超大型復(fù)雜環(huán)鍛件的研制

大型環(huán)鍛件有著廣泛的應(yīng)用 ，其生產(chǎn)能力與技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家的重工業(yè)發(fā)展水平與重大關(guān)鍵技術(shù)裝備自給能力的主要標(biāo)志之一 。我國(guó)十分重視大型環(huán)鍛件制造業(yè)的發(fā)展 ，雖然40多年 來(lái)投入了大量的資金和人力使得該產(chǎn)業(yè)由小到大 ，從低到高發(fā)生了重要的變化 ，但到目前為止 ，國(guó)產(chǎn)大型環(huán)鍛件的制造能力和技術(shù)水平與國(guó)外相比還有較大差距 。我公司為提高公司制造力度 ，提升市場(chǎng)應(yīng)變能力 ，研制了妒9m超大型復(fù)雜環(huán)鍛件。從尺寸來(lái)看是國(guó)內(nèi)首次嘗試 ，且試制達(dá)到了技術(shù)要求。妒9m超大型復(fù)雜環(huán)鍛件的生產(chǎn)工藝為 ：原材料采購(gòu) 一 原材料檢驗(yàn) 一 下料 一加熱一制坯一軋環(huán)一熱處理一檢驗(yàn)一機(jī)加工 。

1.原材料

采用42CrMoA鋼錠 ，冶煉方法采用電爐+爐外精煉+真空脫氣 。原材料化學(xué)成分 、表面質(zhì)量及力學(xué)性能需滿(mǎn)足一定要求，應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn) ，防止因原材料質(zhì)量問(wèn)題而影響后續(xù)的熱加工。

2.鍛造  

用G42180自動(dòng)鋸床機(jī)鋸切下料 ： 直徑800mm，長(zhǎng)1965mm連鑄坯 ，重8000kg。采用 日RTD3000／3000／1500天然氣爐加熱鋼錠 ，鍛造時(shí)，加熱過(guò)程是 一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，可以提高坯料的塑性，降低變形抗力 ，使毛容易變形流動(dòng)，能夠順利進(jìn)行塑性變形 。鋼在加熱過(guò)程中要適當(dāng)?shù)脑谀骋粶囟榷伪亍?因?yàn)榕髁线^(guò)大 ，在加熱過(guò)程中表面和心部的溫差較大 ，若不保溫 ，會(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力 ，致使材料在鍛造時(shí)或在后續(xù)熱處理和機(jī)加工過(guò)程中產(chǎn)生裂紋而報(bào)廢。采用60000km的YTD961600油壓機(jī)對(duì)料進(jìn)行鍛造 。鍛造制坯分兩火完成 。第一火包括坯料一次鐓粗至1000mm，以及一次坯料拔長(zhǎng)1300mm。第二火包括坯料次鐓粗至850mm】妒400mm沖頭沖孔 ，沖孔偏心 ≤20mm。

3.軋環(huán) 

在RAM9000徑軸向軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行軋制 ，初軋溫 度 ≤1150℃ ，終軋溫度 ≥850℃。 因?yàn)榄h(huán)件過(guò)大 ，為保證鍛坯在軋制過(guò)程中有足夠的塑性 ，初軋至~2400mm×1600mm×600mmI時(shí) ，需回爐加熱。然后第 二火軋制成9020mm× 8690mm X230mm。軋制過(guò)程 中密切關(guān)注工件的 變形情況 ，如發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn) 凹陷、拉皮及燒損等缺陷時(shí) ，應(yīng)立即停止軋制 ，待工件冷卻 、修復(fù)處理后再重新加熱 、軋制。軋制時(shí) ，初軋溫度偏始鍛溫度下限 。軋制前期 ，為消除偏心壁厚差，徑向進(jìn)給速度應(yīng)小 ，軸向可不進(jìn)給(因?yàn)榇藭r(shí)環(huán)件溫度偏高 ，晶粒度較大 ，塑性 變形對(duì)晶粒度影響較小 )。當(dāng)溫度降至終鍛溫度以上 (900～950℃ )，迅 速增加進(jìn)給速度 ，徑向、軸向同時(shí)軋制(此溫度下產(chǎn)生的較大塑性變形 ，使晶粒在連續(xù)的局部剪切力作用下細(xì)化 )，當(dāng)尺寸接近鍛件尺寸時(shí) ，降低進(jìn)給量 ，最后只進(jìn)行徑向整圓。

4.熱處理 

在9m×9m×3m的RTD一5000天然氣熱處理爐中對(duì)環(huán)件進(jìn)行加熱 ，按熱處理調(diào)質(zhì)曲線對(duì)環(huán)件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 。熱處理過(guò)程中應(yīng)控制大鍛件的淬火加熱速度，以避免溫差過(guò)大， 使內(nèi)部原有缺陷 (如微裂紋、夾雜及疏松等)進(jìn)一步擴(kuò)大。在加熱過(guò)程中 ，表面和心部會(huì)出現(xiàn)兩次溫差高峰 。第一次溫差高峰出現(xiàn)在表面溫度為600℃～ 700℃，這時(shí)鍛件表面已進(jìn)入塑性狀態(tài) ，而心部溫度只有350℃～500℃，仍處于彈性狀態(tài) ，此時(shí)熱應(yīng)力較大，工件很容易在心部形成裂紋或使原有顯微裂紋擴(kuò)大 。故采用階梯加熱 ，在6000℃以下應(yīng)控制加熱速度 ，以減小表面與心部的溫差，從而減小熱應(yīng)力。650℃附近進(jìn)行保溫 ，使表面與心部溫度相近 。第二次溫差高峰發(fā)生在表面溫度為800℃附 近 ，此時(shí)心部溫度為600℃或稍高 ，材料已進(jìn)入塑性狀態(tài) ，溫差熱應(yīng)力可得到明顯松弛 ，工件開(kāi)裂 、 變形的傾向很小 。大鍛件淬火后應(yīng)立即回火 ，中間停留一般不超過(guò)2～3h。一 方面是由于大鍛件淬火后內(nèi)應(yīng)力大 ；另一方面 ，其心部在淬火后尚有未完全轉(zhuǎn)變的過(guò)冷奧氏體 ，迅速將工件轉(zhuǎn)入回火爐在低 溫進(jìn)行保持 ，可使心部繼續(xù)冷卻。

環(huán)件表面的力學(xué)性能數(shù)值超過(guò)了研制指標(biāo) ，而心部的力學(xué)性能指標(biāo)低于研制標(biāo) ，說(shuō)明材料的力學(xué)性能由表及里呈遞減趨勢(shì) ，其中屈服強(qiáng)度的衰減尤為顯著。