳化物含量多:该材质碳化物含量高,一次碳化物(共晶碳化物)高温下也无法溶解。因此,在加热到奥氏体区所进行的热锻,也并不是单相区的热加工,而是奥氏体与大量的碳化物混合的多相区,且这些碳化物在铸锭中呈粗大网状和枝状分布。

3)组织导热性差:不锈钢随合金元素含量提高,导热性能变差,导热率约为碳钢的1/3。且在高低温段导热率不同,因此,不锈钢在加热时要严格控制加热温度和加热速度,采取分段加热方式,确保锻件受热均匀、烧透,避免因热应力产生裂纹。

2.2锻造生产难点

1G102Cr18Mo材质锻件为我公司首次生产,如此规格的锻件在国内尚属首次,对主要工艺参数、操作过程控制等掌控不足,无相关文献资料参考,无经验借鉴。

2)锻造温度范围窄。严格控制电渣键的加热温度和始锻、终锻温度。锻造温度范围控制是保证锻造成形的关键,提高始锻温度利于成分均匀性,变形抗力小且变形均匀,但易产生粗大晶粒,影响无损检测及性能;终锻温度低,材料变形抗力大,不易锻压且锻件心部容易开裂,故需要选择合适的锻造温度范围。

3)塑性低。G102Cr18Mo不锈钢的塑性特点是高温段塑性较好,温度下降到一定范围内塑性急剧变差。若锻件内部温差太大,在受到外力作用时,就会产生热应力裂纹。因此,锻造时变形量的大小要根据锻件温度状态来选择,锻造所用锤头、回转台等工辅具应提前预热,防止锻件接触时降温过快。在高温状态下变形量大些,打破粗大共晶碳化物,使共晶碳化物均匀分布,在接近终锻温度时要轻击修整,防止产生裂纹。

3锻造生产过程

锻造生产中,通过对锻件材质的特性分析和生产难点的控制计划,镦粗过程中使用合理保温措施延长可锻温度范围的锻造时间。WHF宽估拔方过程中,前期采用小变形量后逐渐加大变形,使锻件心部锻透,改善内部锻件组织状态。

1火:升温至1180℃,保温12h后,钢锭出炉压钳口、预拔长,改变电渣锭表面铸态组织。

Ⅱ火:升温至1180℃,保温30h,执行扩散退火工艺,经过长时间高温扩散退火,减少化学成分和组织不均匀性程度。电渣锭镦粗采用合理措施,以延长锻造时间。

Ⅲ火:升温至1180℃,保温12h,坯料继续进行WHF法拨方。该火次压下量可适当增加,拔方后进行滚圆拔长下料。

V火:升温至1180℃,保温后出炉进行最终成形。回转台台面提前放置好保温棉,以便减少温降,坯料冒口端朝下对准回转台中心放置。上平砧先以坯料中心为轴线,进行预镦粗后再开始旋压。最后滚锻外圆,平整端面,出成品。

4锻后热处理

锻后热处理执行一次正火、一次退火加回火工艺,以消除锻造过程中产生的应力,降低机械加工硬度,改善锻件品粒度大小及挛晶碳化物的形态,平衡锻件内部组织,降低锻件化学成分与显微组织的不均匀性。锻后热处理工艺如图2所示。

5结论

锻件粗加工后切取试环进行性能试验,力学性能及非金属夹杂均满足技术条件要求,金相组织为细粒状珠光体和弥散分布的碳化物,超声检测显示晶粒组织均匀并可检测到6次回波,顺利通过检测。

对这批高碳铬不锈钢锻件,采用电渣重熔钢锭,并采取合理的保温措施,延长可锻造时间,提高了产品的可锻性,成功锻制出大规格高碳铬不锈钢,为今后研发其他材质不锈钢大锻件积累了技术参数和生产经验。