CN102019544B - 特大型锻件铸焊锻复合成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特大型锻件铸焊锻复合成形方法，所述方法包括以下工艺步骤：步骤一、先铸造一较小钢锭，按常规工艺将其锻造；步骤二、将步骤一锻造后的钢坯经表面清理，置于铸模中央，预热铸模和钢坯至500±50℃，保温20±5min，然后在钢坯周围浇注1900-2000℃的钢水，使钢水与钢坯焊合，供继续锻造使用；步骤三、将步骤二焊合后的制成品按常规工艺继续锻造；若一次铸焊达不到尺寸和性能要求，则再铸焊，再锻造，直至满足尺寸和性能要求。采用本发明方法可在中小型设备上生产出符合质量要求的特大型锻件。

Description

特大型锻件铸焊锻复合成形方法

(一)技术领域

本发明涉及一种特大型锻件成形方法。属于材料加工工程技术领域。

(二)背景技术

钢铁、电力、石油化工、核动力和高能物理等大型成套设备，工作载荷巨大，环境恶劣，为保证设备工作的可靠性和安全性、其上的主要零件都必须由锻造制坯生产。大型锻件制造的工艺过程是：炼钢、铸锭、加热、锻造、预备热处理、最终热处理。铸锭过程中锭身内部形成的空洞、气泡、疏松、夹杂或偏析等冶金缺陷，都必须在锻造成形过程中得以修复或改善。现有修复缺陷的方法一是改变工具或者砧子的形状和尺寸，达到改善锻坯内部应力状态，增大变形量的目的，例如凸面砧墩粗；二是改变钢锭和锻坯的形状，达到改善锻坯内部应力状态，增大心部变形量的目的；三是改变钢锭和锻坯内部的温度场，变均匀温度场为满足特殊要求的不均匀温度场，达到改善锻坯内部应力状态的目的。

钢锭在凝固过程中，由于心部凝固滞后，各种缺陷大都集中在钢锭轴线附近。对特大型锻件而言，无论目前的哪一种方法，都很难使变形深入到心部，取得突破性进展。除非增大锻造设备吨位，在缺陷区域造成大的变形量和高的静水压应力。这需要巨额资金的支持。由于大型锻件的生产都是单件或小批量生产，设备利用率低，增大设备吨位在经济上是不合适的。开发新的锻造工艺，实现“小锤锻高质量大件”。在经济上、技术上都有非常重要的意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可在中小型设备上生产出符合质量要求的特大型锻件的特大型锻件铸焊锻复合成形方法。

本发明的目的是这样实现的：一种特大型锻件铸焊锻复合成形方法，所述方法包括以下工艺步骤：

步骤一、预锻造

先铸造一较小钢锭，按常规工艺将其锻造，

步骤二、铸焊

将步骤一锻造后的钢坯经表面清理，置于铸模中央，预热铸模和钢坯至500℃±50℃，保温20min±5min，然后在钢坯周围浇注1900-2000℃的钢水，使钢水与钢坯焊合，供继续锻造使用。

步骤三、锻造

将步骤二焊合后的制成品按常规工艺继续锻造。

若一次铸焊达不到尺寸和性能要求，则再铸焊，再锻造，直至满足尺寸和性能要求。所述铸锭按常规工艺进行；锻造采用常规的三镦(粗)三拔(长)工艺。

本发明通过先铸造一较小钢锭，将其“锻透”后，借鉴铝热焊接技术，用高于正常浇注温度的铸锭工艺，在其周围浇注钢水，使两者焊合后，再“锻透”。若一次铸焊达不到要求，则再铸焊，再锻，直至满足尺寸和性能要求。

本发明的有益效果是：

1、可在中小型设备上生产出符合质量要求的特大型锻件

突破现有设备的制造极限：可在中小型设备上生产出符合质量要求的特大型锻件。无论锻件有多大，都不存在内外质量差异问题。彻底解决大锻件内部质量控制难题。

2、工艺简单、易于实现工业化生产

自由锻造和高温铸焊都有工艺灵活，可操作性强的特点，适合锻压产品小批量工业化生产。

3、增加经济效益

只要焊牢，采用已有的锻造镦粗拔长工艺都有可能使锻件尺寸和性能达到要求，焊缝结合强度也可借助变形力得以提高。特大型锻件中的轴类零件服役时，主要变形方式是弯扭组合。横截面的最大应力作用点在圆周上。从圆周到圆心应力越来越小，呈线性分布。采用现有技术制造的大型锻件，为一次浇注后锻造而成。其整体成分相同，设计时按表面强度校核，势必造成中部和心部贵重合金元素的浪费。采用本工艺还可根据零件应力分布特点，科学地设计每次浇注钢水的成分，使之形成从里往外机械性能逐渐增高。减少心部昂贵金属成分用量，提高贵金属元素的利用率。增加经济效益。

4、提高大锻件的耐热疲劳性能

特大型锻件如热轧大轧辊服役时同时承受周期性的热负荷与机械载荷，产生相应的热应力与机械应力。热应力是造成大轧辊损伤失效的主要原因。根据需要，通过对铸焊层结构和铸焊材料配方设计，使大轧辊铸焊层成为缓解热应力的梯度功能多层金属结构，可减少大轧辊危险点表面层与近表面层间的温度差值，有益于提高大锻件的耐热疲劳性能。

(四)具体实施方式

本发明涉及一种采用铸焊与锻造复合成形技术制造特大型锻件的方法，其典型的实施例是：

将一吨9GrSi钢按常规技术，熔化铸成钢锭。采用常规的三镦(粗)三拔(长)工艺将其锻造成钢坯后，清理钢坯表面的锈蚀和污物，置于铸模中央，铸模及钢加热至坯500±50℃，保温20±5min。然后以1900-2000℃高温，在其周围浇注9GrSi钢水，使之与钢坯焊合。然后再次采用常规的三镦(粗)、三拔(长)工艺将其锻造，若一次铸焊达不到要求，则再铸焊，再锻造，直至满足尺寸和性能要求，获得合格锻件。该锻件尺寸只要起重机吨位和锻造设备封闭高度允许，不受任何限制。

所述常规铸锭工艺是指各钢厂现行的铸锭工艺，不再赘述。

所述锻造常规的三镦(粗)三拔(长)工艺中的镦粗是指沿轴向锻造，拔长指沿轴向锻造。镦粗与拔长交替进行。

附：

本发明所述特大型锻件尺寸范围根据轴类、环形类、矩形类、法兰类等不同的零件类型有不同的分类方法，在此不再一一说明。

Claims (1)

1.一种特大型锻件铸焊锻复合成形方法，其特征在于：所述方法包括以下工艺步骤：

步骤一、预锻造

先铸造一较小钢锭，按常规的三墩三拔工艺将其锻造；

步骤二、铸焊

将步骤一锻造后的钢坯经表面清理，置于铸模中央，预热铸模和钢坯至500±50℃，保温20±5min，然后在钢坯周围浇注1900-2000℃的钢水，使钢水与钢坯焊合，供继续锻造使用；

步骤三、锻造

将步骤二焊合后的制成品按常规的三墩三拔工艺继续锻造，

若一次铸焊达不到尺寸和性能要求，则再铸焊，再锻造，直至满足尺寸和性能要求。