文/殷勇鋒·江蘇凌飛鍛造有限公司

55NiCrMoV7大型模塊的鍛造工藝改進(jìn)

文/殷勇鋒·江蘇凌飛鍛造有限公司

殷勇鋒，技術(shù)部長(zhǎng)，工程師，研發(fā)中心負(fù)責(zé)人。主要從事大型鍛件的鍛造工藝、工裝設(shè)計(jì)、機(jī)加工工藝制定以及新產(chǎn)品的新工藝開(kāi)發(fā)。擁有1項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利和5項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。

采用傳統(tǒng)方式鍛造的55NiCrMoV7大型模塊，往往有探傷合格率低、廢品率高的缺點(diǎn)。WHF法預(yù)鍛制坯＋FM鍛造法拔長(zhǎng)＋變纖維方向鍛造成形的新型鍛造工藝，通過(guò)三次不同方式的鐓拔鍛造，鍛合內(nèi)部疏松、縮孔，減少偏析，降低了非金屬夾雜物的含量，提高了模塊的探傷合格率與力學(xué)性能，經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提升。

模具是制造業(yè)中極其重要的基礎(chǔ)工藝裝備，模塊是模具產(chǎn)業(yè)最重要的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)，其品種、規(guī)格和質(zhì)量直接影響到模具的性能、使用壽命和制造周期。模塊鍛件是典型的寬板類(lèi)鍛件，研究模塊鍛件的鍛造工藝對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度和產(chǎn)品向高級(jí)化、多樣化、個(gè)性化和高附加值化方向發(fā)展有著重要意義。

傳統(tǒng)鍛造工藝

55NiCrMoV7為歐洲進(jìn)口合金工具鋼，是法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（NFA35-590-1992）鋼號(hào)。采用雙真空冶煉模塊（電爐+鋼包真空精煉+真空澆注）。其成分中的V元素具有細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性的作用，使該鋼種具有更好的耐磨性、淬透性、熱硬性、韌性、尺寸穩(wěn)定性與耐熱疲勞性。與我國(guó)廣泛應(yīng)用的5CrNiMo模具鋼相比，55NiCrMoV7模塊具有更廣的使用范圍和更長(zhǎng)的使用壽命。但該鋼種由于V元素的添加，在冶煉制造模塊時(shí)不可避免的出現(xiàn)疏松、縮孔、夾雜和偏析等內(nèi)部缺陷，必須通過(guò)有效的鍛造工藝將這些空洞型缺陷去除，減少偏析，降低非金屬夾雜物含量，以獲得性能優(yōu)良的模塊。

采用傳統(tǒng)的鍛造方式鍛造該鋼種模塊，探傷合格率較低，廢品率高，容易出現(xiàn)大面積疏松和偏析等探傷缺陷。大型模塊的尺寸如用l(長(zhǎng))×b(寬)×h(高)來(lái)表示，尺寸特征一般為l/b≥1，b/h≥1.3，h≥300mm。該類(lèi)型模塊的普通鍛造工藝是模塊鐓粗(或倒棱、鐓粗)后用上、下超寬砧拔長(zhǎng)，進(jìn)行兩次鐓拔成形。由于模塊內(nèi)部原有的冶金缺陷和尺寸特征，經(jīng)鐓粗和超寬砧拔長(zhǎng)后，其內(nèi)部疏松、縮孔、偏析和夾雜等缺陷雖有很大改善或消除，但其探傷合格率依舊不高，經(jīng)濟(jì)效益低下。

改進(jìn)后的鍛造工藝

本公司選用4塊55NiCrMoV7雙真空冶煉模塊，模塊的鍛件尺寸為2400mm×1400mm×800mm，重量約22t。采用普通鍛造法鍛造，超聲波探傷合格的僅1塊，其余三塊的探傷缺陷為中心大面積疏松，部分鍛件疏松面積占整個(gè)鍛件的50%以上，個(gè)別出現(xiàn)有當(dāng)量大于φ12mm冶金缺陷，嚴(yán)重區(qū)域甚至探傷底波完全損失。因此，采用新的鍛造工藝，對(duì)55NiCrMoV7鍛件進(jìn)行返修重鍛，具體實(shí)施工藝如下。

圖1 模塊加熱曲線

模塊加熱工藝

參考相關(guān)資料，該鋼種的最高加熱溫度約1220℃，考慮到提高加熱溫度有利于鍛合內(nèi)部空隙和減少鍛造變形抗力，且爐溫和料溫有20℃的溫差，故模塊最高加熱溫度可提高至（1240±10）℃，模塊加熱曲線如圖1所示。

