CN107617713B - 一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，首先入炉后在400～450℃温度下保温，以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃保温，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃，升温至1180±10℃保温出炉锻造，锻造时控制镦粗速度，拔长变形时先在700mm宽上平砧、135°下V砧上锻造，控制第一道次压下量为30～50mm，第二道次压下量为50～80mm，之后进行大压下量主变形，每道次压下量为120～150mm，每道次错砧至少50mm，锻造变形采用拉打或推打方式；拔长至一定尺寸后进行刻痕，并将锤头换为700mm宽上、下平砧锻造变形，采取由端部向内推打锻造，按半砧送进、小压下量进行变形控制，可以避免锻造开裂及端面凹心、解决锻后粗晶及超探不合格问题，满足其调质后组织及强韧性要求。

Description

一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制造工艺控制技术领域，涉及一种锻造技术领域，具体涉及一种对大规格结晶辊锻件即1Cr13大规格轴类件进行加工的大规格结晶辊钢锻件锻造方法，可以避免锻造开裂及端面凹心、解决锻后粗晶及超探不合格问题，满足其调质后组织及强韧性要求。

背景技术

目前对于1Cr13结晶辊锻件进行锻造的常规生产方法是：按自由锻件加热通用技术要求Ⅲ组钢进行加热，采用油(水)压机锻造成型，锻造时不仅极易开裂，端面凹心严重，而且存在锻后粗晶及超声波不合格问题，严重影响生产效率及调质后组织与力学性能，产品质量差，合格率极低。传统的1Cr13锻件生产制造方法，锻前加热规范及锻造过程与普通合金结构钢类似，导致锻造过程中1Cr13锻件开裂及端面凹心严重，大大降低材料利用率及产品合格率，严重增加生产成本及延长生产周期。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种通过制定专用锻前加热规范，控制其高温组织及改善锻造塑性，同时锻造过程中采取特殊锻造方法，避免锻造开裂及端面凹心，并为改善调质后组织及提高力学性能做好预备组织，避免锻后粗晶及超探合格问题的一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，使产品一次性合格率大大提高，解决了该类似产品的生产难题，稳定了产品质量。

本发明目的的是这样实现的：

一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，其特征在于：

步骤1)、首先将电渣锭在400～450℃温度下进行低温保温，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃保温，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温，之后再升温至1180±10℃，保温后出炉锻造；

步骤2)、将步骤1)出炉后的电渣锭送上油压机，先通身轻压一周，控制压下量为15～30mm；之后再进行镦粗，整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒；

步骤3)、对步骤2)镦粗后的电渣锭，首先在700mm宽上平砧、135°下V砧上在油压机上进行拔长变形，拔长时先压电渣锭的锻件中部，再满砧压两端部分，并控制第一道次压下量为30～50mm，第二道次压下量为50～80mm，之后开始大压下量主变形，控制每道次压下量130mm，且每道次错砧至少50mm，同时整个主变形拔长过程采用拉打或推打的方式进行，避免在同一位置反复锻打；

步骤4)、对步骤3)拔长后的锻件在油压机上进行刻痕，同时将锤头换为700mm宽上、下平砧进行台阶锻造，并采取由端部向内推打锻造，按半砧送进、20～60mm的小压下量变形操作；

步骤5)、当锻造变形量不足20mm时，开始精整操作，精整时采用旋转角度不小于45°的大角度旋转锻打。

在步骤1)中,首先在400～450℃温度下进行低温保温,保温时间为3.0～8.0小时，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃，保温时间为3.0～8.0小时，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温4.0～9.0小时后，全功率升温至1180±10℃，保温3.0～5.0小时后出炉锻造。

在步骤2)的镦粗过程中需要严格控制镦粗速度，缓慢镦粗到位，防止由于镦粗过快产生表面质量问题及导致锻件中心部分急剧升温，引起局部过热，甚至过烧；所述严格控制镦粗速度是指通过关闭部分油压机的液压泵，将镦粗速度降为普通镦粗速度的一半，同时整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒实现的。

整个锻造过程控制始锻温度为960～1030℃，终锻温度为850～880℃。

本发明具有如下有益效果：本发明解决了1Cr13大规格结晶辊用钢锻造过程中开裂、锻造端部凹心严重、锻后超探不合及粗晶、δ-铁素体大量析出影响力学性能指标等难题，不仅使产品质量得到保证，而且生产效率高、降低了生产成本，同时锻件锻透性好，各部分的力学性能均匀、强韧性好，延长了使用寿命，生产工艺更加经济、科学。

