CN111014545A - 一种快锻机用凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材 - Google Patents

一种快锻机用凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种快锻机用凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材，目的提高钢锭锻造成扁钢或模块的成材率。为实现上述目的，本发明技术方案是在普通镦粗盘孔周围增加一个7°的锥台，钢锭在镦粗过程由于锥台的受力，钢锭钳把后端向内微凹，减少了钢锭镦粗后圆肩，后期钢锭经快锻机拔长后扁钢端面平直。本发明与现有技术相比具有下列优点：①减少镦粗后的钢锭圆肩，减少了头尾切除量，提高钢锭成材率至75％以上，降低成本；②降低运送过程能源消耗；③凸型镦粗盘外形简单，易于制作生产，降低设备成本，提高生产效率。

Description

一种快锻机用凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材
技术领域
本发明属于金属锻造工具，具体涉及一种锻造工具凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材。
背景技术
模具钢是特殊的合金钢，一般按照用途和工作条件主要分为热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢三类。一般尺寸规格较大的模具钢扁钢或模块(厚度通常大于100mm、宽度通常大于600mm)常采用锻造方法生产，通过快锻机锻制提高钢材内部组织致密度，提高钢材性能。为提高锻件的横向力学性能和减少各向异性，破碎钢中的碳化物，使其分布均匀，模具钢扁钢及模块在锻造过程中经常采用多向镦粗、拔长方法。10吨以上的大型钢锭通过锻造成扁钢或模块的成材率一般只有60％～70％左右，金属损失大，锻件成本高。
发明内容
本发明公开一种快锻机用凸型镦粗盘及应用于锻造大型锻材，目的提高钢锭锻制成扁钢或模块的成材率。
为实现上述目的，本发明技术方案是在普通镦粗盘的基础上，普通镦粗盘示意图如图1，普通镦粗盘实物照片如图2，在镦粗盘孔周围增加一个7°的锥台，凸型镦粗盘示意图如图3，凸型镦粗盘实物照片如图4，钢锭在镦粗过程由于锥台的受力，钢锭钳把后端向内微凹，减少了钢锭镦粗后圆肩，后期钢锭经快锻机拔长后扁钢端面平直，因圆肩控制较小，减少了头尾切除量，提高钢锭锻制成扁钢或模块成材率至75％以上。
凸型镦粗盘应用于快锻机锻造大型锻材具体工艺步骤：
1.炼钢工艺：
①化学成分(％)：
热作模具钢4Cr5MoSiV1成分(％)碳：0.32～0.45、硅：0.80～1.20、锰：0.20～0.50、铬：4.75～5.50、钼：1.10～1.75、钒：0.80～1.20、硫不大于0.025、磷不大于0.025,其余为Fe和不可避免的杂质；
热作模具钢4Cr5MoSiV成分(％)碳：0.33～0.43、硅：0.80～1.20、锰：0.20～0.50、铬：4.75～5.50、Mo：1.10～1.60、V：0.30～0.60、S：≤0.025、P：≤0.025,其余为Fe和不可避免的杂质；
塑料模具钢3Cr2MnNiMo成分(％)碳：0.32～0.40、硅：0.20～0.40、锰：1.10～1.50、铬：1.70～2.00、钼：0.25～0.40、镍：0.85～1.15、硫不大于0.025、磷不大于0.025,其余为Fe和不可避免的杂质。
C Mn Si S P Cr Mo Ni
0.35 1.34 0.28 0.010 0.018 1.86 0.33 1.11
②采用UHP+LF+VD炼钢，控制VD出钢温度浇注钢锭，保证钢锭内部铸态组织。
③根据实际情况，还可采用电渣重熔方式，进行高纯净冶炼。
2.锻造工艺：采用镦粗、拔长方式进行多火次多方向锻造，通过使用锻造工具凸型镦粗盘、宽砧、剁刀和大平台等锻造工具锻造大型截面的扁钢或模块，大致分为四个步骤：
第一步，钢锭第一火次加热，钢锭出炉压钳把：①钢锭加热速度不大于100℃/h，钢锭加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为5h～15h；②快锻机在钢锭头部进行变形锻造，压制钳把，便于锻造过程夹持生产；
第二步，钢锭回炉第二火次加热，钢锭出炉第一次镦粗及第一次拔长：①压钳把后的钢锭回加热炉第二次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗比不小于2；④镦粗后的钢锭进行第一次拔长成大矩形坯；⑤终锻温度不小于900℃；
第三步，按锻造比要求，可进行第二次镦粗和拔长，即钢坯回炉第三火次加热，钢坯第二次镦粗及第二次拔长：①一次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第三次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢坯钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢坯立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗比不小于2；④镦粗后的钢锭进行第一次拔长成大矩形坯；⑤终锻温度不小于900℃；
第四步，按锻造比要求，可进行第三次镦粗，即钢坯回炉第四火次加热，钢坯第三次镦粗：①二次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第四次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢坯钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢坯立放于凸型镦粗盘上进行第三次镦粗，镦粗比不小于2；④终锻温度不小于900℃；
