WO2013041043A1 - 一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法 - Google Patents

Abstract

一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，适用于各种尺寸钢锭的自由锻过程。在锻造过程中，上砧和下砧分别使用上平板（5）和下平板（6），采用径向镦粗或宽砧径向压实工艺对钢锭（1）或坯料进行压下；对高径比在2以下的钢锭或坯料，在径向镦粗过程中的压下率为20-25%;对高径比大于2的钢锭或坯料，在宽砧径向压实过程中压下率为20-40%。该方法可以解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合钢锭内部孔洞型缺陷，尤其是中心疏松的问题；还可以解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合大高径比坯料内部孔洞型缺陷，尤其是轴线疏松的问题。

Description

一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法 技术领域

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造 方法， 它适用于各种尺寸钢锭和坯料的自由锻过程。

背景技术

锻造是大部分金属材料加工过程中的重要工序， 通过锻造可以改善锻件内部质量， 即破 碎铸态组织、 细化晶粒、 均匀组织， 并可锻合金属在冶炼过程中产生的縮孔、 气孔和疏松等 缺陷， 对提高锻件质量有着重要的意义。

钢锭在浇注以及随后的凝固过程中会产生縮孔、疏松、气孔等孔洞型缺陷。在金属液浇 注到钢锭模以后， 与钢锭模接触的金属液将首先凝固， 而心部的金属由于热传导慢将最后凝 固。 钢锭心部区域将逐渐形成糊状区， 而此时钢锭冒口顶部表面已经凝固， 导致无法对心部 进行补縮， 最终在沿钢锭轴线的心部区域形成縮孔和疏松等缺陷， 这些缺陷由于尺寸较大， 必须使用有效的锻造工艺将其锻合，否则将造成整件报废的严重后果，导致重大的经济损失。 同样， 对连铸坯来说， 由于没有冒口对其中心縮孔疏松进行补縮， 因此其中心区域通常存在 严重的贯穿性縮孔疏松缺陷， 采用普通锻造工艺难以使其有效愈合， 通常只能使用其锻造筒 类、 管类件， 这就严重限制了其使用范围。

如附图 1所示， 从 100吨核电转子用钢锭内部缺陷的实际解剖照片可见， 钢锭心部区域 形成的縮孔疏松呈细长条状沿轴线分布。 按照钢锭实际大小建立模型， 并使用解剖照片中真 实疏松外形， 对其进行轴向镦粗过程的有限元模拟结果如附图 2所示， 可以看出， 初始疏松 区域（如图中左边部分所示）在经过压下率为 50%的轴向镦粗后， 无法完全愈合（如图中右 半部分所示)， 这是由疏松本身的外形和分布状态决定的。 因此， 在整个锻造过程中， 轴向镦 粗无法有效锻合钢锭的中心疏松， 主要依靠拔长来完成对中心疏松的修复。

从改变锻件内部应力状态的角度出发， 研究人员提出了 WHF (宽砧大压下量锻造法)、 FM (不对称平砧锻造法）和 JTS (中心压实锻造法）等多种拔长方法。 在提出这些方法的 过程中， 人们已经意识到使用宽砧能够更加有效的愈合坯料的中心疏松， 但这些拔长方法的 砧宽有限导致心部获得的应变较小， 仍然不足以完全锻合坯料的中心疏松。 如图 3所示， 通 过有限元模拟得到的采用 WHF法拔长大高径比坯料的等效应变场分布图， 由图中可见应变 沿轴线方向应变分布不均匀， 在两次压下之间留有接砧区域， 此区域的应变很小， 成为变形 死区， 使这些锻造方法无法有效锻合该区域内的孔洞型缺陷。 大高径比坯料（如连铸坯）或 大高径比钢锭等其高径比大于 2， 无法使用镦粗工艺， 只能对其直接进行拔长。 这就导致其 锻比较小， 中心应变不足， 并在接砧区域存在变形死区， 难以有效愈合中心疏松。 而如果增 大锻比， 会导致锻件最终直径较小， 限制了其使用范围。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 以 解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合钢锭内部孔洞型缺陷， 尤其是中心疏松的问题。

本发明的另一目的在于提供一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的 锻造方法， 以解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合大高径比坯料内部孔洞型缺陷， 尤其 是轴线疏松的问题。