附图说明

图1本发明的1Cr13结晶辊锻坯图。

图2本发明的1Cr13锻前加热规范图。

图3本发明的1Cr13中间坯刻痕图。

具体实施方式

本发明技术方案的实施主要在于对锻前加热工艺的设计及锻造过程的控制，根据锻件图及电渣锭尺寸，合理设计锻前加热规范及锻造变形方式；通过镦粗时控制镦粗速度，锻造时采用平砧与V砧相结合的锻造方式、控制其道次变形量及锻打顺序，解决目前生产中的技术难题；锻造结束后进行锻后退火、校直、理化检测、表面检验、超声波探伤和锯切下料等工作，最后进行机加工、调质处理及各项检测。本发明技术方案是充分分析1Cr13钢的钢种特性，根据结晶辊锻件图，确定电渣锭重量，制定专用锻前加热规范及锻造变形过程。一种大规格结晶辊钢锻件生产制造方法的生产工艺路线为：电炉冶炼+真空精炼→电渣重熔→加热→5000吨油压机镦粗、拔长、锻造成型→正火+回火→校直→理化检测、检验→粗加工→调质热处理→理化检测、检验→精加成型→检验→包装→交货。所用材质为1Cr13，电渣锭为我公司自己生产。

一种大规格结晶辊钢锻件生产制造方法的具体生产流程为：电炉冶炼+真空精炼→电渣重熔→加热→5000吨油压机镦粗、拔长、锻造成型→锻后正火+回火→校直→表面检验、下料、理化检测(低倍、非金属夹杂、退火组织、δ-铁素体含量、超声波探伤)→粗加工→调质热处理→理化检测(晶粒度、力学性能(一拉三冲)、超声波探伤)、检验、下料→精加至成品尺寸→磁粉检测、尺寸检验→交货。锻造所用设备为5000吨油压机，采用不同砧型配合锻造成型。锻造结束后进行锻后正火+回火、校直、理化检测、表面检验、超声波探伤、下料、调质热处理、理化检测、精加工成型、磁粉检测等工作，最终生产出满足高质量要求的大规格结晶辊锻件。锻造具体步骤如下：

步骤1)、锻前加热规范设计：锻前加热严格控制加热速度及锻造温度，首先将电渣锭在400～450℃温度下进行低温保温，保温时间为3.0～8.0小时，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃保温，保温时间为3.0～8.0小时，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温4.0～9.0小时后，全功率升温至1180±10℃，保温3.0～5.0小时后出炉锻造。同时确保加热均匀，避免出现阴阳面在后续镦粗时发生倾斜、钳把偏心、拔长出现端面凹心、马蹄形及表面裂纹问题。

步骤2)、锻造过程控制：将步骤1)出炉后的电渣锭送上油压机，先通身轻压一周，控制压下量为15～30mm，改善铸态组织；之后再进行镦粗，整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒。

镦粗时严格控制镦粗速度，缓慢镦粗到位，防止由于镦粗过快发生表面折叠，进而在后续拔长时产生表面质量问题；同时由于该材料合金含量较高，回复及再结晶速度较慢，缓慢镦粗可避免变形速度太快而导致锻件中心部分急剧升温，产生局部过热，甚至过烧，进而引起锻件超探及组织不合格问题。在镦粗过程中严格控制镦粗速度，是指可以通过关闭部分油压机的液压泵，将镦粗速度降为普通镦粗速度的一半，同时整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒。

步骤3)、对步骤2)镦粗后的电渣锭，首先在700mm宽上平砧、135°下V砧上在油压机上进行拔长变形，拔长时先压电渣锭的锻件中部，再满砧压两端部分，在保证稳定加持的前提下，尽量采用较小的夹持力，避免加持力过大在锻件表面产生夹痕；并控制第一道次压下量为30～50mm，第二道次压下量为50～80mm，以打碎表面铸态组织、提高锻件塑性；经过两道次拔长后，开始大压下量主变形，控制每道次压下量130mm，且每道次错砧至少50mm，确保锻件内部锻透压实；同时由于合金含量高，为保证变形过程中锻件能够充分发生回复、再结晶，提高锻件变形塑性，因此整个主变形拔长过程采用拉打或推打的方式进行，避免在同一位置反复锻打；精整时为保证表面质量，可旋转锻打，但须采用超过45°的大角度旋转方式。

