CN113000758B

CN113000758B - 方钢锻造方法

Info

Publication number: CN113000758B
Application number: CN202110273824.6A
Authority: CN
Inventors: 王占忠; 李红伟; 张越; 马建祎; 郭士北; 杜正龙; 胡梦頔
Original assignee: Daye Special Steel Co Ltd
Current assignee: Daye Special Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2041-03-15
Also published as: CN113000758A

Abstract

一种方钢锻造方法，在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度以使连铸坯料表面与连铸坯料内部存在温差，提高连铸坯料表面组织相对于连铸坯料中部组织的结构强度，从而增加传递至连铸坯料中部组织的压力。本发明通过降低连铸坯料表面温度的方式，来提高连铸坯料表面的结构强度，从而使得锻造作用力能够更好地传递连铸坯料的中部组织，对于压缩比低于3的锻造工艺，本发明能够更好地改善连铸坯料中部组织的质量。本发明优先采用雾冷方式对连铸坯料进行表面降温，连铸坯料的表面温度明显下降后，在受到锻造作用力后，其表面变形量减少，同时其内部温度高的金属易流动，更易于形变，组织疏松情况改善就会非常明显，方钢的中部组织质量更高。

Description

方钢锻造方法

技术领域

本发明涉及金属材料锻造技术领域，更具体地说，特别涉及一种方钢锻造方法。

背景技术

工程机械用某种液压阀(例如泵车液压阀)的主体结构使用45#钢作为制造材料，具体是利用传统的锻造方法对连铸坯料进行锻造。

目前，现用液压锤公称压力为45MN，连铸坯料的高和宽尺寸为410mm*530mm，锻造后大方坯的高和宽尺寸为300mm*330mm，锻造压缩比为2.2。现有的锻造工艺对连铸坯料的锻造压缩比小(一般锻造压缩比≥3)，锻造过程多为连铸坯表面变形，原连铸坯内部缩孔、疏松等缺陷不能被压实和焊合，锻造后的大规格方钢不能满足低倍组织中心疏松≤1.5级的要求。

因此，现利用传统的锻造方法将铸坯料锻造成大规格方钢，对连铸坯料的锻造压缩比较小，这样就会造成大规格方钢中心部位低倍组织中心疏松明显，出现不能达到使用要求的问题。

发明内容

综上所述，如何解决传统锻造方法锻造大规格方钢所存在的方钢中心部位低倍组织中心疏松明显，不能达到使用要求的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种方钢锻造方法，在该方钢锻造方法中，对加热后的连铸坯料进行锻造，在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度以使连铸坯料表面与连铸坯料内部存在温差，提高连铸坯料表面组织相对于连铸坯料中部组织的结构强度，从而增加传递至连铸坯料中部组织的压力。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，在锻造过程中降低连铸坯料受砸面的温度；所述受砸面为连铸坯料用于与锻造上砧接触的表面。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，对连铸坯料的锻造过程中，通过风冷的方式降低连铸坯料表面的温度。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，对连铸坯料的锻造过程中，通过水雾冷的方式降低连铸坯料表面的温度。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，所述锻造的压缩比小于3，优选压缩比为2.5以下；更优选为2-2.5。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，所述温差为50℃以上，优选为100℃以上。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，包括：

步骤一、对连铸坯料进行加热并保温，保温温度范围为1200℃±20℃，保温时间≥1.5h；

步骤二、对加热后的连铸坯料进行锻造，在锻造整个过程中降低连铸坯料表面的温度以提高连铸坯料表面组织相对于连铸坯料中部组织的结构强度，从而增加传递至连铸坯料中部组织的压力；锻造的压缩比达到2.2±0.1时停止锻造，得到所述方钢。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度采用水雾发生装置完成，所述水雾发生装置包括轴流风机以及设置在所述轴流风机的出风口处的水管，在对连铸坯料进行锻造时，由水雾发生装置生成水雾喷在连铸坯料的表面。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，所述方钢的高和宽为270*270以上，优选为300mm*330mm；更优选地，所述连铸坯料的高和宽的尺寸为410mm*530mm。

