一种大型饼类锻件锻造工艺的制作方法

本发明属于重大装备大型基础铸锻件技术领域，涉及一种电力、冶金、石化、核电、造船、铁路、矿山、航空航天、军工、工程等装备大型基础铸锻件的锻造工艺，特别涉及一种大型饼类锻件锻造工艺。

背景技术：

饼类锻件属实心锻件，是在液压机上锻造的典型锻件之一，要求采用优质的大型钢锭直接锻造成形。而大型饼类锻件锻造工艺历来是大型锻件中最难掌握的锻造技术之一，由于钢锭都有其固有缺陷，如偏析、夹杂、疏松、粗大的柱状晶等；随着冶金质量的提高，这些缺陷可以减少，但不能消除。导致实际生产中超声波探伤一次合格率一般都在50%以下，废品率高，生产成本高，企业损失大。传统的饼类锻造技术基本囿于固有的镦粗——拔长——镦粗成形工艺观念，并在此基础上不断进行工艺改进，虽然锻件的合格率有所提高，总的来说，由于没有突破原有的工艺，受该传统工艺固有缺陷的限制，影响工艺参数的因素太多，掌握起来困难，锻件质量波动很大，并没有从根本上解决该类锻件的锻造工艺难题。常规锻造成的大型饼类锻件在距离中心一定范围内存在大量密集型缺陷，经解剖分析，缺陷为横向裂纹，不是白点，是在金属薄弱处由激烈的剪切变形引起的，为夹杂型裂纹。饼类锻件工艺的实质是解决锻透、压实工艺及防止产生夹杂性裂纹和有效减小片状夹杂物的锻造工艺，由于传统的饼类锻件最后的成形工序是镦粗成形，一般镦粗比较大，尤其在心部变形剧烈，应变状态为纵向压缩，两向拉伸，前序拔长形成的流线型夹杂物经压缩变形又形成片状夹杂物，造成夹杂物面积增大且不可避免成为片状，即后续的镦粗变形破坏了前序拔长对夹杂物的细化及分散作用，反映在超声波探伤上的结果是，在心部一定的区域内呈现大片的密集型缺陷，导致超声波探伤不合格。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大型饼类锻件锻造工艺，不会在锻件心部区域内呈现大片的密集型缺陷，提高工件质量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大型饼类锻件锻造工艺，其特征在于，该锻造工艺具体按以下步骤进行：

步骤1：按钢锭的材质对需锻造的钢锭进行加热，并保温，使钢锭心部温度与外部温度一致，钢锭均匀热透；

步骤2：采用现有锻造方法对钢锭进行拔长，砧宽比0.8～0.9；每次压下率至少为20%，一次完成钢锭的拔长；随后进入正方形阶段：采用WHF锻造法、SUF锻造法或TER锻造法，并采用错砧拔长工艺进行锻造：先沿钢锭的长度方向在钢锭上锻造第一平面，然后将该第一平面放置在砧上，在钢锭上锻造与第一平面相平行的第二平面，再将钢锭放置于砧上，使已锻造的两平面与砧面相垂直，锻造与第一平面相垂直的第三平面，之后，将第三平面放置在砧上，锻造第四平面；

步骤3：采用宽砧锻造法在高度方向上锻造扁方，砧宽比为0.8～0.9，形成坯料；

步骤4：根据锻件的重量计算下料尺寸，并使下料得到的毛坯的长度与坯料宽度比值≤1.5；

步骤5：按现有的锻造方法将毛坯锻造成正方形，再倒八方，最后倒圆，得到半成品；

步骤6：按现有的锻造方法将半成品锻造成型，得到大型饼类锻件。

本发明锻造工艺与现有的饼类锻件锻造工艺路线完全不同，在拔长过程中采用各种特殊锻造法对坯料进行压实和锻透，并且在后续镦粗成形中也基本保留以前的锻造组织和流线而不破坏流线，充分利用前序拔长所形成的流线，从根本上解决了管板锻造的技术难点。工艺路线简单，工艺技术可靠，锻件超声波探伤合格率接近100%，力学性能优良，完全能满足产品性能的要求。

附图说明

图1是现有的平板镦粗锻造工艺锻造大型饼类锻件成形工艺路线图。

图2是本发明锻造工艺锻造大型饼类锻件成形工艺路线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

现有的平板镦粗锻造工艺锻造大型饼类锻件成形工艺，如图1所示，将钢锭通过倒棱、拔长、下料、平板镦粗和旋转镦粗工序锻造成饼类锻件。由于传统工艺固有缺陷的限制，影响工艺参数的因素太多，掌握困难，锻件质量波动很大。导致锻造而成的大型饼类锻件在距离中心一定范围内存在大量密集型缺陷—夹杂型裂纹，超声波探伤合格率低于50%。为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种工艺路线如图2所示的大型饼类锻件锻造工艺，能够制得力学性能优异的锻件，超声波一次探伤接近合格率100%的大型饼类锻件。该锻造工艺具体按以下步骤进行：

步骤1：按需要锻造的钢锭的材质对需锻造的钢锭进行加热，并保温，使钢锭心部温度与外部温度一致，保证钢锭均匀热透；

钢锭锻造加热规范的确定准则：

钢锭锻造前的加热是锻造生产中十分重要的环节。合理的锻造前加热，不仅能改善锻造成形过程，防止产生裂纹、过烧、温度不均匀等缺陷，而且对提高锻件内部组织、性能有重要的影响。