本发明的技术方案是：

一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 在锻造过程中， 上砧和下砧分 别使用上平板和下平板， 采用径向镦粗或宽砧径向压实工艺对钢锭或坯料进行压下； 对高径 比在 2以下的钢锭或坯料，在径向镦粗过程中的压下率为 20%〜25%；对高径比大于 2的钢锭 或坯料， 在宽砧径向压实过程中的压下率为 20%〜40%。

本发明中， 高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 包括如下步骤：

1 )对高径比为 1.2〜2的钢锭或坯料进行轴向预镦粗， 将其镦粗至高径比为 0.8〜1.1； 对 高径比小于 1.2的钢锭不需要进行预镦粗。

2) 上砧和下砧分别使用上平板和下平板， 对钢锭或坯料进行径向镦粗， 在径向镦粗过 程中的压下率为 20%〜25%；

3 )在径向镦粗后将钢锭或坯料翻转 90° ，进行拔长，直到钢锭或坯料的高径比为 1.8〜2.2；

4)对钢锭或坯料进行加热、轴向镦粗， 使钢锭或坯料高径比为 0.5〜0.7； 再次进行拔长， 将钢锭或坯料拔长至最终尺寸。

所述步骤 2)， 径向镦粗过程中的压下方向是常规拔长方法中的压下方向。

所述步骤 2)，径向镦粗过程中的压下率是指上平板的压下距离为钢锭或坯料原始高度或 直径的 20%〜25%， 压下率计算公式为：

压下率 = Λ Η/Η

其中， A Η为锻造过程中上平板压下的距离， H为钢锭或坯料原始高度， 如果钢锭或坯 料为圆柱体且压下方向沿直径方向， 则取直径尺寸。

在所述步骤 2)径向镦粗结束后， 将钢锭或坯料重新加热至其锻造所需温度， 以减小后 续拔长过程的变形抗力， 并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。 所述步骤 3)，使用 WHF法或 FM法进行拔长，每次压下率为 20%〜25%，在两个趟次结 束后， 再次将钢锭或坯料翻转 90° 进行第三趟次的拔长， 此过程结束后钢锭或坯料的高径比 为 1.8-2.2

所述步骤 3)， 在拔长过程结束后， 记录下步骤 2) 中径向镦粗的压下方向， 在步骤 4) 中再次拔长过程的第一个趟次沿此方向压下， 以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

所述步骤 4)， 在拔长的过程中再次使用步骤 2) 中的径向镦粗， 此次径向镦粗的方向与 前一次径向镦粗的方向相同， 两次径向镦粗的叠加使得钢锭或坯料内部的孔洞型缺陷沿同一 方向得到充分的变形， 以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

所述步骤 4)， 使用 WHF法或 FM法进行拔长， 沿步骤 2) 中径向镦粗的压下方向进行 第一趟次的拔长， 之后将钢锭或坯料翻转 90° 进行第二趟次的拔长， 这两趟次拔长过程中每 次压下率均为 20%〜25%， 这两趟次拔长结束后钢锭或坯料的高径比为 0.8-1.1， 此时再次使 用步骤 2)所述的径向镦粗方法， 之后使用 WHF法或 FM法将钢锭或坯料拔长至最终尺寸。

在所述步骤 4) 的径向镦粗之前增加一个火次， 即将钢锭或坯料重新加热至其锻造所需 温度， 以降低所需压机压力。

另外， 本发明还提出了一种小压下率高效率愈合大高径比钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的 锻造方法， 包括如下步骤：

1 )对高径比大于 2， 无法使用镦粗工艺的大高径比钢锭或坯料， 使用平板作为上下砧， 采用宽砧径向压实工艺对钢锭或坯料进行压下， 在宽砧径向压实过程中的压下率为 20%〜40%；

2)在宽砧径向压实后， 将钢锭或坯料回炉重新加热至材料锻造温度并保温；

3)将钢锭或坯料翻转 90° ， 使用上下平砧采用常规方法进行拔长。

所述步骤 1 ) 中， 上下砧均使用平板， 对钢锭或坯料进行宽砧径向压实， 其压下方向是 常规拔长方法中的压下方向。 严格来说这是一个镦粗过程， 但其压下方向与拔长过程相同， 在本发明中称这样一个过程为宽砧径向压实。

