張曉芳 馬建平 劉宏斌

(中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西711711)

1 技術(shù)要求

A350 LF2筒體鍛件是我廠目前承制的內(nèi)徑?1 640 mm級別筒體中長度最長、重量最大的筒體鍛件。該筒體粗加工交貨尺寸為?2 260 mm/?1 640 mm×3 490 mm，重52.59 t。材質(zhì)為ASTM A350 LF2，屬于低溫鍛鋼[1]，具有良好的塑性，但鍛造上存在以下難點(diǎn)：

(1)鍛件重量大，達(dá)73.4 t，是我廠80 MN油壓機(jī)投產(chǎn)以來鍛造的最重鍛件，選用110 t鋼錠，同時(shí)也達(dá)到我廠所生產(chǎn)鋼錠的最大規(guī)格；

(2)鍛件內(nèi)孔達(dá)?1540 mm，長度達(dá)3 830 mm，是我廠有史以來從未生產(chǎn)過的最大的空心鍛件，其尺寸如圖1所示；

(3)化學(xué)成分(熔煉分析)要求符合表1規(guī)

圖1 A350 LF2鍛件圖Figure 1 The forging drawing for heavy shell of A350 LF2 steel

定；

(4)探傷級別要求嚴(yán)，應(yīng)滿足表2規(guī)定；

(5)力學(xué)性能(T×T/2取樣、-46℃AKV)要求高，應(yīng)符合表3要求。

表1 ASTM A350LF2鋼的化學(xué)成分(熔煉分析)要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The heat analysis requirement for ASTM A350LF2 steel(mass fraction, %)

注：熔煉分析中，Cu+Ni+Cr+Mo≤1.00%；Cr+Mo≤0.32%。

表2 鍛件探傷要求Table 2 The nondestructive flaw detection requirement for forgings

表3 鍛件力學(xué)性能要求Table 3 The mechanical property requirement for forgings

2 工藝流程

A350 LF2大型筒體鍛件的試制工藝流程為：熱運(yùn)鋼錠驗(yàn)收→鋼錠加熱→壓鉗口、倒棱→鐓粗→拔長、下料→鐓粗→沖孔→芯棒拔長→擴(kuò)孔→鍛后熱處理→粗加工→探傷→力學(xué)性能試驗(yàn)。

3 鍛造

3.1 變形工藝編制及改進(jìn)

A350 LF2大型筒體鍛件所用設(shè)備及工裝均達(dá)到了目前我車間能力的極限。為滿足該筒體鍛件嚴(yán)格的力學(xué)性能和探傷要求，同時(shí)考慮到其薄壁空心，鋼錠心部缺陷易于去除，故采用了110 t雙真空短粗型鋼錠。

在鍛造工藝制定過程中，為保證A350 LF2筒體鍛件整個(gè)截面鍛透，以確保鍛件組織均勻，其總鍛造比應(yīng)≥5，鐓粗比要求≥2.5。在編制該筒體鍛造工藝時(shí)，制定總鍛比為7.4，鐓粗比為3.8，其鍛造工序如表4所示。

表4 A350 LF2筒體鍛件的鍛造工序Table 4 The forging process for heavy shell of A350 LF2 steel

在試制第一支A350 LF2筒體鍛件時(shí)，按照表4鍛造變形工序操作出現(xiàn)了如下問題：

(1)第Ⅱ火次中，鐓粗工序比較困難。鐓粗至高度約1 900 mm時(shí)，出現(xiàn)鐓不動現(xiàn)象，沒有達(dá)到預(yù)計(jì)的高度，最終該鐓粗工序進(jìn)行了兩火次。主要原因：由于件大導(dǎo)致初次操作慢，鐓粗時(shí)鋼錠表面溫度降低嚴(yán)重，造成鐓粗所需要的鐓粗力增大；錠坯在鐓粗前的加熱保溫時(shí)間可能不足。

(2)第Ⅳ火次(即實(shí)際鍛造過程中的第五火次)中，鍛坯經(jīng)拔長、略擴(kuò)孔退出芯棒后，其兩端面出現(xiàn)“花邊”。主要原因：拔長過程中，壓下量及翻轉(zhuǎn)角度控制不均勻，但由于表面溫度已降至終鍛溫度以下，無法進(jìn)行平整兩端面工序，導(dǎo)致鍛件最終兩端面出現(xiàn)“花邊”[2]。

(3)第Ⅵ火次(即實(shí)際操作中的第七火次)中，擴(kuò)孔工序采用W=800 mm的上平砧，嚴(yán)格控制翻轉(zhuǎn)角度≤20°[3]，初期擴(kuò)孔按順壓方式(先擴(kuò)冒口端一圈，然后沿錠身方向向水口端錯(cuò)砧擴(kuò)孔)走完“一趟”時(shí)，出現(xiàn)輕微的喇叭口。在后繼道次中，立即換為先擴(kuò)兩端后擴(kuò)中間的順序[4]。雖然在一定程度上避免了最終的“喇叭口”，但其修整操作過程比較困難。另外，鍛件最終的表面質(zhì)量比較差，鍛件外表面在縱向疊砧處有不同程度的小凹坑，其中有兩處凹坑較深，勉強(qiáng)滿足零件的最終尺寸要求。主要原因：采用的砧子截面較窄，造成疊砧處較多且疊砧量較小所致，在操作中沒有對表面缺陷處進(jìn)行及時(shí)吹氧清傷或清傷不徹底。