第五步，钢坯回炉第五火次加热，成品锻造，即将镦粗后的钢坯进行成品锻造，①三次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第五次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量控制150mm～180mm；④上下锤头使用宽砧锻制成品钢材；⑤终锻温度不小于900℃；
第六步，使用剁刀切除钳把；
第七步，成品材锻后热处理，消除锻造过程中产生的加工应力，改善硬度，改善切削加工性。
3.成品材外形尺寸及成材率指标
①成品材尺寸范围为250mm～800mm×600mm～1300mm；
②成品材外形及允许偏差满足GB/T908-2008《锻制钢尺寸、外形、总量及允许偏差》标准要求；
③实物料探伤水平达到SEP1921标准D/d级别；
④成品材成材率不小于70％。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
①减少镦粗后的钢锭圆肩，提高钢锭成材率至75％以上，降低成本；
②降低运送过程能源消耗；
③凸型镦粗盘外形简单，易于制作生产，降低设备成本，提高生产效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
图1是普通镦粗盘示意图；
图2是普通镦粗盘实物照片；
图3是凸型镦粗盘示意图；
图4是凸型镦粗盘实物照片；
图5是使用凸型镦粗盘对钢锭镦粗过程；
图6是使用凸型镦粗盘对钢锭镦粗后效果；
图7是使用凸型镦粗盘对扁钢镦粗后成品效果；
图8是使用凸型镦粗盘对钢锭镦粗后效果；
图9是使用凸型镦粗盘镦粗后扁钢成品效果。
具体实施方式
按照上述方案实施，提供以下三项优选实施例。
实施例1
热作模具钢4Cr5MoSiV1锻制扁钢，成品尺寸为460mm×900mm。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼Φ700mm电极，电渣重熔Φ1100mm电渣锭，钢锭重量13.4t；
2.锻造：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间10h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，凸型镦粗盘外形如图3、图4所示，使用凸型镦粗盘镦粗过程如图5所示，镦粗前钢锭高度1800mm，镦后钢锭高度900mm，镦粗比2，使用凸型镦粗盘镦粗后钢锭效果如图6所示，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯800mm×1200mm，终锻温度为930℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度1780mm，镦后钢锭高度890mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯660mm×1100mm，终锻温度为920℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量150mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸465mm×905mm，终锻温度910℃，使用凸型镦粗盘镦粗后扁钢成品效果如图7所示。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，消除锻造过程中产生的内应力，改善硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果
①热作模具钢4Cr5MoSiV1锻制扁钢化学成分分析结果见表1。
表1 ％
C Mn Si S P Cr Mo V
0.40 0.39 1.05 0.002 0.013 5.10 1.37 0.96
②表面检查合格；外形如图7所示，扁钢规格465mm×905mm，长度3130mm。
③热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足D/d级别，合格。
④成材重量10.33吨，钢锭重量13.4吨，成品材成材率77.0％。
实施例2
热作模具钢4Cr5MoSiV锻制扁钢，成品尺寸为420mm×900mm。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼Φ700mm电极，电渣炉电渣重熔Φ1100mm电渣锭，钢锭重量13.43吨；
2.锻造：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度，保温温度为1180℃，保温时间10h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，凸型镦粗盘外形如图3、图4所示，使用凸型镦粗盘镦粗过程如图5所示，镦粗前钢锭高度1810mm，镦后钢锭高度905mm，镦粗比2，使用凸型镦粗盘镦粗后钢锭效果如图8所示，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯800mm×1200mm，终锻温度为930℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度1790mm，镦后钢锭高度895mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯620mm×1100mm，终锻温度为930℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量150mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸425mm×905mm，终锻温度900℃，使用凸型镦粗盘镦粗后扁钢成品效果如图9所示。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，消除锻造过程中产生的内应力，改善硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果