所述步骤 1 ) 中， 钢锭或坯料为圆柱体时， 其压下方向是沿圆柱体钢锭或坯料的直径方 向。

所述步骤 1 ) 中， 压下率计算公式为：

压下率 = ΛΗ/Η

其中， A Η为在下砧不发生位移的情况下， 锻造过程中上砧压下的距离； H为钢锭或坯 料原始高度； 钢锭或坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向时， 则 H取直径尺寸。 所述步骤 2) 中， 在宽砧径向压实结束后， 将钢锭或坯料重新加热至材料锻造温度并保 温， 保温时间在 2小时以上， 以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有更 充分的时间愈合。

所述步骤 2) 中， 在宽砧径向压实后， 钢锭或坯料呈扁方状。

所述步骤 2) 中， 保温时间在 2小时以上， 以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合 的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

所述步骤 3) 中， 在宽砧径向压实后将钢锭或坯料翻转 90° ， 使用 WHF法或 FM法进 行拔长两个趟次， 每次压下率均为 20%; 在两个趟次结束后， 继续将钢锭或坯料拔长至工艺 尺寸。

本发明的有益效果是：

1、 本发明提出了一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其步骤包括： 1 )在 压钳把、倒棱、切除多余冒口等工艺结束后，对钢锭进行轴向预镦粗。 2)上下砧均使用平板， 对坯料进行径向镦粗。 3)在径向镦粗后将坯料翻转 90° ， 继续使用 WHF法或 FM法等常 规方法进行拔长。 4)对坯料进行加热、轴向镦粗、再次拔长。在拔长的过程中可再次使用径 向镦粗方法，也可以使用 WHF法或 FM法等常规方法。此方法与 WHF法或 FM法等常规拔 长方法相比， 能够大大增加钢锭内部应变， 从而有利于钢锭内部孔洞型缺陷的愈合， 能够保 证钢锭内部孔洞型缺陷的愈合效果， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导 致报废的可能。

2、 本发明提出的一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法， 可以使用较少的火 次和锻造工序得到高质量的锻件产品， 从而减少设备占用时间， 提高生产效率， 降低能源消 耗， 节约生产成本并縮短生产周期。

3、 本发明提出的一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 提出宽砧径向压实工艺： 1 )使用平板作为上下砧， 采用宽砧径向压实工艺对坯料进行压下; 2)在宽砧径向压实后， 将坯料回炉重新加热并保温； 3)将坯料翻转 90° ， 使用上下平砧进 行拔长。 此方法与 WHF法或 FM法等常规拔长方法相比， 能够大大增加坯料内部应变， 从 而有利于坯料内部孔洞型缺陷的愈合， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验 导致报废的可能。

4、 本发明提出的一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 此方法可以使用较小的压下率保证坯料内部孔洞型缺陷的愈合。 与传统工艺相比， 使用此方 法可以在坯料尺寸一定的情况下获得直径更大的合格锻件， 大大扩展了锻件的应用范围。 总之， 本发明采用数值模拟技术研究了在传统的自由锻过程中钢锭或坯料内部应变的分 布状况及其对钢锭或坯料中孔洞型缺陷闭合效果的影响， 并在此基础上提出了高效率愈合钢 锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法。 本发明提出的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷 的锻造方法适用于各种尺寸的钢锭或坯料自由锻过程， 尤其对于中心疏松严重的大型钢锭或 坯料有良好的效果。 采用本方法生产的锻件， 能够保证钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的愈合， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而报废的可能。 对于大高径比坯料， 由于本方法与传统方法 相比压下率较小， 使用同样尺寸的坯料可以制造更大尺寸的锻件。

