大型SA-336F12貯水箱筒體鍛件鍛造工藝研究

郭海萍 張曉旭 趙熙喆(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

貯水箱筒體鍛件，鍛件圖如圖1，鍛件重19.5 t，采用25 t鋼錠生產(chǎn)。材質(zhì)采用美國標(biāo)準(zhǔn)SA-336F12。鍛造變形過程生產(chǎn)工序?yàn)椋簤恒Q口→拔長下料→鐓粗沖孔→擴(kuò)孔→芯軸拔長。我公司現(xiàn)有32 MN水壓機(jī)，生產(chǎn)的筒類鍛件內(nèi)孔長度一般不超過2500 mm，鍛件重量不超過15 t。該批筒體鍛件內(nèi)孔長度接近4000 mm，特別是現(xiàn)有的芯軸長度只有2800 mm，芯軸拔長工序，無法通過一火次直接拔長出成品。因此，必須研究如何利用現(xiàn)有的配套冶金輔具生產(chǎn)大型長筒體鍛件。本文主要研究了該SA-336F12大型長筒體鍛件的鍛造成型工藝，以及生產(chǎn)過程中的工藝控制參數(shù)和要點(diǎn)。

圖1 SA-336F12貯水箱筒體鍛件圖Figure 1 Diagram of cylinder forgings of SA-336F12 water tank

1 原材料選擇

該貯水箱筒體鍛件材質(zhì)為SA-336F12。結(jié)合ASTM A336標(biāo)準(zhǔn)要求，在原材料的選用上，優(yōu)選真空精煉鋼錠，內(nèi)控各元素化學(xué)成分含量，嚴(yán)格控制鋼錠內(nèi)有害元素S、P及H的含量，減少鋼錠原材料本身的夾雜與偏析，并要求保證P≤0.015%，S≤0.010%，[H]≤2×10-6。其化學(xué)成分實(shí)測值在內(nèi)控化學(xué)成分范圍之內(nèi)，具體如表1。

2 冶煉方法

該貯水箱筒體鍛件用鋼的冶煉方法為：電爐精煉+真空脫氣。采用12棱鋼錠模，澆注25 t鋼錠。水口端尺寸為1121 mm，冒口端尺寸為1298 mm，錠身高度2300 mm，實(shí)際錠身重約21.3 t。鋼錠脫模后，熱送至加熱爐中加熱。

3 鍛造工藝

第1火：1250℃/10 h，將冒口端壓鉗口，倒棱拔長坯料至?1160 mm，下料21 t(?1160 mm×2555 mm)，記住冒口方向。

第2火：1250℃/10 h，冒口端在上，鐓粗至高度1400 mm，開邊至1300 mm高，翻轉(zhuǎn)180°，開至1200 mm高，此時(shí)冒口端在下面，沖孔?420 mm。

第3火：1250℃/8 h，經(jīng)過強(qiáng)度校核，選用?400 mm芯軸預(yù)擴(kuò)，之后換?500 mm馬杠將內(nèi)孔擴(kuò)至?950 mm。

第4火：1250℃/8 h，用?920 mm芯軸，拔長至長度2200 mm，平整。

第5火：1250℃/8 h，用?820 mm芯軸，下用V型砧收孔拔長，內(nèi)孔收至?820 mm后，先拔長芯軸端頭部800 mm長部分，外圓拔至鍛件圖尺寸后，再拔長其余部分至工藝尺寸，出成品。

表1 SA-336F12貯水箱筒體鍛件化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求及實(shí)測值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements and measured values of cylinder forgings of SA-336F12 water tank (mass fraction, %)

4 工藝控制參數(shù)分析與討論

(1)鍛造長筒形鍛件通常用到芯軸拔長工序，在拔長時(shí)孔中間穿一根芯軸，通過拔長變形過程，減小空心坯料的壁厚而增加其長度。這里的芯軸，其長度超過筒體鍛件的長度。因此，對于芯軸長度小于筒體鍛件長度的情況，需要研究新的工藝方案。一種方法可以分段從兩個(gè)方向穿芯軸拔長，這種方法中心內(nèi)孔容易存在不同心問題，同時(shí)在中間內(nèi)孔過度位置容易出現(xiàn)臺階，內(nèi)孔尺寸不易控制。另一種方法可以先拔長芯軸端頭部，拔至鍛件圖尺寸后，再逐步往里拔長，這樣出成品時(shí)懸在芯軸長度之外的部分已經(jīng)拔長至成品尺寸。這種方法中心內(nèi)孔尺寸容易控制，但操作難度大。該貯水箱筒體鍛件，毛坯長度尺寸為4000 mm，超過現(xiàn)有的芯軸長度2800 mm，本文采用先拔長芯軸端頭部，再逐步往里拔長的方法。第5火用?820 mm芯軸，下用V型砧拔長時(shí)，先拔長芯軸端頭部800 mm長部分，外圓拔至鍛件圖尺寸后，該部分長度增加至1340 mm(示意圖如圖2)，再拔長其余部分，則其余部分可以實(shí)現(xiàn)整體在芯軸上拔長，只是先拔長的1340 mm長度會有一部分懸空在芯軸之外。

