CN105328095A - 低碳高合金钢的锻造工艺 - Google Patents

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高欣
徐岳强
薛松
汪鹏
高明
赵晓忠
谭梦磊
高汝峰
周洪发
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Abstract

本发明提供一种低碳高合金钢的锻造工艺，包括如下工艺步骤：胚料准备、一次加热保温、二次加热、三次加热、反复的镦粗，拔长达到锻造比＞4.5、冲头冲孔、马杠扩孔、初模冲头膨孔、成型模膨孔精整;采用该工艺技术可以降低低碳高合金钢自由锻的制造成本，还可以解决低碳高合金钢由于成分，晶粒度等控制困难问题造成的使用性能偏低的问题。

Description

低碳高合金钢的锻造工艺
技术领域
本发明涉及一种低碳高合金钢的锻造工艺，具体涉及一种中大型低碳高合金钢的精密自由锻成型工艺。
背景技术
低碳高合金钢由于以上的锻造特性等因素，在国内锻造厂家都使用比较粗犷的锻造形式来成型，举例说明，我国最先进的第三代AP1000核电主管道主要就是控氮型0Cr18Ni10Ti（属于低碳高合金钢）在国内众多的研发单位中，都是采用锻造成圆钢然后再经过后续机加工成型技术，像这种粗犷的成型方式不但对整个锻造设备要求非常高，对产品开发有非常大的限制性，而且原材料浪费，能源消耗巨大，加工时间很长。目前国内外不能同时生产处内外径锥度大型高合金钢锻件，大型高合金钢异形件由于成本高，原材料，利用率低，能源消耗大无法大规模运用于石油，化工，电力等行业由于低碳高合金钢由于组织特性导致的细化晶粒困难导致的性能偏低，所以像此类项目发展存在非常大的制约。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，从而提供一种满足低碳高合金钢技术要求的低碳高合金钢的锻造工艺。
本发明所采用的技术方案是这样的：一种低碳高合金钢的锻造工艺，包括如下工艺步骤：
S1:胚料准备,选择低碳高合金不锈钢铸锭锯口水并切除冒口废料；
S2:将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内进行第一次加热和保温，第一次加热温度应小于580℃，第一次加热速度控制在≤80℃/H，然后在850℃下保温，保温时间按照D0.65-D0.8Min/mm计算，D为原材料最大有效厚度;
S3:当S2步的加热工序结束后进行第二次加热，第二次加热将低碳高合金原材料，由850℃加热到950℃，加热速度为60-80℃/H，加热后不保温;
S4:当S3步加热工序结束后进行第三次加热，第三次加热将低碳高合金原材料由950℃加热到1180℃下保温，升温速度不超过80℃/H，然后进行保温，保温时间按照D0.35min/mm计算；
S5:当S4步加热工序结束后进行锻造加工，所述的锻造加工包括反复的镦粗，拔长达到锻造比＞4.5，然后再进行冲头冲孔、马杠扩孔、初模冲头膨孔、成型模膨孔精整最后成形内孔和外形以及高度。
S6:在S5的锻造加工时当锻件温度降低至850℃时，需要再回炉进行加热，加热速度按照加热炉最大加热功率进行加温至1180℃，按照0.3min/mm保温。
进一步改进的是：将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内时，垫空距离炉底板300mm以上，原材料之间间隙在300mm以上，原材料远离出火口，避免焰直接灼烧原材料表面。
进一步改进的是：所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内控制气氛中的游离氧浓度不高于5%。
进一步改进的是：所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内应保持足够的正压，不小于6Pa。
进一步改进的是：成型后的产品其大端外径在φ800mm以上，壁厚在300mm以下，小端直径在φ300mm以上，高度在600mm以上。
进一步改进的是：成型后的产品，内孔与外径同方向为有锥度的孔，且保证同心度。
进一步改进的是：成型用工装模具在锻造之前应进行350℃预热。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：采用该工艺技术可以降低低碳高合金钢自由锻的制造成本，还可以解决低碳高合金钢由于成分，晶粒度等控制困难问题造成的使用性能偏低的问题。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2采用本发明工艺锻压低碳高合金钢异形大锻件变形过程流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式来进一步说明本发明。
高合金钢和普通钢材锻造难度对比
合金元素对比：
普通钢：合金元素在10%以下，正常情况在3-5%；
高合金钢：合金元素在10%以上，一般在实际运用中合金元素在10%-30%左右。
在实际生产中，本发明所指高合金钢主要合金元素包含：Cr,Ni,Mo,Ti.W,Cu,V等。
普通钢和合金钢锻造温度区别：
普通钢通常锻造温度区间：780℃-1240℃；
高合金钢通常锻造温度区间：850℃-1180℃。
导热系数对比：
普通钢：45W/m·K左右；
高合金钢：16W/m·K左右。
温度区间的变窄导致可锻时间缩短，另外高合金钢导热系数比普通钢差的多，举例不锈钢导热系数只有普通钢的1/3，导热系数小导致锻造过程中原材料内外温差极大，锻造要求在同一种组织下进行，而很多高合金钢在锻造过程中外部组织发生变化，内部组织还没有变，造成应力，组织结构，组织体积不同产生极大的应力造成开裂。
合金元素对锻造影响：
铬（Cr):合金钢主要元素之一，能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度，硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低；
