大型高碳铬不锈钢锻件的锻造工艺研究

发布时间：2021-04-07 08:25:32 丨 浏览次数：

针对G102Cr18Mo蘑菇头不锈钢锻件的规格及使用工况，采用电渣锭锻造并制定锻造工艺，破碎锻件一次碳化物，得到满足无损检测要求以及性能合格的不锈钢锻件。

蘑菇头锻件为大腾峡水利枢纽工程项目中船闸启闭处承载用锻件，该锻件规格是目前世界上最大的闸门底枢用锻件，主要用于承受闸门整体重量及启闭的压力且工作环境恶劣，故选用高碳高铬不锈钢材质锻造。该锻件要求50年磨损量<4.7mm，对其耐蚀性，耐磨性要求都很高。此规格材质的锻件在我国尚属首次锻造，并无成功经验可以借鉴。因此，我公司针对此锻件的物性特点和使用工况，采用电渣锭进行制造，通过WHF宽砧强力压下法，充分锻透心部组织，结合保温辅具锻造，成功锻造出满足用户需求的锻件。

1技术要求

蘑菇头锻件外观尺寸如图1所示，材质为G102Cr18Mo，具体技术要求如下：

（1）退火硬度250~255HBW。

（2）化学成分、非金属夹杂物、金相组织及检验方法按GB/T30862008规定执行，具体要求见表1~2。

（3）初加工后按GB/T6402-2008进行内部质量检验和评定，质量等级3级。

2锻造工艺分析

2.1材质热加工特性

（1）熔点低：G102Crl8Mo加热温度超过1200℃，开始出现液相，易产生8铁素体，锻造过程中极易开裂。

（2）碳化物含量多：该材质碳化物含量高，一次碳化物（共晶碳化物）高温下也无法溶解。因此，在加热到奥氏体区所进行的热锻，也并不是单相区的热加工，而是奥氏体与大量的碳化物混合的多相区，且这些碳化物在铸锭中呈粗大网状和枝状分布。

（3）组织导热性差：不锈钢随合金元素含量提高，导热性能变差，导热率约为碳钢的1/3。且在高低温段导热率不同，因此，不锈钢在加热时要严格控制加热温度和加热速度，采取分段加热方式，确保锻件受热均匀、烧透，避免因热应力产生裂纹。

2.2锻造生产难点

（1）G102Cr18Mo材质锻件为我公司首次生产，如此规格的锻件在国内尚属首次，对主要工艺参数、操作过程控制等掌控不足，无相关文献资料参考，无经验借鉴。

（2）锻造温度范围窄。严格控制电渣键的加热温度和始锻、终锻温度。锻造温度范围控制是保证锻造成形的关键，提高始锻温度利于成分均匀性，变形抗力小且变形均匀，但易产生粗大晶粒，影响无损检测及性能；终锻温度低，材料变形抗力大，不易锻压且锻件心部容易开裂，故需要选择合适的锻造温度范围。

（3）塑性低。G102Cr18Mo不锈钢的塑性特点是高温段塑性较好，温度下降到一定范围内塑性急剧变差。若锻件内部温差太大，在受到外力作用时，就会产生热应力裂纹。因此，锻造时变形量的大小要根据锻件温度状态来选择，锻造所用锤头、回转台等工辅具应提前预热，防止锻件接触时降温过快。在高温状态下变形量大些，打破粗大共晶碳化物，使共晶碳化物均匀分布，在接近终锻温度时要轻击修整，防止产生裂纹。

3锻造生产过程

锻造生产中，通过对锻件材质的特性分析和生产难点的控制计划，镦粗过程中使用合理保温措施延长可锻温度范围的锻造时间。WHF宽估拔方过程中，前期采用小变形量后逐渐加大变形，使锻件心部锻透，改善内部锻件组织状态。

1火：升温至1180℃，保温12h后，钢锭出炉压钳口、预拔长，改变电渣锭表面铸态组织。

Ⅱ火：升温至1180℃，保温30h，执行扩散退火工艺，经过长时间高温扩散退火，减少化学成分和组织不均匀性程度。电渣锭镦粗采用合理措施，以延长锻造时间。

Ⅲ火：升温至1180℃，保温12h，坯料继续进行WHF法拨方。该火次压下量可适当增加，拔方后进行滚圆拔长下料。

V火：升温至1180℃，保温后出炉进行最终成形。回转台台面提前放置好保温棉，以便减少温降，坯料冒口端朝下对准回转台中心放置。上平砧先以坯料中心为轴线，进行预镦粗后再开始旋压。最后滚锻外圆，平整端面，出成品。

4锻后热处理

锻后热处理执行一次正火、一次退火加回火工艺，以消除锻造过程中产生的应力，降低机械加工硬度，改善锻件品粒度大小及挛晶碳化物的形态，平衡锻件内部组织，降低锻件化学成分与显微组织的不均匀性。锻后热处理工艺如图2所示。

5结论

锻件粗加工后切取试环进行性能试验，力学性能及非金属夹杂均满足技术条件要求，金相组织为细粒状珠光体和弥散分布的碳化物，超声检测显示晶粒组织均匀并可检测到6次回波，顺利通过检测。

对这批高碳铬不锈钢锻件，采用电渣重熔钢锭，并采取合理的保温措施，延长可锻造时间，提高了产品的可锻性，成功锻制出大规格高碳铬不锈钢，为今后研发其他材质不锈钢大锻件积累了技术参数和生产经验。