附图说明

图 1 为 100吨核电转子用钢锭内部缺陷的实际解剖照片。

图 2左侧为钢锭中心疏松的初始外形示意图， 右侧为通过有限元模拟得到的经过压下率 为 50%的轴向镦粗后， 钢锭中心疏松的外形示意图。 图中尺寸单位为 mm。

图 3为通过有限元模拟得到的采用 WHF法拔长大高径比坯料的等效应变场分布图。 图 4a-e为锻造流程示意图， 其中：

图 4a为钢锭形态示意图；

图 4b为坯料轴向镦粗过程示意图；

图 4c为坯料径向镦粗过程示意图；

图 4d为坯料使用 WHF法拔长过程示意图 （A面沿水平方向）；

图 4e为坯料使用 WHF法拔长过程示意图 （ A面沿竖直方向）。

图 5为尺寸、 形状与实际孔洞相类似的孔洞简化模型示意图。

图 6a为通过有限元模拟得到的实施例 1中径向镦粗后的等效应力场分布图。

图 6b为通过有限元模拟得到的实施例 1中孔洞型缺陷在径向镦粗后的形状示意图。 图 7a为通过有限元模拟得到的对比例 1中使用 WHF法拔长后的等效应力场分布图。 图 7b为通过有限元模拟得到的对比例 1中孔洞型缺陷在 WHF法拔长后的形状示意图。 图 8a为通过有限元模拟得到的对比例 2中使用 WHF法拔长后的等效应力场分布图。 图 8b为通过有限元模拟得到的对比例 2中孔洞型缺陷在 WHF法拔长后的形状示意图。 图中， 1—钢锭； 2—坯料； 3- (轴向镦粗使用的）镦粗帽； 4— (轴向镦粗使用的）镦 粗盘； 5- (径向镦粗使用的）上平板； 6- (径向镦粗使用的）下平板； 7- (WHF法拔长 使用的） 上平砧； 8- (WHF法拔长使用的）下平砧； 9—钳把； B—孔洞位置。

图 9-11为锻造流程示意图， 其中：

图 9为大高径比坯料形态示意图。 图 10a和图 10b为坯料宽砧径向压实过程示意图。 图 10a为主视图， 图 10b为左视图。 图 11a和图 lib为坯料使用 WHF法拔长过程示意图。图 11a为主视图，图 lib为左视图。 图 12a为连铸坯横截面照片。 图 12b为图 12a中连铸坯中心区域局部放大照片。

图 13为通过有限元模拟得到的实施例 2中宽砧径向压实后的等效应变场分布图。

图中， 11—大高径比坯料（钢锭或连铸坯等)； 12—坯料； 13—宽砧径向压实使用的上平 板； 14—宽砧径向压实使用的下平板； 15— WHF法拔长使用的上平砧； 16— WHF法拔长使 用的下平砧。

具体实施方式

本发明高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 在锻造过程中， 上砧和下砧 分别使用上平板和下平板， 采用径向镦粗或宽砧径向压实工艺对坯料进行压下； 对高径比在 2以下的钢锭或坯料， 在径向镦粗过程中的压下率为 20%〜25%； 对高径比大于 2的钢锭或坯 料，在宽砧径向压实过程中的压下率为 20%〜40%。其中，所述的径向镦粗工艺与宽砧径向压 实工艺， 二者在含义和技术手段上均相同。

下面结合附图及实施例详述本发明。

本发明提出了一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法， 包括如下步骤：

1 ) 图 4a为钢锭形态示意图， 对高径比为 1.2〜2的钢锭， 在压钳把、 倒棱、 切除多余冒 口等工艺结束后， 如图 4b所示， 对钢锭 1进行轴向预镦粗。 如果钢锭 1的高径比大于 1.2， 则将钢锭 1放置在镦粗盘 4上， 使用镦粗帽 3将其镦粗至高径比为 0.8〜1.1， 以保证后续拔长 过程中有足够大的压下率， 使钢锭获得足够大的应变， 以利于钢锭内部孔洞型缺陷的愈合。 如果钢锭 1的高径比在 1.2以下则不需要进行轴向预镦粗。

2)如图 4c所示， 将圆柱体形的坯料 2轴线沿水平方向放置在下平板 6上， 使用上平板 5对坯料 2进行径向镦粗， 定义图中竖直的平面为 A面。 在径向镦粗过程中， 其压下方向是 沿圆柱体坯料的直径方向， 即常规拔长方法中的压下方向。 这是一个镦粗过程， 但由于其压 下方向与拔长过程相同， 在本发明中称这样一个过程为径向镦粗。

在此径向镦粗过程中的压下率为 20%〜25%，即上平板 5的压下距离为坯料 2原始高度 (或 直径） 的 20%〜25%， 压下率计算公式为：

压下率 = ΛΗ/Η

其中， A Η为锻造过程中上平板 5压下的距离（在下平板 6不发生位移的情况下)， H为 坯料 2原始高度， 如果坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向， 则取直径尺寸。

在径向镦粗结束后， 将坯料重新加热至锻造所需温度， 以减小后续拔长过程的变形抗力 并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

