特大型单真空钢锭的锻造方法
阅读说明：本技术 特大型单真空钢锭的锻造方法 (Forging method of super-huge single vacuum steel ingot ) 是由 胡运宝 宋国旺 王志军 李宏柏 梁晓洁 焦永振 王旭颖 刘世超 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种特大型单真空钢锭的锻造方法,包括单真空钢锭冶炼工序和锻造工序,在单真空钢锭冶炼工序中,对钢锭材料成分及气体含量进行内控,将钢锭材料成分的质量百分比控制为：C：0.32～0.39％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.8％、P和S≤0.015％、Ni≤0.3％、Cr≤0.25％、Cu≤0.2％,将钢锭气体含量的ppm浓度控制为：[H]≤2.0ppm、[O]≤40ppm、[N]≤70ppm；锻造工序包括四火次的锻造,其中,在第一火锻造中,对钢锭进行压把、倒棱、压圆,在第二火锻造中,将锻件墩粗、冲孔、第一次扩孔,在第三火锻造中,采用芯轴将锻件拔长,然后平整锻件两端面,在第四火锻造中,将锻件第二次扩孔,然后平整锻件两端面。本发明的方法使锻件满足机械性能和探伤要求,降低锻造成本。(The invention discloses a forging method of an oversize single-vacuum steel ingot, which comprises a single-vacuum steel ingot smelting process and a forging process, wherein in the single-vacuum steel ingot smelting process, the internal control is carried out on the components and the gas content of a steel ingot material, and the mass percentage of the components of the steel ingot material is controlled as follows: c: 0.32 to 0.39%, Si: 0.17 to 0.37%, Mn: 0.6-0.8%, P and S are less than or equal to 0.015%, Ni is less than or equal to 0.3%, Cr is less than or equal to 0.25%, Cu is less than or equal to 0.2%, and the ppm concentration of the steel ingot gas content is controlled as follows: [H] less than or equal to 2.0ppm, less than or equal to 40ppm of [ O ], and less than or equal to 70ppm of [ N ]; the forging process comprises four-fire forging, wherein in the first fire forging, the steel ingot is pressed, chamfered and rounded, in the second fire forging, the forge piece is upset, punched and reamed for the first time, in the third fire forging, the forge piece is drawn out by a mandrel, then the two end faces of the forge piece are leveled, in the fourth fire forging, the forge piece is reamed for the second time, and then the two end faces of the forge piece are leveled. The method of the invention enables the forgings to meet the requirements of mechanical performance and flaw detection, and reduces the forging cost.)
技术领域
本发明属于锻造技术领域，更具体地涉及一种特大型单真空钢锭的锻造方法。
背景技术
单真空钢锭相比于双真空钢锭单价便宜，但其皮下气泡、夹渣等内部缺陷较多，锻后探伤不容易合格，目前缺乏合适的单真空钢锭锻造方法。尤其是对于锻件粗加工尺寸为外径以上、内孔直径以上、高度3200mm以上的高度特长，直径特大、壁特薄的特大型单真空钢锭，目前还没有切实可行的制造方法。为满足市场需要，有必要提出一种适于特大型单真空钢锭的锻造方法。
发明内容
为此，本发明提供了一种特大型单真空钢锭的锻造方法，包括单真空钢锭冶炼工序和锻造工序，在所述单真空钢锭冶炼工序中，对钢锭材料成分及气体含量进行内控，将钢锭材料成分的质量百分比控制为：C：0.32～0.39％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.8％、P和S≤0.015％、Ni≤0.3％、Cr≤0.25％、Cu≤0.2％，将钢锭气体含量的ppm浓度控制为：[H]≤2.0ppm、[O]≤40ppm、[N]≤70ppm；所述锻造工序包括四火次的锻造，其中，在第一火锻造中，对钢锭进行压把、倒棱、压圆，在第二火锻造中，将锻件墩粗、冲孔、第一次扩孔，在第三火锻造中，采用芯轴将锻件拔长，然后平整锻件两端面，在第四火锻造中，将锻件第二次扩孔，然后平整锻件两端面。
优选地，在所述锻造工序的第一火锻造中，倒棱时第一次轻压，单面压下量控制为30mm。
优选地，在所述锻造工序的第一火锻造中，采用宽V砧进行拔长压圆，V砧开口角度为135°，拔长压圆的压下量控制为：从V砧接触锻件开始计算，根据压前的钢坯截面尺寸按19％压下。
优选地，在所述锻造工序的第二火锻造中，在锻件墩粗之前增加锻件切底处理。
优选地，在所述锻造工序的第二火锻造中，将锻件放在漏盘中，将球形顶墩帽放在锻件上，在万吨压机的作用下进行锻件墩粗。
优选地，在所述锻造工序的第二火锻造中，第一次扩孔过程中每次压下量设置为20mm。
优选地，在所述锻造工序的第三火锻造中，在拔长前，将锻件均匀加热至1260℃，拔长时芯轴每次翻转的角度控制为5°，压下量设置为30mm，芯轴表面涂以润滑剂，并且芯轴设有1/150的锥度。
