專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大鍛件的鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型鍛件成形方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵、電力、石油化工、核動(dòng)力、高能物理和風(fēng)力發(fā)電等大型成套設(shè)備，工作載荷巨大，環(huán)境惡劣，為保證設(shè)備工作的可靠性和安全性、。以風(fēng)電鍛件為例，風(fēng)電鍛件往往是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)里的重要零件，我國(guó)的大多數(shù)風(fēng)場(chǎng)在天寒地凍的北方，風(fēng)速瞬息萬(wàn)變，鍛件在這樣惡劣條件工作不但要承受很大的交變載荷，還要承受巨大的沖擊載荷，因而，對(duì)它的力學(xué)性能要求往往很高，由于交變載荷在零件截面的分布，零件的表面性能尤其重要，任何缺陷將會(huì)影響其力學(xué)性能，降低其疲勞壽命，嚴(yán)重影響整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全性和可靠性。目前，大鍛件的力學(xué)性能要求必須滿足Rm ^ 500MPa ； RP0. 2 ^ 300MPa ；晶粒度要求在3級(jí)或及3級(jí)以上。大型鍛件制造的工藝過(guò)程是煉鋼、鑄錠、加熱、鍛造、預(yù)備熱處理、最終熱處理。鑄錠過(guò)程中錠身內(nèi)部形成的空洞、氣泡、疏松、夾雜或偏析等冶金缺陷，都必須在鍛造成形過(guò)程中得以修復(fù)或改善?，F(xiàn)有修復(fù)缺陷的方法一是改變工具或者砧子的形狀和尺寸，達(dá)到改善鍛坯內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，增大變形量的目的，例如凸面砧墩粗；二是改變鋼錠和鍛坯的形狀， 達(dá)到改善鍛坯內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，增大心部變形量的目的；三是改變鋼錠和鍛坯內(nèi)部的溫度場(chǎng)， 變均勻溫度場(chǎng)為滿足特殊要求的不均勻溫度場(chǎng)，達(dá)到改善鍛坯內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的目的。普通自由鍛造法，只能保證鋼錠A偏析區(qū)的疏松、氣孔等缺陷鍛合，而過(guò)渡偏析區(qū)和V偏析區(qū)的缺陷往往只能部分得到鍛合。為了使日益增大的大型鋼錠能夠鍛透，必須保證足夠大的鍛比和使用噸位足夠大的壓機(jī)，因而越來(lái)越困難。為此，日本工廠開(kāi)始逐步創(chuàng)造和完善了一種降溫鍛造法。降溫鍛造法是作為一個(gè)工序在鍛造的一定階段進(jìn)行的。加熱到 1250°C左右的坯料在鍛造之前，在空氣中冷卻，對(duì)更大的鋼錠則用鼓風(fēng)等方法強(qiáng)制冷卻，使表面溫度降至700-800°C。這時(shí)，中心部仍然保持適于鍛造的1050 1200°C的高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到300-350°C。由于壞料存在內(nèi)外溫差，也即內(nèi)外變形抗力不同，表層的變形小，而心部則獲得大于總鍛比的最大變形量。這種方法的特點(diǎn)是充分利用坯料冷卻時(shí)的內(nèi)外溫差效果，造成表層和心部變形抗力的差別，從而使鍛壓能量集中到容易變形的心部，增大心部的變形量，可以利用較小的鍛比，而達(dá)到鍛透的目的。實(shí)際上，這時(shí)坯料表層好象一層“硬殼”，而心部得到類(lèi)似“模鍛”的效果。生產(chǎn)實(shí)踐表明，降溫鍛造確實(shí)大大地提高了鍛件的質(zhì)量，但是采用上述方法鍛壓時(shí)由于能量集中到容易變形的心部，心部的缺陷能夠得到很好的消除，然而鍛壓時(shí)表面區(qū)域的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于心部的溫度，表面區(qū)域不易變形，缺陷也不易消除。此外，在普通自由鍛過(guò)程中，與砧子接觸的表面區(qū)域是難變形區(qū)，難以獲得大的變形量，其性能難以通過(guò)變形獲得提高，而實(shí)際的工況條件往往對(duì)表面性能有較高的要求。因此，單一的降溫鍛造工藝難以獲得力學(xué)性能高、表面和心部變形、組織和力學(xué)性能均勻性的大鍛件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可以有效消除大鍛件缺陷，提高大鍛件的力學(xué)性能、表面和心部變形、組織和力學(xué)性能均勻性的大鍛件的鍛造方法。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種大鍛件的鍛造方法，包括如下步驟
1)將鑄坯或連鑄坯加熱至鍛造溫度，保溫；
2)冷卻，使鑄坯的表面溫度降至700-800°C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)，對(duì)坯料進(jìn)行總變形程度為6 20%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；