确定钢锭锻造温度范围，一般按钢的化学成分选定。但合理的锻造温度还应该考虑工厂具体的生产条件（如钢锭的冶金质量、加热设备性能、锻后热处理技术等）、锻件的技术要求和锭型锻造的特点等因素进行适当地调整。

随着钢锭冶金质量的提高和锻造、热处理技术的进步，大锻件加热工艺的发展趋势是提高加热温度，扩大锻造温度范围，缩短加热时间，节省燃料消耗，提高生产效率。因而，现行的加热制度，将会不断进行调整和修订。

锻造加热规范目前执行的是JB/T 6052—2005《钢质自由锻件加热通用技术条件》，该标准规定了常用钢种的锻造温度范围，包括最高加热温度及终锻温度。其中大变形（粗锻）比小变形（精整）终锻温度略高。高温保温时间的确定准则：

钢锭加热至锻造温度后，都应保温一定的时间，以达到均匀热透和高温扩散的目的。高温扩散加热有利于消除或减轻钢中微观缺陷，扩散夹杂物分布，均匀化学成分（消除微观偏析），提高钢的塑性。对锻造过程中压实、焊合孔隙性缺陷，修复愈合内裂纹，有良好的作用。

而对于某些重要的锻件（如汽轮机转子等），其高温扩散保温时间为普通锻件保温时间的两倍以上。

因此，本发明锻造工艺中依据JB/T 6052—2005《钢质自由锻件加热通用技术条件》中规定的锻造温度范围和保温时间对钢锭进行加热和保温。

步骤2：采用现有锻造方法对钢锭进行拔长，砧宽比0.8～0.9；每次压下率至少为20%，一次完成钢锭的拔长；随后进入正方形阶段（即镦粗阶段）：采用WHF锻造法、SUF锻造法或TER锻造法，同时采用错砧拔长工艺进行锻造：先沿钢锭的长度方向在钢锭上锻造第一平面，然后将该第一平面放置在砧上，在钢锭上锻造与第一平面相平行的第二平面，再将钢锭放置于砧上，使已锻造的两平面与砧面相垂直，锻造与第一平面相垂直的第三平面，之后，将第三平面放置在砧上，锻造第四平面；

主要拔长阶段应在高温下进行并采用大压下量操作，以焊合钢锭内部的孔洞，有效锻合钢锭内部缺陷。不允许在砧宽比＜0.5的上下平砧间拔长，要求必须在一次拔长中完成，不允许采用先拔一头，再拔另一头的操作方法。

大型锻件锻造中，拔长的锻造效果最为明显，尤其对锻合钢锭内部的疏松孔洞，拔长工序几乎是唯一的办法。拔长工序是锻造工序中最关键最有效的工序，通过拔长，可以有效锻合钢锭自身固有的空洞疏松等缺陷并使夹杂物分散。无论是从理论分析还是实际生产效果来看，镦粗工序对锻合钢锭内部的疏松空洞是困难的，同样很难锻合线状夹杂物缺陷，并且不利于夹杂物面积的缩小和分散。本发明锻造工艺充分利用各种大锻件特殊锻造法，如SUF锻造法、WHF锻造法、TER锻造法对钢锭进行有效的锻造压实操作，确保坯料经过充分的锻造加热、一定的锻比和合理的工序搭配，一次完成钢锭拔长，彻底破碎铸造组织，并锻合钢锭内部孔洞、疏松等缺陷，实现钢锭原材料从铸态组织完全变为锻造组织；彻底锻合材料内部孔隙性缺陷，控制夹杂物形貌与裂纹的产生，控制产生夹杂性内部裂纹，并防止产生的夹杂物成为片状，确保变形体保持三向压应力状态（三向压应力为σ₁、σ₂、σ₃或者σ_x、σ_y、σ_z），满足超声波探伤的技术要求；应用控制锻造技术，控制混晶的产生。

对于某些重要锻件（比如汽轮机低压转子、发电机转子、核电压力容器锻件等）的开坯，为了确保锻坯心部超声波探伤合格，可以考虑采用其它特殊锻造法或其组合，例如WHF法＋SUF法或WHF法＋TER法。

步骤3：采用宽砧锻造法在高度方向上锻造扁方，砧宽比为0.8～0.9，直至形成高度为H、宽度为B的坯料；

步骤4：根据锻件的重量计算下料尺寸，并使下料得到的毛坯的长度L与坯料宽度B比值，即L/ B≤1.5，优选L/ B=1，这样后续就不需要在毛坯的长度方向上进行镦粗；

步骤5：按现有的锻造方法将毛坯锻造成正方形，再倒八方，最后倒圆，得到半成品；

步骤6：按现有的锻造方法，如旋转镦粗法、中心压窝法、双凸形成形法等锻造方法，将半成品锻造成型，得到大型饼类锻件。

本发明锻造工艺充分利用前序拔长所形成的流线，并且在拔长过程中采用各种特殊锻造法对坯料进行压实和锻透，克服了大型饼类锻件锻造过程中形成片状夹杂物的客观条件。同时，在后续镦粗成形过程中保持良好的应力应变条件，使锻件基本保留了拔长工序所形成的锻造组织和流线，故使超声波探伤合格，力学性能优异的锻件。

本发明锻造工艺是一种全新的大型饼类锻件锻造工艺，颠覆了现有的大型饼类锻件工艺路线，从根本上解决了这类锻件锻造的技术难点，且该锻造工艺要比现有的锻造工艺路线简单得多，技术可靠，锻件超声波探伤合格率接近100%，力学性能优良，完全满足产品性能的要求。