优选地，在所述锻造工序的第四火锻造中，第二次扩孔过程中每次压下量设置为40mm。
优选地，在上述特大型单真空钢锭的锻造方法的所述锻造工序中，锻造温度范围控制为1260～730℃，锻造比控制为5。
本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法通过合理的工艺步骤和处理方式，有效锻合钢锭内部缺陷，并通过增加锻造比细化内部组织晶粒，增大材料强度，提高锻件的韧性和抵抗破坏的能力，满足材质的机械性能和探伤要求。而且，本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法还能显著降低特大型单真空钢锭的锻造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
图1是本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法的流程示意图；
图2a、图2b、图2c、图2d和图2e是本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法的锻造工序各步骤中锻件变形形态示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法主要适用于外径以上、内孔直径以上、高度3200mm以上的特大型单真空钢锭的锻造，主要包括单真空钢锭冶炼工序和锻造工序，以下结合图1以及图2a、图2b、图2c、图2d和图2e详细描述本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中的单真空钢锭冶炼工序和锻造工序。
本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中的单真空钢锭冶炼工序
在单真空钢锭冶炼工序中，对钢锭材料成分及气体含量进行内控，以满足性能及探伤要求，具体而言，钢锭材料成分的质量百分比控制为：C：0.32～0.39％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.8％、P和S≤0.015％、Ni≤0.3％、Cr≤0.25％、Cu≤0.2％，其中需尽量减少有害杂质P、S的含量；钢锭气体含量的ppm浓度(百万分比浓度)控制为：[H]≤2.0ppm、[O]≤40ppm、[N]≤70ppm。
本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中的锻造工序
(1)锻造温度范围控制为1260～730℃，在该温度范围内，锻件具有有较好的塑形和较低的变形抗力；
(2)锻造比控制为5，该锻造比能有效破碎铸态组织，锻合内部孔隙形缺陷，锻件的纵向和横向力学性能均得到明显提高；
(3)锻造工序的具体过程为：
a、第一火锻造：对钢锭进行压把、倒棱、压圆，锻件变形形态如图2a所示。其中，压把的目的是压出台阶，方便翻料机兜住钢锭，为后面的工序做准备；倒棱的目的是钢锭进行预变形，减少心部开裂的危险，倒棱应在尽可能高的温度下进行，倒棱时第一次一定要轻压，单面压下量为30mm，最终达到钢锭水口端和冒口端的直径相同；根据高径比的关系，确定压圆后的锻件尺寸为采用宽V砧进行拔长压圆，V砧开口角度为135°，满砧进给，拔长压圆的压下量控制为：从V砧接触锻件开始计算，根据压前的钢坯截面尺寸按19％压下；
b、第二火锻造：将锻件墩粗、冲孔、第一次扩孔，锻件变形形态如图2b和2c所示。其中，将锻件放在漏盘中，将球形顶墩帽放在锻件上，在万吨压机的作用下将锻件墩粗至在锻件上放置球形顶墩帽可使锻件在三向压应力下焊合内部缺陷；将冲子放置在锻件中心处，万吨压机缓慢施加压力，为防止冲子冲偏，冲到一半时，将锻件翻转180°，再将冲子放置在锻件中心处，万吨压机再次缓慢施加压力，将锻件心部质量较差部分冲掉，完成冲孔过程；将锻件放置在马杠上进行第一次扩孔，将孔扩至为保证壁厚均匀，第一次扩孔过程中每次转动量和压下量应均匀一致，压下量设置为20mm；
c、第三火锻造：采用芯轴将锻件拔长，然后平整锻件两端面，锻件变形形态如图2d所示。其中，在拔长前，将锻件均匀加热至1260℃；拔长时芯轴每次翻转的角度应尽量保持一致，每次翻转约5°，压下量设置为30mm，否则容易产生壁厚不均匀现象，拔长顺序严格按照从两端开始逐渐向中间推进，芯轴表面要求光滑，工作时要涂以润滑剂，同时为了避免芯轴被锻件“咬”住，芯轴设置有1/150的锥度，通过芯轴拔长，将锻件拔长至3285mm；拔长完毕后，对锻件两端面进行平整；
d、第四火锻造：将锻件第二次扩孔，然后平整锻件两端面，锻件变形形态如图2e所示。其中，将锻件放置在马杠上进行第二次扩孔，将孔扩至为保证壁厚均匀，第二次扩孔过程中每次转动量和压下量应均匀一致，压下量设置为40mm；扩孔完毕后，再对锻件两端面进行平整。
在本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中的锻造工序中，由于锻件底部缺陷、夹杂比较多，优选地在第二火锻造的锻件墩粗之前增加锻件切底处理。
在本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中，锻造工序包括四火次的锻造，宽V砧拔长压圆可破碎铸态组织，锻合钢锭内部缺陷，镦粗到高度为1200mm时进行冲孔，将钢锭心部质量较差部分冲掉，然后进行第一次扩孔、拔长、平整，再进行第二次扩孔、平整，最终锻造出符合尺寸要求的锻件。
在本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法中，锻造工序的第二火锻造中进行第一次扩孔，锻造工序的第四火锻造中进行第二次扩孔，经过两次扩孔工序，增加锻造比，更能打碎钢锭中的铸态组织，细化内部组织晶粒，增大材料强度，提高锻件的韧性和抵抗破坏的能力，满足材质的机械性能和探伤要求。
此外，本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法可以对锻造粗加工尺寸为外径以上、内孔直径以上、高度3200mm以上的高度特长，直径特大、壁特薄的特大型单真空钢锭，与双真空钢锭锻造相比，锻造单真空钢锭每吨节约费用1130元以上，每批次单真空钢锭锻造总节约费用为87000元以上。
综上所述，本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法通过合理的工艺步骤和处理方式，有效锻合钢锭内部缺陷，并通过增加锻造比细化内部组织晶粒，增大材料强度，提高锻件的韧性和抵抗破坏的能力，满足材质的机械性能和探伤要求。而且，本发明的特大型单真空钢锭的锻造方法还能显著降低特大型单真空钢锭的锻造成本。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种直齿轮成形方法和装置