3)冷卻，當(dāng)整個(gè)鋼坯的溫度為700°C、00°C時(shí)，以5(TlO(TC/h的升溫速度升溫至鍛造溫度，保溫、使鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-800°C，對(duì)鋼坯進(jìn)行總變形量為6 20%的鍛造。作為改進(jìn)，完成步驟2)后先升溫至鍛造溫度、保溫后鍛壓成型，隨后進(jìn)行步驟3) 的鍛造。作為改進(jìn)，完成步驟3)后升溫至鍛造溫度，保溫后鍛壓成型。作為改進(jìn)，步驟1)的升溫速度彡IOO0C / h。作為改進(jìn)，步驟3)可放在步驟1)和步驟2)之前。本發(fā)明采用鍛件的心部與表面分區(qū)鍛造的方法，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
一、可以有效提高鍛件表面區(qū)域的性能，使鍛件在使用條件下滿足表面高工作應(yīng)力的要求；
二、有效改善了普通鍛造條件下鍛坯的變形不均勻性，使接近砧子表面區(qū)域的難變形區(qū)變形增大并均勻化，且這種改善并不需要改變工具或者砧子的形狀和尺寸，即可達(dá)到改善鍛坯內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的目的；
三、有效改善大鍛件整體性能，使整個(gè)鍛件的缺陷得到有效鍛合；
四、由于大型鍛件的生產(chǎn)往往都是單件或小批量生產(chǎn)，設(shè)備利用率低，雖然增大設(shè)備噸位是保證獲得良好性能大鍛件的最有效手段，但在經(jīng)濟(jì)上是不合適的，根據(jù)本發(fā)明開(kāi)發(fā)的鍛造工藝，可以實(shí)現(xiàn)“小噸位高質(zhì)量大件”，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。眾所周知，晶粒度的大小與性能密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，晶粒度小，強(qiáng)度、韌性都比較好，晶粒大，強(qiáng)度、韌性性能較差，通過(guò)細(xì)化晶粒提高性能稱(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化，該方法是四種強(qiáng)化機(jī)制中唯一有利于提高韌性的強(qiáng)化手段。本發(fā)明中所述的“保溫”應(yīng)保溫一定的時(shí)間，保溫時(shí)間根據(jù)鋼坯的材質(zhì)和截面當(dāng)量尺寸來(lái)確定，比如10噸的碳素鋼鋼坯在鍛造溫度下保溫5小時(shí)15噸的的碳素鋼就要保溫 6小時(shí)；又如10噸的碳素鋼鋼坯在鍛造溫度下保溫5小時(shí)，10噸的結(jié)構(gòu)鋼話就要保溫6小時(shí)；因?yàn)檫@些是本領(lǐng)域的常識(shí)，所以本發(fā)明不作詳細(xì)描述。以下所稱(chēng)“保留約x%的變形余量”是指再經(jīng)過(guò)總變形量為x%的鍛造后即可得到規(guī)定尺寸的鍛件。實(shí)施例1用20CrMnMo連鑄坯制造風(fēng)電鍛件，選用牌號(hào)為20CrMnMo的連鑄坯，該連鑄坯為圓柱形連鑄坯，直徑Φ ^ 600mm，其鍛造工藝如下
(1)將20CrMnMo連鑄坯裝入天然氣加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫6小時(shí)，升溫速度彡IOO0C / h；
(2)采用風(fēng)冷，使連鑄坯表面溫度降至700-800°C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)；在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的連鑄坯進(jìn)行總變形程度為15%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；
(3)將鋼坯裝爐再次加熱，加熱至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫4小時(shí)，將鋼坯在液壓機(jī)上鍛壓成型，保留約10%的變形余量；
(4)待整個(gè)鋼坯冷卻至700°C、00°C時(shí)，裝爐再次加熱，以5(T10(TC/h的升溫速度升溫至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫不超過(guò)1小時(shí)，此時(shí)鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-80(TC，在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鋼坯進(jìn)行總變形量約為 10%的鍛造，得到規(guī)定尺寸的鍛件。經(jīng)過(guò)上述鍛造工藝得到的鍛件，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料的內(nèi)部缺陷得到了有效消除，完全能夠達(dá)到相關(guān)的超聲波探傷要求及晶粒度要求。與常規(guī)鍛造工藝相比，合格率從 70%提高至95%，晶粒度達(dá)到3級(jí)及3級(jí)以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到600MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到450Mpa， 力學(xué)性能則完全滿足要求。實(shí)施例2
