大型高碳鉻不銹鋼鍛件的鍛造工藝研究

發布時間：2021-04-07 08:25:32 丨 瀏覽次數：

針對G102Cr18Mo蘑菇頭不銹鋼鍛件的規格及使用工況，采用電渣錠鍛造并制定鍛造工藝，破碎鍛件一次碳化物，得到滿足無損檢測要求以及性能合格的不銹鋼鍛件。

蘑菇頭鍛件為大騰峽水利樞紐工程項目中船閘啟閉處承載用鍛件，該鍛件規格是目前世界上最大的閘門底樞用鍛件，主要用于承受閘門整體重量及啟閉的壓力且工作環境惡劣，故選用高碳高鉻不銹鋼材質鍛造。該鍛件要求50年磨損量<4.7mm，對其耐蝕性，耐磨性要求都很高。此規格材質的鍛件在我國尚屬首次鍛造，并無成功經驗可以借鑒。因此，我公司針對此鍛件的物性特點和使用工況，采用電渣錠進行制造，通過WHF寬砧強力壓下法，充分鍛透心部組織，結合保溫輔具鍛造，成功鍛造出滿足用戶需求的鍛件。

1技術要求

蘑菇頭鍛件外觀尺寸如圖1所示，材質為G102Cr18Mo，具體技術要求如下：

（1）退火硬度250~255HBW。

（2）化學成分、非金屬夾雜物、金相組織及檢驗方法按GB/T30862008規定執行，具體要求見表1~2。

（3）初加工后按GB/T6402-2008進行內部質量檢驗和評定，質量等級3級。

2鍛造工藝分析

2.1材質熱加工特性

（1）熔點低：G102Crl8Mo加熱溫度超過1200℃，開始出現液相，易產生8鐵素體，鍛造過程中極易開裂。

（2）碳化物含量多：該材質碳化物含量高，一次碳化物（共晶碳化物）高溫下也無法溶解。因此，在加熱到奧氏體區所進行的熱鍛，也并不是單相區的熱加工，而是奧氏體與大量的碳化物混合的多相區，且這些碳化物在鑄錠中呈粗大網狀和枝狀分布。

（3）組織導熱性差：不銹鋼隨合金元素含量提高，導熱性能變差，導熱率約為碳鋼的1/3。且在高低溫段導熱率不同，因此，不銹鋼在加熱時要嚴格控制加熱溫度和加熱速度，采取分段加熱方式，確保鍛件受熱均勻、燒透，避免因熱應力產生裂紋。

2.2鍛造生產難點

（1）G102Cr18Mo材質鍛件為我公司首次生產，如此規格的鍛件在國內尚屬首次，對主要工藝參數、操作過程控制等掌控不足，無相關文獻資料參考，無經驗借鑒。

（2）鍛造溫度范圍窄。嚴格控制電渣鍵的加熱溫度和始鍛、終鍛溫度。鍛造溫度范圍控制是保證鍛造成形的關鍵，提高始鍛溫度利于成分均勻性，變形抗力小且變形均勻，但易產生粗大晶粒，影響無損檢測及性能；終鍛溫度低，材料變形抗力大，不易鍛壓且鍛件心部容易開裂，故需要選擇合適的鍛造溫度范圍。

（3）塑性低。G102Cr18Mo不銹鋼的塑性特點是高溫段塑性較好，溫度下降到一定范圍內塑性急劇變差。若鍛件內部溫差太大，在受到外力作用時，就會產生熱應力裂紋。因此，鍛造時變形量的大小要根據鍛件溫度狀態來選擇，鍛造所用錘頭、回轉臺等工輔具應提前預熱，防止鍛件接觸時降溫過快。在高溫狀態下變形量大些，打破粗大共晶碳化物，使共晶碳化物均勻分布，在接近終鍛溫度時要輕擊修整，防止產生裂紋。

3鍛造生產過程

鍛造生產中，通過對鍛件材質的特性分析和生產難點的控制計劃，鐓粗過程中使用合理保溫措施延長可鍛溫度范圍的鍛造時間。WHF寬估拔方過程中，前期采用小變形量后逐漸加大變形，使鍛件心部鍛透，改善內部鍛件組織狀態。

1火：升溫至1180℃，保溫12h后，鋼錠出爐壓鉗口、預拔長，改變電渣錠表面鑄態組織。

Ⅱ火：升溫至1180℃，保溫30h，執行擴散退火工藝，經過長時間高溫擴散退火，減少化學成分和組織不均勻性程度。電渣錠鐓粗采用合理措施，以延長鍛造時間。

Ⅲ火：升溫至1180℃，保溫12h，坯料繼續進行WHF法撥方。該火次壓下量可適當增加，拔方后進行滾圓拔長下料。

V火：升溫至1180℃，保溫后出爐進行最終成形?；剞D臺臺面提前放置好保溫棉，以便減少溫降，坯料冒口端朝下對準回轉臺中心放置。上平砧先以坯料中心為軸線，進行預鐓粗后再開始旋壓。最后滾鍛外圓，平整端面，出成品。

4鍛后熱處理

鍛后熱處理執行一次正火、一次退火加回火工藝，以消除鍛造過程中產生的應力，降低機械加工硬度，改善鍛件品粒度大小及攣晶碳化物的形態，平衡鍛件內部組織，降低鍛件化學成分與顯微組織的不均勻性。鍛后熱處理工藝如圖2所示。

5結論

鍛件粗加工后切取試環進行性能試驗，力學性能及非金屬夾雜均滿足技術條件要求，金相組織為細粒狀珠光體和彌散分布的碳化物，超聲檢測顯示晶粒組織均勻并可檢測到6次回波，順利通過檢測。

對這批高碳鉻不銹鋼鍛件，采用電渣重熔鋼錠，并采取合理的保溫措施，延長可鍛造時間，提高了產品的可鍛性，成功鍛制出大規格高碳鉻不銹鋼，為今后研發其他材質不銹鋼大鍛件積累了技術參數和生產經驗。