S55Cr大型模塊鍛造及熱處理工藝

李 進(jìn) 黎作先 賈余超

(湖北新冶鋼有限公司，湖北435001)

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生產(chǎn)技術(shù)

S55Cr大型模塊鍛造及熱處理工藝

李 進(jìn) 黎作先 賈余超

(湖北新冶鋼有限公司，湖北435001)

優(yōu)化了大型模塊鍛造及熱處理工藝，生產(chǎn)出了合格的大型模塊，為大批量生產(chǎn)此類大型模塊提供了很好的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

大型模塊；鍛造工藝；熱處理工藝

隨著國內(nèi)汽車和家電行業(yè)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具鋼的需求量也越來越大，很多模具鋼生產(chǎn)廠家都在開發(fā)和生產(chǎn)模具鋼以求搶占市場(chǎng)份額。近年來模具鋼市場(chǎng)需求的模塊尺寸也逐漸變大，模塊厚度在710 mm～900 mm，寬度在1 200 mm～1 500 mm，單件模塊重量約22 t，模塊硬度和檢測(cè)要求都在逐步加嚴(yán)，對(duì)模具鋼生產(chǎn)廠家提出了更多挑戰(zhàn)，如何在現(xiàn)有裝備及生產(chǎn)成本的限制下生產(chǎn)出大規(guī)格、高品質(zhì)的模具鋼模塊便成了生產(chǎn)廠家需要關(guān)注的重點(diǎn)。我公司擁有煉鋼生產(chǎn)線、45 MN快鍛機(jī)及熱處理裝備，通過工藝及質(zhì)量策劃，成功開發(fā)了S55Cr大型模塊，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)約了生產(chǎn)成本和縮短了生產(chǎn)周期，同時(shí)為批量生產(chǎn)大型模塊(1.2738模塊、1.2312模塊、P20模塊)積累了大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 模塊技術(shù)要求

(1)2015年我公司首次接到2件大型模塊訂單，材質(zhì)為S55Cr，其化學(xué)成分要求及實(shí)際熔煉成分見表1。

表1 化學(xué)成分要求及實(shí)際熔爐成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

模塊以黑皮狀態(tài)交貨，模塊4條棱角必須打出，允許圓角半徑R<10 mm，模塊彎曲度應(yīng)<5 mm/m，保證模塊表面平整，不能塌陷。

(3)模塊交貨硬度為200～230HBW。

(4)檢測(cè)要滿足SEP 1921-D/d要求。

2 鍛造生產(chǎn)流程策劃及工藝

單件模塊交貨重量約20 t，我廠可供選擇的鋼錠有以下兩種：

40 t八角錠：鋼錠錠身大頭直徑1 580 mm，小頭直徑1 390 mm，錠身高度2 480 mm。

30 t八角錠：鋼錠錠身大頭直徑1 380 mm，小頭直徑1 190 mm，錠身高度2 480 mm。

由于我廠的鍛造設(shè)備是45 MN快鍛油壓機(jī)(其實(shí)際壓力約42 MN)，因壓力受限，無法對(duì)40 t鋼錠鐓粗，故選用30 t鋼錠鍛造此模塊。同樣由于壓機(jī)壓力受限，只有選用寬度為700 mm的上下平砧對(duì)鋼錠鍛造拔長，如選用寬度為900 mm的上下平砧鍛造，則會(huì)因壓機(jī)壓力受限無法進(jìn)行寬進(jìn)砧大壓下量鍛造，很難保證檢測(cè)合格。

工藝流程為：30 t鋼錠紅送→裝爐加熱→壓鉗把→回爐→二次鐓拔→鍛造成材→正火回火→檢測(cè)→精整→切頭尾→檢驗(yàn)→包裝入庫。

3 加熱及鍛造工藝

3.1 鋼錠加熱制度

為了節(jié)約能源，并縮短生產(chǎn)周期，采用鋼錠紅送加熱，鋼錠650～700℃脫模紅送，紅送錠加熱工藝如圖1所示。

鋼錠鐓拔全部完成前保溫溫度為1 230～1 250℃，開鍛溫度≥1 050℃，停鍛溫度為800～900℃(防止遺傳粗晶)。

3.2 鍛造工藝及操作要點(diǎn)

由于模塊最大厚度為810 mm， 最大寬度為1 300 mm，模塊截面積很大，為了保證模塊鍛透檢測(cè)合格，并保證鍛造出棱角，同時(shí)為了提高模塊各向同性，故采用30 t鋼錠兩鐓兩拔， 采用寬度為700 mm的上下平砧鍛造拔長。我公司45 MN快鍛機(jī)上砧下平面距壓機(jī)移動(dòng)平臺(tái)凈空為3 500 mm，鐓粗漏盤高度為900 mm，為了保證鋼錠鐓粗拔長后能順利立起再次鐓粗，故控制了每火次坯料尺寸，在保證檢測(cè)合格的情況下優(yōu)化了鍛造工藝。

圖1 鋼錠加熱工藝

3.2.1 鍛造工藝

具體鍛造工藝如表2所示。

3.2.2 操作要點(diǎn)

(1)鐓粗后拔長工序必須按照大壓下量鍛制操作原則鍛造，即在大壓下量(20%～25%壓下量)過程中，進(jìn)鐵量為砧子寬度的 3/4～滿砧，大壓下量大送進(jìn)走扁方鍛制應(yīng)走兩趟以上。為了保證模塊鍛透并避免模塊兩端面產(chǎn)生窩心凹陷，第1錘要壓在坯料長度中間位置，坯料兩端各預(yù)留3/4砧寬，以便下一進(jìn)砧鍛造壓下，然后向兩頭推進(jìn)，端面不要產(chǎn)生窩心。