3 )使用 WHF法或 FM法等常规方法进行后续的拔长过程。 如图 4d所示， 使用 WHF 法对坯料 2进行拔长。首先将坯料 2翻转 90° ， 使 A面转到水平方向， 将坯料 2靠近钳把 9 的一端放置在下平砧 8上，使用上平砧 7在对应位置下压，压下率为 20%〜25%。之后将上平 砧 7抬起，将坯料 2向图 4d中左方移动，移动距离略小于一个上平砧 7的宽度， 再次将上平 砧 7下压， 压下率为 20%〜25%。重复此过程一直压至坯料的末端， 此过程称为一个趟次。在 第一个趟次完成后沿同样方向进行第二趟次。 之后如图 4e所示， 再次将坯料翻转 90° ， 使 A面转到竖直方向进行第三趟次的拔长。 此过程结束后坯料 2的高径比为 1.8-2.2。 在拔长过 程结束后记录下步骤 2)中径向镦粗的压下方向， 以便在步骤 4)的拔长过程中能够沿此方向 压下， 以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

4)对坯料进行加热、 轴向镦粗、 再次拔长。 首先将坯料重新加热至锻造所需温度， 之 后如图 4b所示， 将坯料放置在镦粗盘 4上， 使用镦粗帽 3将其镦粗至高径比为 0.5〜0.7， 此 过程即传统的镦粗方法， 在本发明中为了与径向镦粗相区别， 称其为轴向镦粗。 在轴向镦粗 过程完成后， 如图 4e所示， 使用常规拔长方法沿径向镦粗的压下方向 （即使 A面竖直）进 行第一趟次的拔长， 之后如图 4d所示将坯料翻转 90° 使 A面转到水平方向进行第二趟次的 拔长。这两趟次拔长过程中每次压下率为 20%〜25%， 拔长结束后坯料 2的高径比为 0.8〜1.1。 如图 4c所示， 此时再次使用步骤 2)所述的径向镦粗方法进行镦粗。 由于径向镦粗所需压力 较大，可以在径向镦粗之前增加一个火次（即将坯料加热至其锻造所需温度)。 由于此次径向 镦粗的方向与前一次径向镦粗的方向相同， 两次径向镦粗的叠加使得坯料内部的孔洞型缺陷 沿同一方向得到了充分的变形， 因此会有非常好的愈合效果。如图 4d所示，最后使用传统拔 长方法将坯料拔长至最终尺寸。

对于内部孔洞型缺陷不太严重的钢锭， 也可以使用常规的拔长方法代替步骤 4) 中的径 向镦粗过程。 但即使是使用常规的拔长方法， 仍然要使第一趟次的压下方向与径向镦粗的压 下方向相同。

本发明中， 轴向预镦粗、 径向镦粗和拔长等锻造过程的坯料温度采用坯料材质常规要求 的锻造所需温度。

实施例 1

本实施例的钢锭在锻造前外形为圆柱体， 原始尺寸为 Φ2230η ηΧ 2370η η， 高径比为 1.063， 材质为 6Cr2MnMoV， 钢锭重约 100吨， 坯料加热温度为 1200 °C。 如图 5所示， 根据 钢锭解剖结果， 在钢锭中心偏向冒口端制造一尺寸、 形状、 位置与实际孔洞相类似的简化模 型， 此孔洞模型呈圆柱体状， 尺寸为 Φ 12.14η ηΧ 90η η， 在圆柱体棱的部位有半径为 5mm 的圆角。 由于钢锭的高径比在 1.2以下， 直接将其进行径向镦粗， 压下率为 20%。 图 6a为通 过有限元模拟得到的径向镦粗后的坯料等效应变场分布图， 由图中可见径向镦粗的应变集中 于坯料的中心部位 （见孔洞位置 B)， 可达 0.5 以上， 这非常有利于中心疏松的愈合。 图 6b 为通过有限元模拟得到的孔洞型缺陷简化模型在径向镦粗后的形状示意图， 由图可见在径向 镦粗过程结束后， 该缺陷已经完全闭合， 在经过后续的加热过程后， 相接触的孔洞上下表面 将完全焊合， 在之后的锻造过程中也不会再次开裂， 从而实现了通过锻造愈合钢锭中心疏松 的目的， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而报废的可能。