制備一種大型風(fēng)電軸類(lèi)鍛件，材質(zhì)為20CrMnMO鋼，標(biāo)準(zhǔn)十噸八角鋼錠開(kāi)坯，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料內(nèi)部存在最大直徑約為2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程如下
(1)將20CrMnMo鋼鑄坯裝入天然氣加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫10小時(shí)，其中升溫速度彡IOO0C / h ；
(2)采用風(fēng)冷，使鑄坯表面溫度降至700-800°C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)；在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鑄坯進(jìn)行總變形量為20%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；
(3)待上述鍛造后的整個(gè)鋼坯冷卻至700°C、00°C，裝爐再次加熱，以5(T10(TC/h的升溫速度升溫至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫不超過(guò)2小時(shí)，此時(shí)鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-800°C，在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鋼坯進(jìn)行總變形量約為10%的鍛造；
(4)鍛后裝爐再次加熱，升溫至1100°C，并在1100°C溫度范圍內(nèi)保溫5小時(shí)，鍛壓成所需尺寸的鍛件。經(jīng)過(guò)上述鍛造工藝得到的鍛件，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料的內(nèi)部缺陷得到了有效消除，完全能夠達(dá)到相關(guān)的超聲波探傷要求及晶粒度要求。與常規(guī)鍛造工藝相比，探傷合格率從75%提高至93%，晶粒度達(dá)到3級(jí)及3級(jí)以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到550MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到 430Mpa，鍛件經(jīng)過(guò)熱處理后力學(xué)性能完全滿足要求。實(shí)施例3
一種大型軸類(lèi)鍛件，材質(zhì)為34CrNiMoA合金鋼，標(biāo)準(zhǔn)十噸八角鋼錠開(kāi)坯，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料內(nèi)部存在最大直徑約為2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程如下
(1)將34CrNiMoA合金鋼鑄坯裝入天然氣加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫10小時(shí)，其中升溫速度彡IOO0C / h ；
(2)采用風(fēng)冷，使鑄坯表面溫度降至700-800°C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)；在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鑄坯進(jìn)行總變形量為10%的中心壓實(shí)鍛造；
(3)裝爐再次加熱，升溫至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫6小時(shí)；在液壓機(jī)上通過(guò)倒棱滾圓、拔長(zhǎng)等工序鍛壓成型，保留約10%的變形余量；
(4)待上述鍛造后的整個(gè)鋼坯冷卻至700°C、00°C后，裝爐再次加熱，以5(T10(TC/h 的升溫速度升溫至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫不超過(guò)2小時(shí)，此時(shí)鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-800°C，在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鋼坯進(jìn)行總變形量約為10%的鍛造，得到所需尺寸的鍛件。經(jīng)過(guò)上述鍛造工藝得到的鍛件，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料的內(nèi)部缺陷得到了有效消除，完全能夠達(dá)到相關(guān)的超聲波探傷要求及晶粒度要求；與常規(guī)鍛造工藝相比，合格率從 60%提高至94%，晶粒度達(dá)到4級(jí)及4級(jí)以上，最終材料抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到 300MPa,力學(xué)性能完全滿足要求。實(shí)施例4