(2)大壓下量鍛制操作鋼料溫度必須≥1 000℃， 鋼料溫度≤1 000℃時(shí)要重新回爐加熱。大壓下量大送進(jìn)走扁方鍛制操作完成以后，根據(jù)棱角大小情況，再以小壓下量(每錘壓下約30 mm～60 mm)和小進(jìn)鐵量(每錘進(jìn)鐵量約100 mm～200 mm)擠出模塊棱角，鍛造時(shí)要勤測(cè)模塊尺寸，模塊完成鍛造時(shí)的最后一趟要壓模塊大平面，以保證模塊大平面平整，此時(shí)上下平砧表面必須平整。

表2 模塊具體鍛造工藝

圖2 模塊最終熱處理工藝

(3)為保證鍛件熱鍛后的細(xì)晶組織，要求鍛造變形過程的鐓粗、拔長工序嚴(yán)格按照工藝規(guī)程執(zhí)行。并控制最后一火次再加熱前坯料厚度大于成品厚度尺寸150 mm以上，精整成型。

(4)打成成品后，把模塊立起(模塊的窄面與地面平行，有利于風(fēng)冷和正回火工序)輕放在送料小車上，使用鏈條吊運(yùn)到退火爐風(fēng)冷區(qū)風(fēng)冷，防止棱角撞傷。風(fēng)冷到表面300～350℃進(jìn)爐熱處理(測(cè)溫點(diǎn)為模塊大平面中心)。為了保證風(fēng)能均勻吹到模塊大平面的邊緣，墊鐵高度應(yīng)為200 mm～300 mm，兩排風(fēng)扇間距應(yīng)大于5 m，每兩排風(fēng)扇吹1個(gè)模塊。

4 模塊最終熱處理

此模塊要求硬度200～230HBW，由于模塊厚度大于710 mm，如采用淬火回火工藝，則模塊無法淬透，硬度組織也很不均勻。有的廠家在開發(fā)時(shí)采用了模塊鍛造成型后在650℃擴(kuò)氫處理70 h，然后冷鋸切兩頭，再進(jìn)行淬火回火處理，結(jié)果表面和心部硬度很不均勻，也大大增加了成本和生產(chǎn)周期。鑒于以上情況，優(yōu)化了工藝：在化學(xué)成分設(shè)計(jì)時(shí)各類合金元素控制在中上限以保證模塊硬度，H含量控制在1.2×10-6以下，采用鍛造成型后模塊風(fēng)冷到表面300～350℃進(jìn)爐正火回火處理。為了提高硬度及均勻性，故采用正火風(fēng)冷再回火處理。

具體工藝如圖2所示。

模塊的正火回火保溫時(shí)間根據(jù)模塊實(shí)際厚度計(jì)算，以最厚模塊厚度計(jì)算保溫時(shí)間。

5 檢驗(yàn)

對(duì)正火回火出爐的模塊進(jìn)行表面修磨、內(nèi)部檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)符合SEP 1921-D/d要求。

模塊尺寸檢驗(yàn)合格，鋸切模塊水口和冒口端余料，在鋸切面檢測(cè)硬度，每個(gè)鋸切面在對(duì)角線處各打5點(diǎn)硬度，硬度實(shí)測(cè)為206～228HBW，符合技術(shù)要求。

模塊按照實(shí)際重量交貨，實(shí)際黑皮成材率為72.6%， 高于核價(jià)時(shí)的70%成材率，達(dá)到了預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

(1)在45 MN快鍛機(jī)采用700 mm寬砧，可以完成材料為S55Cr的30 t鋼錠鐓拔鍛造過程。

(2)采用700 mm寬砧對(duì)30 t鋼錠兩鐓兩拔，鍛造拔長時(shí)采用寬進(jìn)砧、大壓下量可以保證厚度為810 mm的大型模塊充分鍛透，提高模塊各向同性，超聲檢測(cè)結(jié)果滿足SEP 1921-D/d要求。

(3)此類大型模塊(厚度在710 mm～900 mm，寬度在1 200 mm～1 500 mm，單件模塊重量約22 t)在鍛造時(shí)通過均勻變形控制，其黑皮成材率可達(dá)到72%，為以后此類模塊報(bào)價(jià)積累了數(shù)據(jù)。

(4)為了節(jié)約擴(kuò)氫退火成本及生產(chǎn)周期，鋼錠氫含量控制在1.2×10-6以下，可取消鍛后擴(kuò)氫退火。

(5)在化學(xué)成分設(shè)計(jì)時(shí)各類合金元素控制在中上限以保證模塊硬度，正火時(shí)風(fēng)冷，再選擇合適的回火溫度回火，能滿足大規(guī)格模塊硬度要求，硬度均勻性很好。

編輯 杜青泉

Forging and Heat Treatment Process of Large Forged Block with Material S55Cr

Li Jin, Li Zuoxian, Jia Yuchao

The forging and heat treatment process of large forged block have been optimized. Meanwhile, the qualified forged block has been produced, so as to provide a great production experience for mass production of this kind of large forged block.

large forged block; forging process; heat treatment process

2016—06—07

TG316，TG156

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