步骤4)、对步骤3)拔长后的锻件在油压机上进行刻痕，同时将锤头换为700mm宽上、下平砧进行台阶锻造，并采取由端部向内推打锻造，按半砧送进、20～60mm的小压下量变形操作。

步骤5)、当锻造变形量不足20mm时，开始精整操作，精整时采用旋转角度不小于45°的大角度旋转锻打。

锻造过程中根据各个阶段的材料塑性及变形特点，分别采用上平砧、下V砧及上、下平砧锻造；同时为保持良好的锻造塑性及避免δ-铁素体的产生，整个锻造过程控制始锻温度为960～1030℃，终锻温度为850～880℃。

实施例：1Cr13大规格结晶辊锻件锻造实例：以制造φ680mm规格的1Cr13结晶辊锻件为例，如图1所示，进行分析。具体锻造方法如下：

步骤1)、锻前专用加热规范设计：选用电渣锭尺寸为φ1000mm，锻前专用加热规范如图2。锻前加热严格控制加热速度及锻造温度，首先将电渣锭在400～450℃温度下进行低温保温，保温时间为4.0小时，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃保温，保温时间为4.0小时，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温5.0小时后，全功率升温至1180±10℃，保温4.0小时后出炉锻造。同时确保加热均匀，避免出现阴阳面在后续镦粗时发生倾斜、钳把偏心、拔长出现端面凹心、马蹄形及表面裂纹问题。

步骤2)、锻造过程控制：锻造前预热工具、工装不低于250℃，避免电渣锭受到激冷而导致锻造表面开裂及锻件降温过快影响锻造效率。将步骤1)出炉后的电渣锭送上油压机，先通身轻压一周，控制压下量为15～30mm，改善铸态组织；镦粗高度至950mm，镦粗过程中严格控制镦粗速度，整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒，目的是避免由于塑性低而产生表面折叠及心部过热、过烧。

镦粗时严格控制镦粗速度，缓慢镦粗到位，防止由于镦粗过快发生表面折叠，进而在后续拔长时产生表面质量问题；同时由于该材料合金含量较高，回复及再结晶速度较慢，缓慢镦粗可避免变形速度太快而导致锻件中心部分急剧升温，产生局部过热，甚至过烧，进而引起锻件超探及组织不合格问题。在镦粗过程中严格控制镦粗速度，是指可以通过关闭部分油压机的液压泵，将镦粗速度降为普通镦粗速度的一半，同时整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒。

步骤3)、对步骤2)镦粗后的电渣锭，首先在700mm宽上平砧、135°下V砧上在油压机上进行拔长变形，拔长时先压电渣锭的锻件中部，再满砧压两端部分，在保证稳定加持的前提下，尽量采用较小的夹持力，避免加持力过大在锻件表面产生夹痕；并控制第一道次压下量为30～50mm，第二道次压下量为50～80mm，以打碎表面铸态组织、提高锻件塑性；经过两道次拔长后，开始大压下量主变形，控制每道次压下量120～150mm，且每道次错砧至少50mm，以确保充分锻透并避免心部开裂，确保锻件内部锻透压实；同时由于合金含量高，为保证变形过程中锻件能够充分发生回复、再结晶，提高锻件变形塑性，因此整个主变形拔长过程采用拉打或推打的方式进行，以使其在锻造过程中能够完全发生回复、再结晶；为避免端部凹心，镦粗后拔长时先压锻件中部，再满砧压两端部分，避免在同一位置反复锻打；精整时为保证表面质量，可旋转锻打，但须采用超过45°的大角度旋转方式。

步骤4)、对步骤3)拔长后的锻件在油压机上进行刻痕，拔长至φ740mm后，按图3(图中尺寸单位均为mm)进行刻痕，一方面可避免刻痕时产生拉料影响表面质量，另一方面对大台阶预留了一定锻比防止锻件粗晶。刻痕后进行成品锻造成型时，将锤头换为700mm宽上、下平砧进行锻造，采取由端部向内推打锻造，并按半砧送进、小压下量(压下量为20～60mm)变形控制，防止由于砧宽比不合理，导致锻件出现纵、横裂纹等质量问题。