优选地，在本发明所提供的方钢锻造方法中，将连铸坯料放置在锻造下砧上，通过锻造上砧锤砸连铸坯料的上表面进行锻造。

本发明提供了一种方钢锻造方法，对加热后的连铸坯料进行锻造，在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度以使连铸坯料表面与连铸坯料内部存在温差，提高连铸坯料表面组织相对于连铸坯料中部组织的结构强度，从而增加传递至连铸坯料中部组织的压力。本发明创造性地改变了连铸坯料的锻造过程，通过降低连铸坯料表面温度的方式，来提高连铸坯料表面的结构强度，从而使得锻造作用力能够更好地传递连铸坯料的中部组织，在相同的锻造作用力条件下，对于压缩比低于3的锻造工艺，本发明能够更好地改善连铸坯料中部组织的质量。本发明优先采用雾冷方式对连铸坯料进行表面降温，连铸坯料的表面温度明显下降后，在受到锻造作用力后，相对于现有技术而言，其表面变形量减少，同时其内部温度高的金属易流动，更易于形变，如此，对于连铸坯料中部组织而言，其更易变形加上受力更多，则组织疏松情况改善就会非常明显，方钢的中部组织质量更高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例中使用锻造上砧与锻造下砧对连铸坯料进行锻造时的简易图示；

图2为本发明实施例中轴流风机安装水管后的结构示意简图；

图3为采用本发明所提供的方钢锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的中心疏松评级照片；

图4为采用本发明所提供的方钢锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的另一张中心疏松评级照片；

图5为采用传统锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的中心疏松评级照片；

图6为采用传统锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的另一张中心疏松评级照片。

在图1和图2中，部件名称与附图标记的对应关系为：

连铸坯料1、锻造上砧2、轴流风机3、水管4、锻造下砧5。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图6，其中，图1为本发明实施例中使用锻造上砧与锻造下砧对连铸坯料进行锻造时的简易图示；图2为本发明实施例中轴流风机安装水管后的结构示意简图；图3为采用本发明所提供的方钢锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的中心疏松评级照片；图4为采用本发明所提供的方钢锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的另一张中心疏松评级照片；图5为采用传统锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的中心疏松评级照片；图6为采用传统锻造方法进行锻造的方钢其中部组织的另一张中心疏松评级照片。

本发明提供了一种方钢锻造方法，以连铸坯料1作为锻造原料对其进行锻造，从而达到提高材料强度、改善材料内部质量的目的。通常情况下，锻造压缩比需要在3以上才能保证锻件的质量，而本发明所提供的方钢锻造方法，特别适合于压缩比小于3，优选压缩比为2.5以下；更优选为2-2.5，以下给出了压缩比2.2的例子。即本发明在低压缩比的情况下也可以锻造出满足低倍组织中心疏松≤1.5级要求的钢材。另外，本发明工艺适用于各种钢材的锻造，为了使本发明工艺更加清楚，下面采用了45#钢的锻造作为例子进行说明。本发明的方法尤其适用于大规格方钢的锻造，当然也适用于小规格方钢的锻造。所谓的大规格方钢，是指锻造后方钢产品的高和宽为270*270以上，优选为300mm*330mm。比如基于410mm*530mm的连铸坯而言，该尺寸的连铸坯锻造通常压缩比必须要≥3才能够确保锻造质量，如果以压缩比为3限定，则270mm*270mm以上(包含)即可视为是大规格。

在本发明所提供的方钢锻造方法中，其核心的锻造方案为：对连铸坯料1进行锻造，并在锻造过程中降低连铸坯料1表面的温度以提高连铸坯料1表面组织相对于连铸坯料1中部组织的结构强度，从而增加连铸坯料1中部组织的压力。

连铸坯料1在锻造过程中，其整体温度较高，在高温状态下，连铸坯料1表面组织的结构强度与连铸坯料1中部组织的结构强度近乎一致。在现有技术中，直接对连铸坯料1表面进行锤砸，那么锻造作用力会首先被连铸坯料1的表面组织吸收变形，传递至连铸坯料1中部组织的锻造作用力会明显减少，这样，连铸坯料1表层组织的形变明显优于连铸坯料1中部组织的形变，在该情况下就会出现采用现有常规的锻造方法锻造大规格方钢，方钢中心部位低倍组织中心疏松明显，方钢不能达到使用要求的问题。

