CN1036348A

CN1036348A - 有效压实锻造法

Info

Publication number: CN1036348A
Application number: CN 88106963
Authority: CN
Inventors: 任猛; 王祖唐; 刘庄
Original assignee: BEIJING HEAVY-DUTY MACHINE FACTORY
Current assignee: BEIJING HEAVY-DUTY MACHINE FACTORY
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1989-10-18
Also published as: CN1011865B

Abstract

一种用于自由锻造的有效压实锻造法。它能消除空洞性缺陷；能改善偏析和夹杂物等缺陷；有利于扩散和减轻锻坯中的有害气体。其特征是：在拔长锻造时，每趟拔长的压下量在20～30％之间；至少有6 趟满足砧宽比值为0.51～0.9的拔长变形；拔长结束时锻坯心部的温度应大于1000℃；每重新拔长一趟之前，应错砧1/3砧宽；拔长结束，应将锻坯锻成扁方截面入炉扩散。

Description

本发明涉及一种用于自由锻造的有效压实锻造法。

钢锭，特别是大型钢锭，在其浇铸和凝固过程中，其中心部分不可避免地存在疏松、缩孔、气泡和微裂纹等空洞性缺陷，以及偏析、夹杂等固态缺陷。随着钢锭截面尺寸的增大，这些缺陷会更为严重，如果在锻造过程中不能充分消除这些缺陷，则将造成锻件报废，甚至会由于该锻件制成的另件破坏而酿成重大安全事故，如电站转子破坏和压力容器***等等。将钢锭锻成锻件的锻造过程，可以分为变形和成形两大工步，变形工步包括镦粗和拔长（有的锻件可以不经过镦粗），变形工步的作用是对钢锭原始组织结构的改变，使缺陷消除，以达到组织致密和提高质量;成形工步的作用是满足外观形状和尺寸的要求。

现有的锻造方法有：

1.中心压实法（JTS法。JTS是以Japan及两位作者名字的字首命名的）。日本在1966年6月的<塑性て加工>299～308页上介绍了一种用于大型钢锭锻造的方法，称为“JTS”法，我国称之为中心压实法。其技术特点为：采用上窄砧和下平台的锻造方式（见图1a），将在高温下加热后的钢锭，人为冷却到表面温度至至750～800℃的状态，然后用上述工具锻造，每次压下量7～8%，按0→180°→90°→270°顺序锻造四个面（见图1b）。其基本构思为：以温度较低的锻坯外壳来形成类似模锻的状态（见图1C），以造成内部空洞性缺陷的三向压应力状态，并利用内部温度稍高的条件，容易变形，来消除缺陷，提高锻件质量。其不足之处是：①所需压机吨位大;②操作复杂，需要人工对钢锭喷雾或鼓风冷却，且每次压下量不大，压机动作次数为上下平砧的两倍左右③增加锻造火次，即拔长成四面后，还须入炉重新加热，再换上下平砧，修整四面棱边，再继续进行拔长变形;④锻造工艺没有严格的临界条件或优化参数，如砧宽比范围、压下量大小、错砧位置和锻造温度范围，这几项参数缺乏***的理论联系。

2.FM（free from Mannesmann effect）锻造法。日本铸锻钢公司的中岛浩卫在1977年的第八届国际锻造师年会上提出FM锻造法，其特点是采用上平砧和下平台锻造方式拔长锻坯（见图2a），其目的在于消除锻坯心部的轴向拉应力（Mannesmanneffect），使内部空洞两向受压，认为对压合内部缺陷有利（见图2b），实际使用结果，对压合内部空洞性缺陷的效果并不明显。其不足之处是：①在相同的压机吨位时，不如采用砧宽比（W/H）较大的上下平砧对锻合钢锭心部缺陷有利;②由于上下工具的宽度不同，造成锻坯内部变形上下不对称，易使锻坯（锻件）轴心线成波浪形弯曲，因而，锻件制品的热稳定性差;③在相同砧宽比（W/H）时，压力消耗比上下平砧大20～30%;④每次压下量不大（10%左右），操作次数为上下平砧的两倍左右;⑤对保证锻件质量无科学的临界条件，对工艺参数无详细规定，如砧宽比（W/H）使用范围、压下量范围、拔长最少趟数、错砧位置、锻造温度范围和最小临界锻比等。