①热作模具钢4Cr5MoSiV锻制扁钢化学成分分析结果见表1。
表1 ％
C Mn Si S P Cr Mo V
0.38 0.40 1.00 0.003 0.010 5.15 1.35 0.48
②表面检查合格；外形如图9所示，扁钢规格425mm×905mm，长度3380mm。
③热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足D/d级别，合格。
④成材重量10.2吨，钢锭重量13.43吨，成品材成材率76.0％。
实施例3
塑料模具钢3Cr2MnNiMo锻制模块，成品尺寸为750mm×1310mm。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼钢锭，钢锭重量26.85吨；
2.锻造：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度，保温温度为1200℃，保温时间15h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗前钢锭高度2110mm，镦后钢锭高度1055mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯1100mm×1300mm，终锻温度为940℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度2360mm，镦后钢锭高度1180mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯1100mm×1300mm，终锻温度为920℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第三次镦粗，镦粗前钢锭高度2360mm，镦后钢锭高度1180mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯1000mm×1400mm，终锻温度为930℃；
第五步，钢锭第五火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1200℃，保温时间为4h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量180mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸756mm×1318mm，终锻温度920℃。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，消除锻造过程中产生的内应力，改善硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果
①塑料模具钢3Cr2MnNiMo锻制模块化学成分分析结果见表1。
表1 ％
C Mn Si S P Cr Mo Ni
0.35 1.34 0.28 0.010 0.018 1.86 0.33 1.11
②表面检查合格；扁钢规格756mm×1318mm，长度2610mm。
③热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足D/d级别，合格。
④成材重量20.28吨，钢锭重量26.85吨，成品材成材率75.5％。

Claims (5)

1.一种快锻机用凸型镦粗盘，其特征在于：所述镦粗盘孔周围增加一个7度的锥台。
2.根据权利要求1所述一种快锻机用凸型镦粗盘应用于锻造大型锻材，其特征在于，所述凸型镦粗盘应用于快锻机锻造大型锻材的工艺：采用镦粗、拔长方式进行多火次多方向锻造，通过使用锻造工具凸型镦粗盘、宽砧、剁刀和大平台等锻造工具锻造大型截面的扁钢或模块，大致分为四个步骤：
第一步，钢锭第一火次加热，钢锭出炉压钳把：①钢锭加热速度不大于100℃/h，钢锭加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为5h～15h；②快锻机在钢锭头部进行变形锻造，压制钳把，便于锻造过程夹持生产；
第二步，钢锭回炉第二火次加热，钢锭出炉第一次镦粗及第一次拔长：①压钳把后的钢锭回加热炉第二次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗比不小于2；④镦粗后的钢锭进行第一次拔长成大矩形坯；⑤终锻温度不小于900℃；
第三步，按锻造比要求，可进行第二次镦粗和拔长，即钢坯回炉第三火次加热，钢坯第二次镦粗及第二次拔长：①一次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第三次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢坯钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢坯立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗比不小于2；④镦粗后的钢锭进行第一次拔长成大矩形坯；⑤终锻温度不小于900℃；