生產(chǎn)第二支A350 LF2筒體鍛件時(shí)，在第Ⅱ、Ⅲ火次鐓粗工序前的加熱工序中適當(dāng)延長了坯料在鍛造溫度下的保溫時(shí)間，同時(shí)由于準(zhǔn)備工作很完善，縮短了鋼錠從出爐到鐓粗之間的操作時(shí)間，坯料在規(guī)定火次鐓至預(yù)定高度；第Ⅳ火次，沖孔后對鍛件兩端面進(jìn)行吹氧清傷；第Ⅴ火次，芯棒拔長前對坯料進(jìn)行了端面平整；第Ⅵ火次，在套芯棒擴(kuò)孔前進(jìn)行了平整兩端面工序，擴(kuò)孔時(shí)采用W=1 700 mm的上縱向砧，按先擴(kuò)兩端后擴(kuò)中間的擴(kuò)孔順序擴(kuò)孔。

結(jié)果表明：第二支A350 LF2 筒體鍛件表面質(zhì)量良好，鍛件外表面平整，沒有明顯的折傷及凹坑；兩端面質(zhì)量也得到較好的改善；內(nèi)孔兩端面沒有出現(xiàn)“喇叭”狀。

3.2 鍛后熱處理

為細(xì)化晶粒，改善A350 LF2大型筒體的最終力學(xué)性能和筒體在鍛造過程中的鍛造塑性，采用了圖2所示的正回火工藝，以保證充分完成奧氏體向珠光體+鐵素體的轉(zhuǎn)變，減少偏析。

4 檢驗(yàn)

4.1 化學(xué)成分分析

ASTM A350 LF2鋼錠的化學(xué)成分(熔煉分析)見表5。

4.2 探傷

A350 LF2大型筒體鍛件粗加工后逐件按ITN 02151Ⅱ級鍛件要求進(jìn)行超聲波檢測，均未發(fā)現(xiàn)靈敏度為?3 mm以上缺陷。

4.3 力學(xué)性能

圖2 A350 LF2大型筒體的鍛后正回火工藝曲線Figure 2 The normalizing and tempering curve for heavy shell of A350 LF2 steel after forging

表5 ASTM A350 LF2鋼錠的化學(xué)成分(熔煉分析)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 5 The heat analysis for ASTM A350 LF2 ingot(mass fraction, %)

ASTM A350 LF2筒體不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能見表6。由表6可知：第一支筒體經(jīng)鍛后熱處理，其抗拉強(qiáng)度為480 MPa，略低于指標(biāo)值下限；其屈服強(qiáng)度、延伸率及端面收縮率均滿足指標(biāo)要求；沖擊值不穩(wěn)定，其中一項(xiàng)沖擊值偏低，勉強(qiáng)滿足指標(biāo)要求。第一支筒體及第二支筒體經(jīng)鍛后熱處理后再經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其綜合力學(xué)性能良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。綜合可見，該材質(zhì)的大型筒體鍛件經(jīng)鍛后正回火熱處理，其塑性良好，但強(qiáng)度及沖擊性能偏低，經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后可以確保滿足客戶要求的較高的力學(xué)性能要求。

4.4 金相

第一支ASTM A350 LF2筒體鍛后熱處理的金相組織如圖3所示。由圖3可知，該筒體經(jīng)大變形后晶粒細(xì)小均勻，平均晶粒度在5μm～10μm范圍內(nèi)(如圖3a所示)。其微觀組織為細(xì)珠光體+鐵素體+少量的粒狀碳化物(如圖3b所示)。這種微觀組織表明鍛造工藝比較合理，同時(shí)決定了該鍛件塑性良好，但是要保證較高的抗拉強(qiáng)度須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。該材質(zhì)正常的調(diào)質(zhì)組織為：索氏體+少量的鐵素體+極少量的碳化物，這樣才能保證必要的力學(xué)性能要求。

表6 ASTM A350 LF2大型筒體鍛件力學(xué)性能Table 6 The mechanical property of heavy shell forgings of ASTM A350 LF2 steel

圖3 第一支ASTM A350 LF2筒體鍛后熱處理狀態(tài)金相圖Figure 3 The microphotograph of the first shell of ASTM A350 LF2 steel under heat treatment after forging

5 結(jié)論

(1)對于大型鍛件的鍛造加熱工序，尤其是鐓粗工序前坯料的加熱應(yīng)該嚴(yán)格控制，以保證鋼錠內(nèi)部偏析等缺陷得到一定程度的改善，同時(shí)保證鍛件心部熱透，保證鐓粗工序的順利進(jìn)行。

(2)大鍛件在鍛造過程中，出現(xiàn)的表面缺陷應(yīng)及時(shí)進(jìn)行表面清傷處理，以防缺陷擴(kuò)展，影響鍛件質(zhì)量。

(3)大型筒體鍛件的擴(kuò)孔工序應(yīng)采用縱向砧并注意疊砧量，以防產(chǎn)生表面折傷，影響鍛件的最終表面質(zhì)量。

(4)大型筒體鍛件的鍛造生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意平整筒體兩端面，避免造成鍛件兩端出現(xiàn)“花邊”，提高鍛件最終表面質(zhì)量，同時(shí)也提高了鍛件的材料利用率。

(5)ASTM A350 LF2材質(zhì)的大型筒體鍛件經(jīng)變形量較大的鍛造及鍛后熱處理后，需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理以滿足其較高的力學(xué)性能要求。

[1] ASTM A350/A350M—2004a版.需切口韌性試驗(yàn)的管道部件用碳鋼和低合金鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范.

[2] 柳永宏，陳國昌.大型長筒鍛造經(jīng)驗(yàn)[J].大型鑄鍛件，1998(2)：25-26.

[3] 陳迎亮，馬慶賢.大型筒體鍛造工藝參數(shù)特性模擬研究[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2007(14).

[3] 鄭敏興，韓麗潔.筒體鍛件成型方法的研究[J].一重技術(shù)，2002(1).