加氫鍛件調(diào)質(zhì)工藝及操作優(yōu)化

朱明飛(中國(guó)第一重機(jī)械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)鍛造廠，黑龍江161042)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)重型機(jī)械行業(yè)面臨著巨大的改革壓力和嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)。為了提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本就成為了各大重型機(jī)械制造商的首要目標(biāo)。為了滿足市場(chǎng)要求，加快加氫反應(yīng)器的生產(chǎn)制造進(jìn)度，同時(shí)降低其生產(chǎn)制造成本，我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中對(duì)加氫反應(yīng)器鍛件調(diào)質(zhì)熱處理工藝及實(shí)際操作進(jìn)行了整體優(yōu)化，并對(duì)燃?xì)鉅t的工作方式、操作方式等做出調(diào)整，在進(jìn)一步鞏固產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅減少了實(shí)際執(zhí)行工藝過(guò)程中的能源消耗，保障了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

1 加氫鍛件調(diào)質(zhì)工藝操作優(yōu)化研究與應(yīng)用

加氫大型鍛件的材質(zhì)是2.25Cr-1Mo-0.25V，通常采用鍛后熱處理+粗加工調(diào)質(zhì)的熱處理方式。2.25Cr-1Mo-0.25V鋼中，一定的Cr、Mo合金元素含量保證較高強(qiáng)度和較好淬透性；少量的V可以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。近年來(lái)我公司生產(chǎn)的此種材質(zhì)鋼加氫反應(yīng)器的調(diào)質(zhì)性能合格率幾乎達(dá)到100%。但從生產(chǎn)成本的控制上，與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有一定的進(jìn)步空間。經(jīng)過(guò)前期的數(shù)據(jù)調(diào)查與分析，我們決定將工作重點(diǎn)放在加氫調(diào)質(zhì)工藝的操作優(yōu)化上，以達(dá)到鞏固產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本的目的。

1.1 化學(xué)成分

化學(xué)成分如表1所示。

1.2 性能要求

力學(xué)性能要求如表2所示。

表1 2.25Cr-1Mo-0.25V鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel (mass fraction, %)

表2 2.25Cr-1Mo-0.25V鋼鍛件的力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical property requirements of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel forgings

圖1 調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 1 Quenching and tempering heat treatment process

1.3 調(diào)質(zhì)工藝形式及實(shí)際執(zhí)行情況

調(diào)質(zhì)熱處理工藝見(jiàn)圖1。

目前淬火段的工藝中保前后的升溫速率都是功率升溫，我公司采用天然氣爐執(zhí)行調(diào)質(zhì)工藝時(shí)，考慮到設(shè)備最大功率，中保前的升溫設(shè)定升溫時(shí)間為7 h，升溫速率約為100℃/h，中保后的升溫時(shí)間為3 h，升溫速率約為80℃/h?；鼗鸲蔚纳郎貢r(shí)間為10 h，升溫速率約為70℃/h，工藝全程敷接觸式鎧裝熱電偶監(jiān)測(cè)料溫。

為了更好的掌握在工藝執(zhí)行過(guò)程中的料溫規(guī)律和燃?xì)庀那闆r，我們?cè)谕钐?hào)筒節(jié)連續(xù)生產(chǎn)前，對(duì)熱處理爐(燃?xì)鉅t)進(jìn)行了全面檢查，并進(jìn)行了溫度場(chǎng)測(cè)試。在正式生產(chǎn)的過(guò)程中連續(xù)采集了數(shù)爐次的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。爐料溫差與料溫升溫速率的關(guān)系見(jiàn)圖2。

從采集的數(shù)據(jù)中可以看到，由于爐溫升溫速率較快，爐料溫差不斷擴(kuò)大，較大的爐料溫差可以提升料溫升溫速度，但由于鍛件有效熱處理壁厚較大的限制，料溫的升溫速度極限值不到50℃/h。當(dāng)爐料溫差超過(guò)300℃時(shí)，料溫升溫速率并沒(méi)有明顯增幅。

1.4 工藝執(zhí)行能耗情況研究

在工藝執(zhí)行過(guò)程中，我們對(duì)燃?xì)獾睦塾?jì)消耗流量和瞬時(shí)消耗流量進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，并繪制出曲線圖，見(jiàn)圖3。結(jié)合工藝實(shí)際執(zhí)行情況可以看出，在均、保溫過(guò)程中，燃?xì)庀乃捷^低，而在升溫過(guò)程中，燃?xì)庀乃捷^高，且與升溫速率有一定的比例關(guān)系。爐溫在350℃以下時(shí)，高能耗并未能提供更快的升溫效率。

圖2 爐料溫差與料溫升溫速率的關(guān)系Figure 2 The relationship between the temperature difference of the charge and the heating rate of the material

(a)累計(jì)流量(b)瞬時(shí)消耗圖3 工藝執(zhí)行過(guò)程中燃?xì)饫塾?jì)消耗和瞬時(shí)消耗Figure 3 Gas cumulative consumption and instantaneous consumption during process execution

2 工藝及操作優(yōu)化方案

在優(yōu)化方案的制定上，需要考慮兩方面問(wèn)題，一是要在盡量減少燃?xì)庀牡耐瑫r(shí)不對(duì)工藝執(zhí)行周期產(chǎn)生過(guò)大影響，二是工藝優(yōu)化后對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不產(chǎn)生影響。在上述采集的數(shù)據(jù)中可以看出，首先要降低升溫速率，合理控制升溫速度。中保前升溫速度應(yīng)控制在60℃以內(nèi)，同時(shí)適當(dāng)縮短中保的保溫時(shí)間。而中保后的升溫速度考慮到對(duì)細(xì)化晶粒效果的影響，應(yīng)采取盡可能快的升溫速度。優(yōu)化方案為：(1)合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，最大程度利用爐內(nèi)余熱。(2)中保前的升溫速率降低至60℃/h以內(nèi)，適當(dāng)縮短中保時(shí)間。中保后的升溫速率控制在80℃/h以內(nèi)。(3)增加大火啟動(dòng)條件，350℃以下不啟動(dòng)大火。

3 效果驗(yàn)證

在確定實(shí)施方案后，連續(xù)進(jìn)行4爐次的淬火作業(yè)，第一爐未進(jìn)行優(yōu)化操作，從第2爐開始將熱爐裝爐、升溫速率優(yōu)化、設(shè)置大火啟動(dòng)值等優(yōu)化措施逐項(xiàng)實(shí)施。優(yōu)化方案實(shí)施后的燃?xì)庀那闆r如圖4所示。優(yōu)化方案實(shí)施后的性能結(jié)果如表3所示。

圖4 優(yōu)化方案實(shí)施后的燃?xì)庀那闆rFigure 4 Gas consumption after implementation of optimized plan

從第2爐熱裝爐利用預(yù)熱開始，一直到第4爐將全部?jī)?yōu)化措施實(shí)施，天然氣的能耗降低了44.6%，工藝執(zhí)行周期變化不大。從性能結(jié)果看，沒(méi)有對(duì)鍛件性能產(chǎn)生影響，優(yōu)化方案可以進(jìn)行推廣實(shí)施。

表3 優(yōu)化方案實(shí)施后的性能結(jié)果Table 3 Performance results after implementation of optimized plan

4 結(jié)論

(1)根據(jù)實(shí)際情況選取合適的升溫速率是減少能源消耗的有效手段。

(2)對(duì)于脈沖式燒嘴的熱處理爐，350℃以下應(yīng)減少大火啟動(dòng)頻率，減少能耗。

(3)優(yōu)化方案實(shí)施后產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能結(jié)果沒(méi)有明顯變化。