WHF法預(yù)鍛制坯

將爐內(nèi)模塊取出，使用壓機(jī)上、下平臺(tái)將模塊中心鐓粗收厚至1000～1100mm（若為非改鍛的鋼錠，則將鋼錠有效錠身直徑鐓粗至φ1600mm）。操作機(jī)夾持鉗口取出鍛坯，然后采用WHF法（超寬平砧強(qiáng)壓拔長(zhǎng)法）迫使模塊心部產(chǎn)生較大變形。拔長(zhǎng)后模塊的尺寸為2400mm×1200mm×1000mm。熱切鉗柄后，進(jìn)爐加熱至（1240±10）℃，保溫3h以上。

圖2 WHF法預(yù)鍛制坯

WHF法預(yù)鍛制坯能夠破碎模塊內(nèi)部的粗大晶枝，將模塊的鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)殄憫B(tài)組織，初步鍛合內(nèi)部孔隙、壓實(shí)中心疏松、得到合適的模塊制坯尺寸，也為下一火的鐓粗鍛造提供合適的鐓粗高徑比，WHF法預(yù)鍛制坯示意圖如圖2所示。

FM鍛造法拔長(zhǎng)

采用上、下大平板將模塊高度鐓粗至1400mm，然后采用大壓下量的FM鍛造法拔長(zhǎng)（即用上寬砧、下平臺(tái)對(duì)模塊進(jìn)行拔長(zhǎng)）。每次上砧的壓下量約為壓下前坯料高度的10%～12%，進(jìn)砧寬度為砧寬的80%。為確保壓實(shí)效果，每壓完一次后，將模塊翻轉(zhuǎn)90°繼續(xù)鍛壓。模塊沿原有纖維方向再次拔長(zhǎng)尺寸為2400mm×1200mm×1000mm的長(zhǎng)方形模塊。進(jìn)爐加熱至（1240±10）℃，保溫3h以上。

FM鍛造法拔長(zhǎng)可進(jìn)一步消除模塊內(nèi)部縮孔、壓實(shí)中心疏松，足夠的保溫時(shí)間能夠使模塊內(nèi)部原子得到充分?jǐn)U散，使內(nèi)部缺陷得到焊合，F(xiàn)M鍛造法拔長(zhǎng)示意圖如圖3所示。

圖3 FM鍛造法拔長(zhǎng)

變纖維方向鍛造成形

采用上、下大平板將模塊高度鐓粗至1400mm，將模塊纖維原長(zhǎng)度方向改變?yōu)閷挾确较?，原寬度方向變?yōu)殚L(zhǎng)度方向，依舊采用FM鍛造法拔長(zhǎng)。按圖紙尺寸將模塊拔長(zhǎng)至成品尺寸2400mm×1400mm×800mm后，進(jìn)行整形。拔長(zhǎng)過(guò)程中需嚴(yán)格控制終鍛溫度，模塊終鍛溫度約（850±20）℃。

變纖維方向鍛造成形，有利于擊碎模塊中心的碳化物，改善偏析，可使橫向性能與縱向性能比較接近。起到細(xì)化非金屬夾雜物、消除坯料中部分非金屬夾雜缺陷的作用，不僅提高模塊探傷合格率，也可提高模塊的化學(xué)成分偏差檢測(cè)的合格率與非金屬夾雜物的含量測(cè)定的合格率。變纖維方向鍛造成形示意圖如圖4所示。

圖4 變纖維方向鍛造成形

圖5 熱處理工藝曲線

鍛后熱處理

模塊鍛后爐冷至500～550℃，進(jìn)行鍛后熱處理，熱處理工藝為2次重結(jié)晶正火加回火，熱處理工藝曲線如圖5所示。

質(zhì)量檢測(cè)

模塊粗加工后，進(jìn)行100%無(wú)損探傷與相關(guān)非金屬夾雜物檢測(cè)，經(jīng)過(guò)超聲波探傷，原有的大面積疏松缺陷已經(jīng)消失。返修重鍛的3個(gè)模塊中，超聲波探傷均合格，僅有一個(gè)模塊檢測(cè)出有兩個(gè)當(dāng)量約φ4mm冶金缺陷存在，也符合客戶的探傷標(biāo)準(zhǔn)。非金屬夾雜物含量和化學(xué)成分偏差檢測(cè)均合格，圖6所示為55NiCrMoV7模塊鍛造實(shí)物圖。

圖6 55NiCrMoV7模塊鍛造實(shí)物圖

結(jié)束語(yǔ)

55NiCrMoV7大型模塊采用WHF法預(yù)鍛制坯+FM鍛造法拔長(zhǎng)+變纖維方向鍛造成形的新型鍛造工藝，可以充分鍛透模塊內(nèi)部組織，鍛合內(nèi)部疏松和縮孔缺陷，減少偏析，降低非金屬夾雜物的含量。實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果證實(shí)，該工藝在提高探傷合格率、提高模塊各項(xiàng)力學(xué)性能和使用壽命方面，具有非常顯著的效果。