在本发明中，45#大规格方钢化学成分为：C 0.42-0.50％，Si 0.17-0.37％，Mn0.50-0.80％，Cr≤0.25％，Ni≤0.30％，Cu≤0.20％。

为了解决该问题，本发明提出在对连铸坯料1锻造过程中，通过降低连铸坯料1表面的温度以提高连铸坯料1表面组织相对于连铸坯料1中部组织的结构强度，从而增加连铸坯料1中部组织受力的方案。在该方案中，连铸坯料1表面组织温度降低，连铸坯料1表面组织的分子活跃性下降，连铸坯料1表面组织的结构强度相比于连铸坯料1中部组织的结构强度得到提升，在锻造作用力不变的前提下，连铸坯料1表面组织的形变量减小，也就是说锻造作用力能够更好地传递至连铸坯料1中部组织，从而增加连铸坯料1中部组织的变形量，相比于现有技术而言，本发明解决了方钢(连铸坯料锻造后即为方钢)中心部位低倍组织中心疏松明显，不能达到使用要求的问题。

一般情况下，连铸坯料1具有一定的体积，其整体多采用矩形体结构。对于连铸坯料1而言，其至少具有六个面，而在锻造过程中，仅有两个相对的面直接受力，具体是连铸坯料1的下表面(放置在锻造下砧5上，直接受到锻造下砧5的作用力)和连铸坯料1的上表面(与锻造上砧2接触，直接受到锻造上砧2的作用力)。为了降低锻造能耗，本发明在锻造过程中具体是降低连铸坯料1受砸面的温度，其中，上述的受砸面是指连铸坯料1用于与锻造上砧2接触的表面，既上表面。连铸坯料1的受砸面温度降低后，锻造上砧2垂直下降落在受砸面上，锻造作用力以垂直于于受砸面的方向在连铸坯料1上进行传递，那么，连铸坯料1的前后、左右四个面由于没有直接受力，其冷却后对中部组织的质量改善效果不明显，因此，本发明考虑仅对连铸坯料1的受砸面进行冷却。当然，如果条件允许，还可以对连铸坯料1的下表面进行冷却。

具体地，本发明对连铸坯料锻造时，降低连铸坯表面组织的温度在900℃±50℃之间，本发明需要降低连铸坯表面的温度，连铸坯表面组织温度与中部组织温度的温差在50℃以上，优选为100℃以上，更有选为150℃至300℃之间。上述温度限定，在终锻时，连铸坯的内外温度均还在奥氏体转变温度以上，奥氏体转变温度：Ac3钢坯温度是770℃，Ar3钢坯温度是720℃。

在本发明的一个优选实施方式中，对连铸坯料1的锻造过程中，通过风冷的方式降低连铸坯料1表面的温度。具体可以是提供一套制冷系统，由制冷系统提供冷风，向连铸坯料1的表面进行吹风，达到降低连铸坯料1表面温度的目的。

在本发明的另一个优选实施方式中，对连铸坯料1的锻造过程中，通过水雾冷的方式降低连铸坯料1表面的温度。具体可以是提供一套水雾冷却系统，由水雾冷却系统提供低温水雾，向连铸坯料1的表面进行喷雾(或者是喷洒低温的小水滴)，达到降低连铸坯料1表面温度的目的。

通过雾冷工艺，锻造时使连铸坯料1表面温度降低，液压锤压力(锻造作用力)更好的传递至连铸坯料1内部(中部组织)，这样可以增大连铸坯料1内部变形，使原连铸坯料1中部组织所存在的缩孔、疏松等缺陷更好的被焊合和压实，从而提高锻造后大规格方钢的内部质量，改善低倍组织中心疏松，满足使用要求。

在上述的方钢锻造方法中，其详细的锻造步骤如下：

步骤一、对连铸坯料1进行加热并保温，保温温度范围为1200℃±20℃，保温时间≥1.5h；

步骤二、对连铸坯料1进行锻造，在锻造过程中降低连铸坯料1表面的温度以提高连铸坯料1表面组织相对于连铸坯料1中部组织的结构强度，从而增加连铸坯料1中部组织的受力；

步骤三、连铸坯料1的压缩比达到2.2±0.1，停止锻造。

具体地，在步骤一中，本发明对连铸坯料1使用煤气台车炉进行加热，操作规程要求加热工艺为：保温温度1200℃±20℃，保温时间≥1.5h，具体执行工艺为加热温度设定为1200℃，保温保温时间1.5h。

