文/于爽?遼寧金鋼重型鍛造有限公司

F91閘閥閥體的自由鍛生產(chǎn)工藝

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閘閥是電站、化工、石油等行業(yè)中流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，閥體是閘閥結(jié)構(gòu)中的主要零部件，主要功能是作為流體介質(zhì)的流動(dòng)通道，并承受介質(zhì)的壓力、溫度和腐蝕。

F91鋼屬改良型9Cr-1Mo高強(qiáng)度鐵素體耐熱鋼，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)材質(zhì)為1Cr9Mo1VNbN。F91不僅具有高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性，還具有良好的沖擊韌性和高而又穩(wěn)定的持久塑性及熱強(qiáng)性能。由于其在600℃以下優(yōu)良的組織穩(wěn)定性以及相對(duì)較低的成本被廣泛用于高溫高壓工況中閥體的制造?？紤]高溫高壓工況下系統(tǒng)的安全運(yùn)行，閥體應(yīng)采用整體鍛造工藝。整體鍛造工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)操作及鍛造設(shè)備的要求也更苛刻。本文著重介紹自由鍛壓設(shè)備利用胎模具生產(chǎn)F91閘閥閥體的工藝，其他三通類閥體也可借鑒此生產(chǎn)工藝。

產(chǎn)品的技術(shù)要求

⑴F91的冶煉及化學(xué)成分。

冶煉應(yīng)采用精選的低P、S爐料，經(jīng)電爐冶煉+真空精煉（或電渣重熔）后鑄錠。其化學(xué)成分要求見表1。

⑵F91的熱處理臨界點(diǎn)參數(shù)見表2。

⑶閘閥閥體的鍛造毛坯圖見圖1。

前期準(zhǔn)備工作

⑴鍛造工藝及參數(shù)的制定。

閘閥閥體長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫高壓的惡劣工況下，鍛造毛坯質(zhì)量是保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。制定鍛造工藝要同時(shí)兼顧閥體三個(gè)方向的強(qiáng)度，閥體鍛件要經(jīng)過充分的變形，細(xì)化晶粒，消除各向異性。

高溫高壓介質(zhì)從閥體內(nèi)通道流過，結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)部位在閥體的內(nèi)表面上。由于閥體入口管與中腔相接，此處形狀變化劇烈，同時(shí)內(nèi)壁存在尖角，所以閥體入口管與閥體中腔交界處應(yīng)力值最大，且有應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖1 閘閥閥體毛坯圖

表1 F91化學(xué)成分

表2 F91的熱處理臨界點(diǎn)參數(shù)

綜上所述，在制定鍛造工藝時(shí)，要使坯料在連續(xù)的鍛造工序中進(jìn)行鐓粗與拔長(zhǎng)交叉變形，至少要經(jīng)過二次鐓粗與拔長(zhǎng)變形，以消除各向異性，確保閥體應(yīng)力集中區(qū)域的強(qiáng)度。閥體鍛件的最小鍛造比：電爐錠≥3.5，電渣錠≥3。與之相匹配的鐓粗比：電爐錠≥2，電渣錠≥1.5。閥體鍛件的流線方向要與介質(zhì)的流動(dòng)方向一致，在加工時(shí)要保證零件流線完整不被破壞切斷，閥體鍛件最終成形的流線方向，如圖2所示。

⑵生產(chǎn)準(zhǔn)備工裝：上、下平砧、大平臺(tái)、鐓粗板、胎模具。

圖2 閘閥鍛件的流線方向

工藝過程的實(shí)施

⑴鍛造前加熱。加熱時(shí)爐溫≤1240℃，始鍛溫度≤1200℃，加熱工藝參照《鋼質(zhì)自由鍛件加熱通用技術(shù)條件》。

⑵鍛造過程。

第一火：坯料鐓粗、拔長(zhǎng)。

第二火：坯料二次鐓粗、拔長(zhǎng)。

第三火：按胎模具尺寸修整Ⅰ段（見鍛件圖對(duì)應(yīng)部位）坯料，在胎模具內(nèi)拔出Ⅱ段（見鍛件圖對(duì)應(yīng)部位）坯料。此道工序至關(guān)重要，它決定閥體鍛件的整體流線分布，確保閥體綜合性能達(dá)到使用要求。Ⅱ段拔長(zhǎng)工藝及纖維流向，見圖3。

第四火：修整各段坯料，沖盲孔，鍛至成品。

⑶鍛造后熱處理。F91裂紋敏感性強(qiáng)，鍛后熱處理前應(yīng)將鍛件表面裂紋等缺陷全部清理干凈。鍛后空冷至500℃后及時(shí)正火，正火溫度過高容易產(chǎn)生晶粒粗化現(xiàn)象，大鍛件晶粒粗化現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。建議正火保溫后采用風(fēng)冷或水霧噴冷等措施加快冷卻速度，風(fēng)冷時(shí)風(fēng)口應(yīng)對(duì)準(zhǔn)毛坯洞口。鍛后熱處理工藝見圖4。

圖3 模具內(nèi)拔長(zhǎng)Ⅱ段

圖4 F91鍛后熱處理曲線

生產(chǎn)操作注意事項(xiàng)

⑴F91屬低碳高合金鋼，鍛造過程中坯料變形抗力大，易開裂。鍛造時(shí)盡可能按允許鍛造溫度的上限控制，以提高鍛造溫度范圍，大變形量粗鍛終鍛溫度≥850℃，整形等小變形量精鍛終鍛溫度可在約800℃完成。大變形鍛造要在高溫區(qū)進(jìn)行，以增強(qiáng)坯料鍛透性和組織均勻性。

⑵最后一火鍛造比≥1.5，防止出現(xiàn)組織晶粒粗大。

⑶模具內(nèi)Ⅱ段成形前工序應(yīng)為拔長(zhǎng)工序，以確保Ⅰ段流線方向按設(shè)計(jì)要求分布。

結(jié)束語

自由鍛壓設(shè)備生產(chǎn)F91等高合金鋼，首先要根據(jù)零件實(shí)際工況制定合理的鍛造工藝，其次利用胎模具等輔助工裝，可以有效地減少毛坯余量，提高鍛造精度，并控制坯料的纖維流向，使鍛件達(dá)到工藝設(shè)計(jì)要求。我公司采用該工藝生產(chǎn)的核電設(shè)備、火力發(fā)電設(shè)備中使用的F91、F92等材質(zhì)的閘閥閥體、止回閥閥體，經(jīng)檢驗(yàn)完全符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。