制備一種大型軸類(lèi)鍛件，材質(zhì)為34CrNiMoA合金鋼，標(biāo)準(zhǔn)十噸八角鋼錠開(kāi)坯，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料內(nèi)部存在最大直徑大于2mm的孔洞缺陷。其鍛造工藝流程如下
(1)將34CrNiMoA合金鋼鑄坯裝入天然氣加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱至800°C，于800°C 保溫10小時(shí)，隨后以5(T100°C /h的升溫速度升溫至1250°C，保溫2小時(shí)，升溫速度 (IOO0C / h ；此時(shí)鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在約700-800°C， 采用倒棱滾圓在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的鋼坯進(jìn)行總變形量約為10%鍛造，
(2)裝爐加熱，加熱至1250°C，并在1250°C溫度范圍內(nèi)保溫6小時(shí)；
(3)采用風(fēng)冷，使表面溫度降至700-8000C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)；在液壓機(jī)上對(duì)加熱后的連鑄坯進(jìn)行總變形量為6%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；
(4)裝爐加熱，升溫至鍛造溫度1100°C，并在1100°C溫度范圍內(nèi)保溫8小時(shí)后，在液壓機(jī)上鍛壓成滿足成品尺寸的鍛件。經(jīng)過(guò)上述鍛造工藝得到的鍛件，經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，材料的內(nèi)部缺陷得到了有效消除，完全能夠達(dá)到相關(guān)的超聲波探傷要求，與常規(guī)鍛造工藝相比，合格率從60%提高至 95%，晶粒度達(dá)到3級(jí)及3級(jí)以上，最終材料抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到300MPa，力學(xué)性能完全滿足要求。
權(quán)利要求
1.一種大鍛件的鍛造方法，其特征在于包括如下步驟1)將鑄坯或連鑄坯加熱至鍛造溫度，保溫；2)冷卻，使鑄坯的表面溫度降至700-800°C，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到 400-450°C時(shí)，對(duì)坯料進(jìn)行總變形量為6 20%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；3)冷卻，當(dāng)整個(gè)鋼坯的溫度為700°C、00°C時(shí)，以5(TlO(TC/h的升溫速度升溫至鍛造溫度，保溫、使鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-800°C，對(duì)鋼坯進(jìn)行總變形量為6 20%的鍛造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大鍛件的鍛造方法，其特征在于完成步驟2)后先升溫至鍛造溫度、保溫后鍛壓成型，隨后進(jìn)行步驟3)的鍛造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大鍛件的鍛造方法，其特征在于完成步驟3)后升溫至鍛造溫度，保溫后鍛壓成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大鍛件的鍛造方法，其特征在于所述步驟1)的升溫速度彡 IOO0C / h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大鍛件的鍛造方法，其特征在于步驟3)可置于步驟1) 和步驟2)之前。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大鍛件的鍛造方法，包括如下步驟1)將鑄坯或連鑄坯加熱至鍛造溫度，保溫；2)冷卻，使鑄坯的表面溫度降至700-800℃，心部仍然保持高溫，內(nèi)外溫差達(dá)到400-450℃時(shí)，對(duì)坯料進(jìn)行總變形程度為6~20%的中心壓實(shí)鍛造，得到鋼坯；3)冷卻，當(dāng)整個(gè)鋼坯的溫度為700℃~800℃時(shí)，以50~100℃/h的升溫速度升溫至鍛造溫度，保溫、使鋼坯表面區(qū)域溫度達(dá)到鍛造溫度，而心部溫度仍然保持在700-800℃，對(duì)鋼坯進(jìn)行總變形量為6~20%的鍛造。該方法可以有效消除大鍛件缺陷，提高大鍛件的力學(xué)性能、表面和心部變形、組織和力學(xué)性能均勻性的大鍛件的鍛造方法。
文檔編號(hào)B21J1/06GK102380565SQ201110365480
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者孔見(jiàn), 李周, 楊志華, 葛艷明, 葛阿金, 袁志偉 申請(qǐng)人:江蘇金源鍛造股份有限公司