3.平砧拔长及WHF（Wide Heavy bolW Forging中国称之为“宽砧强压”）法。其特点为：①上下砧对称（见图3），锻坯内部变形对称，锻件性能容易均匀;②高温长时间扩散，锻造前，将钢锭在1280～1310℃长时间加热保温;③宽砧大压下量，砧宽比（W/H）有说是0.77，有说是0.8;压下量规定大于15%，目标20%。其不足之处是：①砧宽比（W/H）值规定不科学，与内部缺陷的压合无定量联系，且无论是0.77，还是0.8，在锻造开始时，对于大型钢锭，都达不到;②压下量15～20%，也无科学定义，且无具体趟数要求;③没规定错砧位置，难以保证锻坯内部空洞性缺陷全部压合，因为在连续两砧交界处的锻坯中心存在小变形区;④对拔长锻造的最终锻造温度没有要求;⑤高温扩散的时机不合理，因为，钢锭在未经锻造变形前，内部疏松空隙较多，铸态组织及晶粒粗大，偏析、夹杂物未被破碎，且钢锭截面尺寸较大，原子扩散路径长，所以，扩散效果差，而且还浪费能源和降低高温炉的使用寿命;⑥对拔长时锻坯展宽或鼓肚率的计算，没有一个通用的与砧宽比（W/H）有关的公式;⑦没有一个能保证产品质量的通用临界锻造工艺条件，如最小锻比。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种能有效压实的锻造方法，它能消除空洞性缺陷以保证锻件内部组织致密;能极大地改善偏析和夹杂物等固体型缺陷，使之经锻造破碎和高温扩散弥散化;并对扩散和减轻锻坯中有害气体也有利。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：对锻坯进行拔长锻造时①每趟拔长的压下量在20%～30%之间，最佳压下量为20%～25%，可根据情况在锻坯一个面上连续拔长2～3趟，再将锻坯翻转90°，但必须保持锻坯截面高宽比值小于2;②至少有6趟满足砧宽比（W/H）为0.51～0.9的拔长变形，W为所用平砧的送进宽度，H为锻坯压下前的高度;③在拔长结束时，锻坯心部的温度应大于1000℃，最佳为≥1050℃;④每重新拔长一趟之前应错砧1/3砧宽，即每趟的第一砧应按W₀-2/3W₀-W₀的顺序循环（见图10），W₀为所用平砧的宽度。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：①拔长结束，应将锻坯锻成扁方的截面入炉扩散，扁方的短轴尺寸为锻件最大截面尺寸的90～95%，扁方的长轴尺寸为短轴尺寸的1.4～1.5倍;②对锻坯进行拔长锻造时，每趟拔长的锻坯展宽量，按下式计算：锻坯截面形状由矩形到矩形，△B＝△H〔0.6+1.4×10^-4（W₀-H）〕;锻坯截面由园形到矩形的头两趟，第一趟展宽量△B₁＝0.473（W₀/H）△H，第二趟△B₂＝0.43（W₀/H）△H。上三式中△B表示锻坯展宽量，W₀为所用平砧宽，H为每压下前锻坯或钢锭截面高，W为拔长时实际进砧宽，W≈（0.75～0.85）W₀，△H表示压下量，上述符号的单位均是m·m。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明从理论和工艺上搞清楚了消除锻坯内部空洞性缺陷的机制、内在规律和外部条件，导出了临界变形条件，并且认为：①无论采用何种锻造方法，只要达到这个临界条件，都能消除锻坯内部的空洞性缺陷;②空洞闭合时，三向压应力或两向压应力不是必要条件，而保证有一向压应变较大才是必要条件，如果空洞一向受压，另一向受拉（见图4a、4b），反而对空洞的闭合有利，这一观点，纠正了现有技术（中心压实法和FM法）的不正确概念，找出了消除锻坯内部空洞性缺陷的规律;③在各种锻造方法中，在一定的砧宽比（W/H）条件下，上下平砧拔长可获得对称的、较大的锻坯心部变形，所需的压机吨位较小，操作简便。

1.相比中心压实法，本发明①所需压机吨位小，②操作简便，③锻造火次少。

2.相比FM锻造法，本发明①所需压机吨位小，②操作简便，③变形锻造时，锻坯轴心线不会出现波浪形弯曲。

3.相比宽砧强压（WHF）法，本发明修正了其在锻造前长时间高温扩散的不合理工艺，而改为在拔长后将锻坯锻成扁方截面入炉高温扩散。

本发明根据“有一向压应变较大是消除锻坯内部空洞性缺陷的必要条件”，推导出和规定了详细具体的工艺参数，这些参数是现有技术所不具备的，所以，制订出这些参数相比现有技术都具有优越性。