对比例 1

本对比例使用 WHF法对钢锭进行一个趟次的拔长， 拔长所用上下平砧的砧宽均为

1200mm, 其它条件与实施例相同， 同样在钢锭心部制造一孔洞型缺陷的简化模型。 图 7a为 本对比例通过有限元模拟得到的拔长后的等效应变场分布图， 由图中可见由于上下砧的宽度 有限，在接砧区域等效应变非常小，此区域内的孔洞型缺陷无法闭合。 图 7b为本对比例通过 有限元模拟得到的孔洞型缺陷 （见孔洞位置 B)在拔长后的形状示意图。 由图中可见钢锭的 中心疏松仅有轻微的变形， 远不能到达使孔洞闭合的程度。

对比例 2

本对比例使用 WHF法对钢锭进行一个趟次的拔长， 其它条件与实施例均相同， 同样在 钢锭心部制造一孔洞型缺陷的简化模型。 与对比例 1的区别在于使用 WHF法进行拔长的过 程中进行了半砧的错砧， 以使孔洞型缺陷的简化模型处于应变较大的区域， 利于其闭合。 图 8a为本对比例通过有限元模拟得到的拔长后的等效应力场分布图， 由图中可见在本对比例中 孔洞型缺陷（见孔洞位置 B)的简化模型正处于等效应变最大的区域。 图 8b为本对比例通过 有限元模拟得到的孔洞型缺陷在拔长后的形状示意图， 由图中可见该缺陷已经明显变形， 但 此拔长方法仍不足以使其完全闭合。

由对比例 1和对比例 2的结果可见， 使用 WHF法进行单趟次拔长不足以使钢锭的中心 疏松完全闭合， 而即使沿同方向进行两个趟次拔长过程， 由于两次拔长之间有半砧的错砧， 其对钢锭中心疏松的闭合效果仍不会明显好于对比例 2， 无法使中心疏松闭合。

本发明提出的一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法， 可以解决目前的锻造方 法导致的无法完全锻合钢锭内部孔洞型缺陷， 尤其是中心疏松的问题。 采用本发明制定的锻 造方法， 能够保证钢锭内部孔洞型缺陷的愈合效果， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法 通过探伤检验导致报废的可能。 另外， 本发明还提出了一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷的锻造方 法， 称为宽砧径向压实法， 包括如下步骤：

1 )在压钳把、 倒棱、 切除多余冒口等工艺结束后， 大高径比坯料 （钢锭或连铸坯等， 见图 9) 11， 其高径比大于 2 (—般为 10)， 如图 10a和图 10b所示， 将圆柱体形的坯料 12 轴线沿水平方向放置在宽砧径向压实使用的下平板 14上， 使用宽砧径向压实使用的上平板 13对坯料进行宽砧径向压实， 定义图中竖直的面为 A面。在宽砧径向压实过程中，其压下方 向是沿圆柱体坯料的直径方向， 即常规拔长方法中的压下方向。 严格来说， 这是一个镦粗过 程， 但由于其压下方向与拔长过程相同， 在本发明中称这样一个过程为宽砧径向压实。

在此宽砧径向压实过程中的压下率为 20〜40%， 即宽砧径向压实使用的上平板 13的压下 距离为坯料 12原始高度 （或直径） 的 20〜40%， 压下率计算公式为：

压下率 = Λ Η/Η

其中， A Η为锻造过程中上砧压下的距离（在下砧不发生位移的情况下)， H为坯料原始 高度， 如果坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向， 则取直径尺寸。

2)在宽砧径向压实结束后， 将坯料重新加热至材料常规锻造温度并保温， 保温时间在 2 小时以上 （一般为 2-20小时)， 以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有 更充分的时间愈合。

3 )使用 WHF法或 FM法等常规方法进行后续的拔长过程。 如图 11a和图 lib所示， 使 用 WHF法对坯料 12进行拔长。 首先将坯料 12翻转 90° ， 使 A面转到水平方向， 将坯料 12靠近钳把的一端放置在 WHF法拔长使用的下平砧 16上，使用 WHF法拔长使用的上平砧 15在对应位置压下， 压下率为 20%。之后， 将 WHF法拔长使用的上平砧 15抬起， 将坯料 2 向图 lib中所示左方移动， 移动距离略小于 WHF法拔长使用的上平砧 15的宽度（移动距离 为上平砧宽度的 80%以上）， 再次将 WHF法拔长使用的上平砧 15压下， 压下率为 20%。 重 复此过程一直压至坯料的末端， 此过程称为一个趟次。 在第一个趟次完成后沿同样方向使用 同样的方法进行第二趟次的拔长。 在两个趟次结束后， 继续采用常规技术使用合适的工具将 坯料拔长至工艺尺寸。