具体地，在步骤二中，选用轴流风机3并在轴流风机3上安装水管4组装成水雾发生装置(既上述的水雾冷却系统)，在对连铸坯料1进行锻造时，由水雾发生装置生成水雾(低温水雾)喷在连铸坯的表面。其中，轴流风机3的规格参数为：电压为380V、功率为5.5kW。在轴流风机3的风机壳上方开设孔结构，与孔结构对接并固定水管4，水管4直径25mm。放置好轴流风机3，将轴流风机3的吹风口对准连铸坯料1。锻造时开启轴流风机3并开通水管4，水成雾状水滴喷在连铸坯料1的表面。一般情况下，锻造下砧5高度为1.2m，可调节轴流风机3高度，使其和锻造时连铸坯料1高度大致相同，可调节高度为1.2m±0.2m。

本发明选用工业用轴流风机3固定水管4的结构形式作为水雾发生装置，在锻造现场操作及使用十分便捷。

具体地，在步骤三种，将高和宽的尺寸为410mm*530mm的连铸坯锻造成300mm*330mm的方钢。

具体地，将连铸坯料1放置在锻造下砧5上，通过锻造上砧2锤砸连铸坯料1的上表面(既上述的受砸面)进行锻造。

本发明创造性地改变了连铸坯料1的锻造过程，通过降低连铸坯料1表面温度的方式，来提高连铸坯料1表面的结构强度，从而使得锻造作用力能够更好地传递连铸坯料1的中部组织，在相同的锻造作用力条件下，本发明能够更好地改善连铸坯料1中部组织的质量。本发明优先采用雾冷方式对连铸坯料1进行表面降温，连铸坯料1的表面温度明显下降后，在受到锻造作用力后，相对于现有技术而言，其表面变形量减少，同时其内部温度高的金属易流动，更易于形变，如此，对于连铸坯料1中部组织而言，其更易变形加上受力更多，则组织疏松情况改善就会非常明显，方钢的中部组织质量更高。

本发明通过实验验证：采用本发明锻造后的方钢，高和宽的尺寸为300mm*330mm，低倍组织中心疏松评级为1级(见图示3和4)；而采用普通工艺(未采用雾冷工艺)锻造成的同规格方钢，低倍组织中心疏松评级为2级(见图示5和6)，低倍组织对比显示，采用雾冷锻造工艺可降低锻造方钢中心疏松级别，改善心部质量。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种方钢锻造方法，其特征在于，包括：

步骤一、对方坯连铸坯料进行加热并保温，保温温度范围为1200℃±20℃，保温时间≥1.5h；

步骤二、将连铸坯料放置在锻造下砧上，通过锻造上砧锤砸连铸坯料的上表面对加热后的连铸坯料进行锻造，在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度以使连铸坯料表面与连铸坯料内部存在温差，提高连铸坯料表面组织相对于连铸坯料中部组织的结构强度，从而增加传递至连铸坯料中部组织的压力；在锻造过程中降低连铸坯料表面的温度采用水雾发生装置完成，所述水雾发生装置包括轴流风机以及设置在所述轴流风机的出风口处的水管，在对连铸坯料进行锻造时，由水雾发生装置生成水雾喷在连铸坯料的表面；锻造的压缩比小于3时停止锻造，得到所述方钢。

2.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，

在锻造过程中降低连铸坯料受砸面的温度；

所述受砸面为连铸坯料用于与锻造上砧接触的表面。

3.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，

锻造的压缩比为2.5以下时停止锻造。

4.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，锻造的压缩比为2-2.5时停止锻造。

5.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，

所述温差为50℃以上。

6.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，

所述温差为100℃以上。

7.根据权利要求1所述的方钢锻造方法，其特征在于，

锻造的压缩比达到2.2±0.1时停止锻造。

8.根据权利要求3所述的方钢锻造方法，其特征在于，

所述方钢的高和宽为270mm*270mm以上。

9.根据权利要求3所述的方钢锻造方法，其特征在于，

所述方钢的高和宽为300mm*330mm。

10.根据权利要求3所述的方钢锻造方法，其特征在于，

所述连铸坯料的高和宽的尺寸为410mm*530mm。