第四步，按锻造比要求，可进行第三次镦粗，即钢坯回炉第四火次加热，钢坯第三次镦粗：①二次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第四次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③钢坯钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢坯立放于凸型镦粗盘上进行第三次镦粗，镦粗比不小于2；④终锻温度不小于900℃；
第五步，钢坯回炉第五火次加热，成品锻造，即将镦粗后的钢坯进行成品锻造，①三次镦粗拔长后的钢坯回加热炉第五次加热，加热速度不大于100℃/h；②加热到保温温度1180℃～1200℃，保温时间为3h～5h；③快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量控制150mm～180mm；④上下锤头使用宽砧锻制成品钢材；⑤终锻温度不小于900℃；
第六步，使用剁刀切除钳把。
3.根据权利要求2所述一种快锻机用凸型镦粗盘应用于锻造大型锻材，其特征在于，所述凸型镦粗盘应用于快锻机锻造大型锻材：锻造热作模具钢4Cr5MoSiV1锻制大型截面扁钢，分为四个步骤：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间10h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗前钢锭高度1800mm，镦后钢锭高度900mm，镦粗比2，使用凸型镦粗盘镦粗后钢锭效果如图6所示，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯800mm×1200mm，终锻温度为930℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度1780mm，镦后钢锭高度890mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯660mm×1100mm，终锻温度为920℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量150mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸465mm×905mm，终锻温度910℃。
4.根据权利要求2所述一种快锻机用凸型镦粗盘应用于锻造大型锻材，其特征在于，所述凸型镦粗盘应用于快锻机锻造大型锻材：锻造热作模具钢4Cr5MoSiV锻制大型截面扁钢，分为四个步骤：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度，保温温度为1180℃，保温时间10h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗前钢锭高度1810mm，镦后钢锭高度905mm，镦粗比2，使用凸型镦粗盘镦粗后钢锭效果如图8所示，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯800mm×1200mm，终锻温度为930℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度1790mm，镦后钢锭高度895mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯620mm×1100mm，终锻温度为930℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1180℃，保温时间为3h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量150mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸425mm×905mm，终锻温度900℃。
5.根据权利要求2所述一种快锻机用凸型镦粗盘应用于锻造大型锻材，其特征在于，所述锻造工艺锻造塑料模具钢3Cr2MnNiMo锻制大型模块，分为四个步骤：
第一步，钢锭第一火次加热，即钢锭以100℃/h加热到保温温度，保温温度为1200℃，保温时间15h，出炉压钳把；
第二步，钢锭第二火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第一次镦粗，镦粗前钢锭高度2110mm，镦后钢锭高度1055mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第一次拔长，拔长成大矩形坯1100mm×1300mm，终锻温度为940℃；
第三步，钢锭第三火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第二次镦粗，镦粗前钢锭高度2360mm，镦后钢锭高度1180mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯1100mm×1300mm，终锻温度为920℃；
第四步，钢锭第四火次加热，即钢锭回炉以100℃/h加热到保温温度，保温温度1200℃，保温时间为5h，出炉钢锭钳把朝下置入凸型镦粗盘孔中，钢锭立放于凸型镦粗盘上进行第三次镦粗，镦粗前钢锭高度2360mm，镦后钢锭高度1180mm，镦粗比2，镦粗后的钢锭进行第二次拔长，拔长成大矩形坯1000mm×1400mm，终锻温度为930℃；
第五步，钢锭第五火次加热，即钢坯回炉以100℃/h加热到保温温度1200℃，保温时间为4h，出炉后快锻机上下锤头使用宽砧锻造，压下量180mm，上下锤头使用宽砧锻制成品钢材，成品钢材尺寸756mm×1318mm，终锻温度920℃。
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