实施例 2

本实施例所使用的大高径比坯料为连铸坯 9支， 其原始尺寸为 <D600mmX2000mm， 高 径比为 3.33， 材质为 S45C+B, 大高径比坯料重约 4.4吨， 坯料加热温度为 1200 °C。如图 12a 和图 12b所示， 在连铸坯中心存在着非常严重的贯穿性縮孔缺陷。 由于连铸坯坯料高径比较 大， 无法对其使用镦粗工艺， 只能直接拔长。 首先使用宽砧径向压实法进行压下， 在压成扁 方后将其回炉加热至 1200°C并保温 3小时。 图 13为通过有限元模拟得到的使用宽砧径向压 实法压下 20%时的坯料等效应变场分布图， 由图中可见， 宽砧径向压实的应变集中于坯料的 中心部位，可达 0.4以上。而如图 3所示，使用 WHF法拔长的坯料即使在应变集中区的应变 也仅为 0.28。 这说明使用宽砧径向压实法可以使应变集中于坯料心部， 且非常均匀， 无变形 死区， 非常有利于中心疏松的愈合。 保温结束后， 将坯料翻转 90° 采用 WHF法进行拔长两 个趟次， 每次压下率均为 20%。 在两个趟次结束后， 继续将坯料拔长并摔圆至 Φ385ηιηι。 在 锻造完成后， 按照较为严格的 GB/T 6402-1991 二级标准进行探伤。 探伤结果显示， 采用宽 砧径向压实法的 9支连铸坯合格率为 100%。

对比例

本对比例与实施例使用同一批次的 9支连铸坯， 使用 600mm宽 KD砧（上平砧和下 V 型砧）直接进行拔长， 再摔圆至 Φ385η η， 其它条件与实施例相同， 由于 KD砧砧宽有限， 在接砧区域存在变形死区， 这样必须在下一道次的拔长中错半砧才能使应变分布较均匀， 但 两个道次累积的较大压下率使坯料直径较小， 只能制作小直径的锻件。 将坯料拔长并摔圆至 0385mm, 在锻造完成后按照 GB/T 6402-1991二级标准进行探伤。 探伤结果显示， 采用 KD 砧直接进行拔长的 9支连铸坯合格率为 55.6%。

实施例 3

本实施例所使用的大高径比坯料为钢锭， 其原始尺寸为 <D1000mmX3000mm， 高径比为 3， 材质为 45号钢， 大高径比坯料重约 18吨， 坯料加热温度为 1200°C。 在钢锭中心存在着 较为严重的縮孔疏松。 由于钢锭坯料高径比较大， 无法对其使用镦粗工艺， 只能直接拔长。 首先使用宽砧径向压实法进行压下， 在压成扁方后将其回炉加热至 1200°C并保温 5小时。保 温结束后， 将坯料翻转 90° 采用 WHF法进行拔长两个趟次， 每次压下率均为 20%。 在两个 趟次结束后， 继续将坯料拔长并摔圆至 Φ600η η。 在锻造完成后， 按照较为严格的 GB/T 6402-1991二级标准进行探伤。 探伤结果显示， 采用宽砧径向压实法的钢锭合格。

实施例结果表明， 本发明提出的一种小压下率高效率愈合大高径比坯料内部孔洞型缺陷 的锻造方法， 可以解决目前的常规锻造方法无法完全锻合大高径比坯料内部孔洞型缺陷， 尤 其是中心疏松的问题。 采用本发明制定的锻造方法， 能够保证大高径比坯料内部孔洞型缺陷 的愈合效果， 大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导致报废的可能， 且与传 统工艺相比由于压下率较小， 使用同样尺寸的坯料可以制造直径更大的锻件。

Claims

权 利 要 求

1、 一种高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征在于， 在锻造过程 中， 上砧和下砧分别使用上平板和下平板， 采用径向镦粗或宽砧径向压实工艺对钢锭或坯料 进行压下；对高径比在 2以下的钢锭或坯料，在径向镦粗过程中的压下率为 20%〜25%；对高 径比大于 2的钢锭或坯料， 在宽砧径向压实过程中的压下率为 20%〜40%。