步骤5)、当锻造变形量不足20mm时，开始精整操作，精整时采用旋转角度不小于45°的大角度旋转锻打。

锻造过程中根据各个阶段的材料塑性及变形特点，分别采用上平砧、下V砧及上、下平砧锻造；同时为保持良好的锻造塑性及避免δ-铁素体的产生，整个锻造过程中控制锻造温度为：主变形锻造温度不低于930℃，精整时锻造温度不低于850℃。

通过采取以上特殊的锻造方法，并严控各过程的锻造参数，不仅减少了锻造过程中的换砧次数，大大提高了锻造效率，同时解决了锻造过程开裂、端面凹心及锻后粗晶等难题，使该产品一次性合格率大大提高，进一步降低了生产周期及生产成本，并且避免了δ-铁素体的产生，使该结晶辊调质后的强韧性也得到极大提高。

通过上述各工序的严格控制，得到理化检测结果如表1。

表1实例的技术指标

上述本发明技术方案是充分分析1Cr13钢的钢种特性，根据结晶辊锻件图，确定电渣锭重量，制定专用锻前加热规范及锻造变形过程。其生产工艺路线为：电炉冶炼+真空精炼→电渣重熔→加热→5000吨油压机镦粗、拔长、锻造成型→正火+回火→校直→理化检测、检验→粗加工→调质热处理→理化检测、检验→精加成型→检验→包装→交货。所用材质为1Cr13，电渣锭为我公司自己生产。

具体生产流程为：电炉冶炼+真空精炼→电渣重熔→加热→5000吨油压机镦粗、拔长、锻造成型→锻后正火+回火→校直→表面检验、下料、理化检测(低倍、非金属夹杂、退火组织、δ-铁素体含量、超声波探伤)→粗加工→调质热处理→理化检测(晶粒度、力学性能(一拉三冲)、超声波探伤)、检验、下料→精加至成品尺寸→磁粉检测、尺寸检验→交货。锻造所用设备为5000吨油压机，采用不同砧型配合锻造成型。锻造结束后进行锻后正火+回火、校直、理化检测、表面检验、超声波探伤、下料、调质热处理、理化检测、精加工成型、磁粉检测等工作，最终生产出满足高质量要求的大规格结晶辊锻件。

Claims (4)

1.一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，其特征在于：

步骤1)、首先将电渣锭在400～450℃温度下进行低温保温，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃保温，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温，之后再升温至1180±10℃，保温后出炉锻造；

步骤2)、将步骤1)出炉后的电渣锭送上油压机，先通身轻压一周，控制压下量为15～30mm；之后再进行镦粗，整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒；

步骤3)、对步骤2)镦粗后的电渣锭，首先在700mm宽上平砧、135°下V砧上在油压机上进行拔长变形，拔长时先压电渣锭的锻件中部，再满砧压两端部分，并控制第一道次压下量为30～50mm，第二道次压下量为50～80mm，之后开始大压下量主变形，控制每道次压下量130mm，且每道次错砧至少50mm，同时整个主变形拔长过程采用拉打或推打的方式进行，避免在同一位置反复锻打；

步骤4)、对步骤3)拔长后的锻件在油压机上进行刻痕，同时将锤头换为700mm宽上、下平砧进行台阶锻造，并采取由端部向内推打锻造，按半砧送进、20～60mm的小压下量变形操作；

步骤5)、当锻造变形量不足20mm时，开始精整操作，精整时采用旋转角度不小于45°的大角度旋转锻打。

2.根据权利要求1所述的一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，其特征在于：在步骤1)中,首先在400～450℃温度下进行低温保温,保温时间为3.0～8.0小时，然后以不超过50℃/h的速度升温至850±10℃，保温时间为3.0～8.0小时，再以不超过80℃/h的速度升温至1000±10℃并保温4.0～9.0小时后，全功率升温至1180±10℃，保温3.0～5.0小时后出炉锻造。

3.根据权利要求1所述的一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，其特征在于：在步骤2)的镦粗过程中需要严格控制镦粗速度，缓慢镦粗到位，防止由于镦粗过快产生表面质量问题及导致锻件中心部分急剧升温，引起局部过热，甚至过烧；所述严格控制镦粗速度是指通过关闭部分油压机的液压泵，将镦粗速度降为普通镦粗速度的一半，同时整个镦粗过程中间停顿2～3次，每次停顿时间为5～10秒实现的。

4.根据权利要求1所述的一种大规格结晶辊钢锻件锻造方法，其特征在于：整个锻造过程控制始锻温度为960～1030℃，终锻温度为850～880℃。