圖2 先拔長芯軸端頭部800 mm長部分示意圖Figure 2 Schematic drawing for stretching first the 800 mm length at the head of mandrel

(2)拔長工序，先用?920 mm芯軸拔長至2200 mm，平整端面后裝爐。此火次拔長至2200 mm參數(shù)的設(shè)置，主要考慮滿足設(shè)備空間距離，便于平整端面，避免出成品后鍛件端面嚴(yán)重不齊。另外用?920 mm芯軸，一方面可以減少出成品工序一直用?820 mm芯軸使芯軸過熱抱死的幾率，損壞工具；另一方面，內(nèi)孔從?920 mm變形至?820 mm，增加了內(nèi)孔的變形量，有利于提高鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。

5 操作控制要點(diǎn)

(1)采用鋼錠熱運(yùn)，縮短鋼錠加熱時(shí)間，大幅降低生產(chǎn)制造成本，降低煤氣消耗，提高生產(chǎn)效率。

(2)裝爐時(shí)兩件之間留適當(dāng)間隙，避免溫度不均。為了使筒身在加熱過程中更均勻，充分利用爐窯的有效高度，將筒身拔長后進(jìn)行立裝的方法，避免拔長變形不均，端部不齊現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)加熱的目的是提高塑性，降低鋼的變形抗力。因該筒身鍛件較大，加熱始鍛溫度由原來的1220℃提高到了1250℃，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)有利于提高筒身鍛件壓實(shí)效果。

(4)生產(chǎn)過程中，在下料時(shí)為了減少料傷，采用了800 mm寬砧下料方法。同時(shí)，控制下料兩端面平整，不留毛刺，避免在后道工序出現(xiàn)折傷。

(5)鐓粗沖孔時(shí)，采用單面沖孔方法，避免雙面沖孔產(chǎn)生重皮。為此專門設(shè)計(jì)了兩個(gè)500 mm高的沖子，給生產(chǎn)操作提供方便，避免孔沖偏心。

(6)長筒體鍛件容易出現(xiàn)端部不齊現(xiàn)象，尤其拔長超過一定尺寸后鍛件端面無法平整，且端部內(nèi)孔易裂，因此在鍛件毛坯長度尺寸上要增加鍛造余量，防止因端部不齊或內(nèi)孔裂紋導(dǎo)致尺寸不夠加工。

(7)拔長過程中，為了防止鍛件端部不齊，在用?920 mm芯軸拔長至2200 mm尺寸后，要增加平整端面工序，避免出成品后鍛件端面嚴(yán)重不齊。

(8)第5火用?820 mm芯軸，下用V型砧拔長時(shí)，先拔長芯軸端頭部800 mm長部分，外圓拔至鍛件圖尺寸后，再拔長其余部分，則其余部分可以實(shí)現(xiàn)整體在芯軸上拔長，只是先拔長的部分會有一段懸空在芯軸之外。

6 結(jié)論

通過先拔長芯軸端頭部，拔至鍛件圖尺寸后，再逐步往里拔長的方法，可以實(shí)現(xiàn)SA-336F12大型長筒體鍛件的鍛造成型。該大型長筒體鍛件長度尺寸超過了芯軸的有效長度尺寸。出成品時(shí)先拔長至成品尺寸的部分會懸空在芯軸之外。通過這種方法鍛造的長筒體鍛件超聲檢測可以滿足單個(gè)缺陷Ⅰ級、底波降低率Ⅰ級、密集區(qū)缺陷Ⅰ級的標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

[1] 康大韜，葉國斌. 大型鍛件材料及熱處理[M]. 北京：龍門書局，1998.

[2] 劉助柏，倪利勇，劉國暉. 大鍛件形變新理論新工藝[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.