2、 按照权利要求 1 所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于， 包括如下步骤：

1 )对高径比为 1.2〜2的钢锭或坯料进行轴向预镦粗， 将其镦粗至高径比为 0.8〜1.1； 对 高径比小于 1.2的钢锭不需要进行预镦粗；

2) 上砧和下砧分别使用上平板和下平板， 对钢锭或坯料进行径向镦粗， 在径向镦粗过 程中的压下率为 20%〜25%；

3)在径向镦粗后将钢锭或坯料翻转 90° ，进行拔长，直到钢锭或坯料的高径比为 1.8〜2.2；

4)对钢锭或坯料进行加热、轴向镦粗， 使钢锭或坯料高径比为 0.5〜0.7； 再次进行拔长， 将钢锭或坯料拔长至最终尺寸。

3、 按照权利要求 2所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 在所述步骤 2)径向镦粗结束后， 将钢锭或坯料重新加热至其锻造所需温度， 以减小 后续拔长过程的变形抗力， 并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

4、 按照权利要求 2所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 所述步骤 3)， 使用 WHF法或 FM法进行拔长， 每次压下率为 20%〜25%， 在两个趟次 结束后， 再次将钢锭或坯料翻转 90° 进行第三趟次的拔长， 此过程结束后钢锭或坯料的高径 比为 1.8-2.2。

5、 按照权利要求 2或 4所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其 特征在于： 所述步骤 3)， 在拔长过程结束后， 记录下步骤 2) 中径向镦粗的压下方向， 在步 骤 4) 中再次拔长过程的第一个趟次沿此方向压下， 以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效 果。

6、 按照权利要求 2所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 所述步骤 4)， 在拔长的过程中再次使用步骤 2) 中的径向镦粗， 此次径向镦粗的方向 与前一次径向镦粗的方向相同， 两次径向镦粗的叠加使得钢锭或坯料内部的孔洞型缺陷沿同 一方向得到充分的变形， 以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

7、 按照权利要求 2或 6所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其 特征在于： 所述步骤 4)， 使用 WHF法或 FM法进行拔长， 沿步骤 2) 中径向镦粗的压下方 向进行第一趟次的拔长， 之后将钢锭或坯料翻转 90° 进行第二趟次的拔长， 这两趟次拔长过 程中每次压下率均为 20%〜25%， 这两趟次拔长结束后钢锭或坯料的高径比为 0.8-1.1， 此时 再次使用步骤 2)所述的径向镦粗方法，之后使用 WHF法或 FM法将钢锭或坯料拔长至最终 尺寸。

8、 按照权利要求 Ί所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 在所述步骤 4) 的径向镦粗之前增加一个火次， 即将钢锭或坯料重新加热至其锻造所 需温度， 以降低所需压机压力。

9、 按照权利要求 1 所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于， 包括如下步骤：

1 )对高径比大于 2 的钢锭或坯料， 使用平板作为上下砧， 采用宽砧径向压实工艺对钢 锭或坯料进行压下， 在宽砧径向压实过程中的压下率为 20%〜40%；

2)在宽砧径向压实后， 将钢锭或坯料回炉重新加热至材料锻造温度并保温；

3 )将钢锭或坯料翻转 90° ， 使用上下平砧采用常规方法进行拔长。

10、 按照权利要求 9所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 所述步骤 2) 中， 在宽砧径向压实结束后， 将钢锭或坯料重新加热至材料锻造温度并 保温， 保温时间在 2小时以上， 以减小后续拔长过程的变形抗力并使已闭合的孔洞型缺陷有 更充分的时间愈合。

11、 按照权利要求 9所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 所述步骤 2) 中， 在宽砧径向压实后， 钢锭或坯料呈扁方状。

12、 按照权利要求 9所述的高效率愈合钢锭或坯料内部孔洞型缺陷的锻造方法， 其特征 在于： 所述步骤 3 ) 中， 在宽砧径向压实后将钢锭或坯料翻转 90° ， 使用 WHF法或 FM法 进行拔长两个趟次， 每次压下率均为 20%; 在两个趟次结束后， 继续将钢锭或坯料拔长至工 艺尺寸。