镍：（Ni)具有很高的热强性能，被普遍运用与耐热钢中，热变形困难；
Mo,Ti,V,W（钼，钛，钒，乌）：都可以提高钢的强度等性能指标，但是都有一个特变提高钢的高耐热性，也就是说都加大了钢的高温变形难度。
如图1、图2所示，一种低碳高合金钢的锻造工艺，包括如下工艺步骤：
S1:胚料准备,选择低碳高合金不锈钢铸锭锯口水并切除冒口废料；
S2:将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内进行第一次加热和保温，第一次加热温度应小于580℃，第一次加热速度控制在≤80℃/H，然后在850℃下保温，保温时间按照D0.65-D0.8Min/mm计算，D为原材料最大有效厚度;
S3:当S2步的加热工序结束后进行第二次加热，第二次加热将低碳高合金原材料，由850℃加热到950℃，加热速度为60-80℃/H，加热后不保温;
S4:当S3步加热工序结束后进行第三次加热，第三次加热将低碳高合金原材料由950℃加热到1180℃下保温，升温速度不超过80℃/H，然后进行保温，保温时间按照D0.35min/mm计算；
S5:当S4步加热工序结束后进行锻造加工，所述的锻造加工包括反复的镦粗，拔长达到锻造比＞4.5，然后再进行冲头冲孔、马杠扩孔、初模冲头膨孔、成型模膨孔精整最后成形内孔和外形以及高度。
S6:在S5的锻造加工时当锻件温度降低至850℃时，需要再回炉进行加热，加热速度按照加热炉最大加热功率进行加温至1180℃，按照0.3min/mm保温。
成型控制：
在高合金钢冲孔方面，由于锻件坯料高度比较高，所以在冲头的选材，冲头的外形，原材料出坯高径比的合理设计至关重要，防止发生冲偏，内孔拉裂，内孔出现毛刺，冲头咬死等问题。
考虑到外径的大锥度，而内孔冲孔和马杠扩孔时又是直的，所以外径出坯的尺寸和形状至关重要。防止进模具后锻坯无法按照形状走料或产生撕裂。
在最后一火进模成型前，由于成型的变形量相对较小，异形件精整难度较大，所以最后一火的变形量和在加热炉内的温度和保温时间至关重要，防止最后外形“缺肉”，晶粒粗大影响使用性能
将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内时，垫空距离炉底板300mm以上，原材料之间间隙在300mm以上，原材料远离出火口，避免焰直接灼烧原材料表面。
所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内控制气氛中的游离氧浓度不高于5%。
所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内应保持足够的正压，不小于6Pa。
成型后的产品其大端外径在φ800mm以上，壁厚在300mm以下，小端直径在φ300mm以上，高度在600mm以上。
成型后的产品，内孔与外径同方向为有锥度的孔，且保证同心度，保证管壁壁厚的均匀性。
成型用工装模具在锻造之前应进行350℃预热，防止由于冷热温度差过大，导致锻坯表面冷却速度过大，受力产生裂纹.
低碳高合金钢精密锻造工艺流程：
去除（或热切）钢锭废弃部分后的钢坯+镦粗拔长工艺+冲孔+马杠扩孔+初模冲头膨孔+成型模膨孔精整。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1:胚料准备,选择低碳高合金不锈钢铸锭锯口水并切除冒口废料；
S2:将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内进行第一次加热和保温，第一次加热温度应小于580℃，第一次加热速度控制在≤80℃/H，然后在850℃下保温，保温时间按照D0.65-D0.8Min/mm计算，D为原材料最大有效厚度;
S3:当S2步的加热工序结束后进行第二次加热，第二次加热将低碳高合金原材料，由850℃加热到950℃，加热速度为60-80℃/H，加热后不保温;
S4:当S3步加热工序结束后进行第三次加热，第三次加热将低碳高合金原材料由950℃加热到1180℃下保温，升温速度不超过80℃/H，然后进行保温，保温时间按照D0.35min/mm计算；
S5:当S4步加热工序结束后进行锻造加工，所述的锻造加工包括反复的镦粗，拔长达到锻造比＞4.5，然后再进行冲头冲孔、马杠扩孔、初模冲头膨孔、成型模膨孔精整最后成形内孔和外形以及高度;
S6:在S5的锻造加工时当锻件温度降低至850℃时，需要再回炉进行加热，加热速度按照加热炉最大加热功率进行加温至1180℃，按照0.3min/mm保温。
2.如权利要求1所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：将低碳高合金不锈钢铸锭放入加热炉内时，垫空距离炉底板300mm以上，原材料之间间隙在300mm以上，原材料远离出火口，避免焰直接灼烧原材料表面。
3.如权利要求1所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内控制气氛中的游离氧浓度不高于5%。
4.如权利要求1所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：所述低碳高合金不锈钢铸锭在炉内加热时，炉内应保持足够的正压，不小于6Pa。
5.如权利要求1所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：成型后的产品其大端外径在φ800mm以上，壁厚在300mm以下，小端直径在φ300mm以上，高度在600mm以上。
6.如权利要求5所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：成型后的产品，内孔与外径同方向为有锥度的孔，且保证同心度。
7.如权利要求1所述的低碳高合金钢的锻造工艺，其特征在于：成型用工装模具在锻造之前应进行350℃预热。
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