对锻坯进行拔长锻造时，①每趟拔长的压下量在20～30%之间，最佳压下量为20%～25%。每面可拔长一次、两次或三次，再翻转90°，但必须保证锻坯翻转后的高宽比小于2。这种规定与砧宽比（W/H）规定相关，既要保证足够的趟数，又使得操作方式灵活;②至少有6趟满足砧宽比（W/H）为0.51～0.9的拔长变形，这种规定是从本发明所依据的原理出发的，比现有技术笼统地提出砧宽比0.5～0.8或0.6～0.7要好，因为，在实际的锻造生产中，不可能每一趟都达到规定的砧宽比，但在全部趟数中，只要有其中的6趟就行。哪怕开始几趟达不到，后来几趟超过，都无所谓;③在拔长结束时，锻坯心部的温度应大于1000℃，最佳为≥1050℃，这是为了保证锻坯内部空洞性缺陷被压合后，并能在高温下通过原子扩散以迅速焊合的必要条件，否则，如温度太低，空洞性缺陷只是被压扁了，但并未消除，一遇上拉应力，又会重新扩张。这个温度条件，是现有技术未提出过的;④每重新拔长一趟之前，应错砧1/3砧宽，这是从本发明的临界锻造原理出发的，能保证锻坯心部空洞性缺陷全部压合和消除，现有技术中，或者未予提出，或者是提过错砧1/2砧宽，这些都不科学;⑤拔长结束，应将锻坯锻成扁方截面入炉扩散，这条规定修正了“WHF”法锻造前长时间高温扩散的不合理工艺，达到节省能源、延长加热炉使用寿命和提高扩散作用的效果;⑥给出了计算锻坯每趟锻造后横截面材料展宽值的通用公式，这是现有技术所没有的，有了这个计算公式，可准确地计算出总的拔长趟数，并可判别是否满足了本发明的工艺准则。

附图的图面说明如下：

图1a为中心压实（JTS）法采用上窄砧和下平台的锻造示意图，左图为正视图，右图为侧视图;图1b为对钢锭进行四面压下后的锻坯截面图;图1c为中心压实法的基本构思图。

图2a为FM法采用上平砧和下平台的拔长示意图;图2b为FM法消除锻坯心部轴向拉应力的示意图。

图3为上下平砧锻造方式的拔长示意图。

图4a为锻坯内部空洞一向受压和另一向受拉的示意图，图4b为空洞闭合的示意图。

图5为本发明实施例的钢锭外形图;

图6为本发明实施例的锻件外形图;

图7为本发明实施例的锻坯镦粗图;

图8为本发明实施例采用上下平砧对锻坯进行拔长操作的示意图，左图为正视图，右图为侧视图;

图9为本发明实施例走扁方拔长至截面为1140×840m·m的锻坯图;

图10为本发明所规定的每趟拔长压下第一砧时的错砧位置示意图;

图11为锻坯截面的鼓肚计算示意图，上图为园形到矩形;

图12为本发明实施例对锻坯进行压八方、卡台、精整和成形的操作示意图。

本发明下面将结合实施例作进一步详述：实施例在6000吨自由锻造水压机上，将45吨的八棱钢锭见图5，锻成23.4吨的阶梯状轴类锻件见图6，图6中锻件尺寸中间段为φ880×3210m·m，两端分别为φ460×1950m·m，φ450×2250m·m，锻件净长为8990m·m。该锻件分三火锻成。

第一火。出炉温度1220℃±20℃，出炉后进行压把、倒棱和切底三步，工艺过程和要求与现有技术相同;

第二火。出炉温度为1270±20℃，出炉后先镦粗至φ1950m·m见图7，然后用900m·m宽的上下平砧进行拔长见图8，走扁方拔长至截面高1140m·m，宽840m·m见图9，最后入炉。拔长压下的程序见下表。

每趟拔长前应错砧1/3砧宽见图10。

拔长结束时，锻坯心部温度应为1000～1200℃范围。

锻坯截面鼓肚情况见图11，鼓肚量计算式如下：镦粗后从圆截面开始拔长，头两趟鼓肚率为

α₁＝0.473（W/H）

α₂＝0.43（W/H）

从第三趟开始，以后按从矩形至矩形截面变化。

α＝0.6+1.4×10^-4（W-H）

注意：如在拔长结束时发现裂纹或折叠，应先吹氧烧剥，待去除缺陷后再入炉。

第三火。出炉温度1200℃±10℃，出炉后压八方、卡台、精卡台成形见图12，可以用600m·m宽的上下平砧。

若此火不成，可再入炉，加热温度为1050℃。

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Claims

1、一种有效压实锻造法，其特征在于，在拔长锻造时，①每趟拔长的压下量在20～30%之间，②至少有6趟满足砧宽比为0.51～0.9；③拔长结束时，锻坯心部的温度应大于1000℃，④每重新拔长一趟之前，应错砧 1/3 砧宽。

2、根据权利要求1所述的有效压实锻造法，其特征在于可根据情况在锻坯一个面上连续拔长2～3趟，再翻转90°，但必须保持锻坯截面高宽比值小于2。

3、根据权利要求1所述的有效压实锻造法，其特征在于拔长结束时，将锻坯锻成扁方截面入炉扩散，扁方短轴尺寸为锻件最大截面尺寸的90～95%，扁方长轴尺寸为短轴为1.4～1.5倍。

4、根据权利要求1所述的有效压实锻造法，其特征在于每趟拔长时的锻坯展宽量按下式计算，锻坯截面形状由矩形到矩形，△B＝△H〔0.6+1.4×10^-4（W₀-H）〕，锻坯截面形状由园形到矩形的头两趟，第一趟展宽量△B₁＝0.473（W₀/H）△H第二趟展宽量△B₂＝0.43（W₀/H）△H。