特种钢（不锈钢）的锻造

独旅者

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+ t2 ^! M3 Q' W: n不锈钢(特种钢)的锻造

& N# t/ i. R$ S! x. _7 e6 A, Y4 d      压机的工作特点是以无冲击的静压力作用在坯料上，并能充分地将力传递到坯料中而使其发生塑性变形的,也就是我们平常所说的充分变形和锻透.在自由锻造生产过程中,锻造用钢一般分为碳素钢,合金结构钢,合金工具钢和特种钢四大种类钢种.不锈钢锻造属于特种钢锻造生产范围,有不同于普通钢种的锻造方法,针对其特殊的性质也有不同的锻造技巧.
      而以浇铸的梅花钢锭、方锭或浇铸的圆形钢锭的锯坯为主要原材料的特种钢内部有严重缺陷,如果把铸锭沿纵向剖开,并经过磨平和腐蚀之后,便可以明显地看到它是由许多大小不一、形状不同的晶粒组成.其宏观组织的特点如下图.1、细小等轴晶带:分布在铸锭的外表皮,晶粒细小,厚度很薄,组织致密,成分均匀.2、柱状晶带:紧接着细小等轴晶带的便是钢锭柱状晶粒区,晶粒细而长,垂直于模壁,厚度很大,组织致密.3、过度晶带:位于柱状晶带和中心粗大晶带之间.4、粗大晶带:位于钢锭的中心部位,晶粒粗大,组织疏松.5、负偏析沉积锥体:主要表现在钢锭的底部,也就是常讲的重金属沉积区.6、A形偏析:主要位于过度晶带区,主要是因为钢液在凝固时钢液中发生化学反应而产生的气泡,裂纹是由于冷却过程中冷却不均匀形成内应力而造成的,也就是常讲的皮下气孔和内部裂纹.7、V形偏析:主要位于钢锭的中心区域,在钢液结晶过程中，由于粗大晶带以树枝状互相交叉长大,造成许多封闭的小空间,其间的钢液被隔离,当被隔离的钢液结晶收缩时,由于得不到外界钢液的补充,便形成了分布分散而细小的微孔,也就是常讲的疏松.8、缩空下正偏析:主要表现与钢锭的冒口区域,也就是常讲的非金属夹杂(主要是硫化物和磷化物).9、缩孔:往往集中在最后凝固的钢锭顶部,是钢液在结晶形成固态时发生体积收缩,又得不到液体补充而形成的空洞.整体来讲呢,铸锭其内部晶粒主要表现为铸态晶粒,它的现象是晶粒比较粗大,晶粒与晶粒组织间比较疏松,碳化物偏析严重.
6 s9 C  a# b; _      在不锈钢锻件的坯料装炉前,班组长首先要检查跟核对钢号、炉号、规格和尺寸以及重量,并检查坯料的表面质量,如有缺陷应及时通知清除.装炉时，班组长应考虑在确保质量的前提下顺利有序的进行生产,和加热工共同确定坯料装炉的位置并记录.尽量在同一加热炉内加热统一钢号或是相近钢号的坯料,如要在同一炉加热不同钢号、不同重量尺寸的坯料,要分别选择加热规范.在对不同的加热规范进行比较后,组合成一个确实可行的加热规范,并按加热规范进行操作.坯料装入加热炉内,应考虑加热炉的炉底尺寸、装炉方式和坯料的尺寸重量,确定好坯料与烧咀的距离,尽量避免烧咀直喷坯料.
      加热工在每一炉加热点火前,都应先检查温度记录仪是否能够正常进行工作运转.如有故障,应立即通报车间主任,并通知修理.为保证公司利益和锻件质量,必要时有权拒绝点火加热.点火时,要在记录纸作好记录:1、加热开始时,在纸上画线标明当时的加热开始日期、时间.2、加热到工艺最高温度进行保温时,第二次画线标明当时的时间.3、每一炉加热第一件坯料出炉时,第三次画线标明当时的时间.不锈钢(特种钢)装炉时炉温要低于500℃,并经过每毫米直径10-15秒的均温后缓慢加热到800-850℃保温,然后迅速加热至始锻温度.
& t$ Y2 E6 m' \2 j/ z6 L! P生产时,锻工希望坯料的加热温度高、保温时间长,锻件烧得越红、越透越好.但是却越容易引起晶粒急剧长大出现粗晶现象,使加工好的锻件机械性能差,这往往也是超声波探伤过不了关的重要因素.加热温度高、保温时间长,还容易出现局部过热的龟裂现象和坯料过烧完全报废的现象,造成巨大的损失,所以一定要严格控制加热温度.不锈钢(特种钢)锻造第一火的始锻温度一般控制料温在1150-1180℃,并且要经过坯料的均温过程才可以进行锻造.始锻温度不能过高,否则会在坯料的组织中形成过量的铁元素,将降低不锈钢的抗腐蚀性、塑性,特别是冲击韧性下降的尤为明显.
5 U1 r0 K" B# U1 h  D: _0 X      为消除浇铸的梅花钢锭、方锭或浇铸的圆形钢锭的锯坯为主要原材料的特种钢其晶粒间的疏松,达到锻造后的晶粒细化,所以在锻造时要先进行对锻件的初锻.锻造工序是先将加热至始锻温度并经过均温的坯料第一面整体压拔,高度大约是坯料整体高度的5%-8%左右,也就是大约30-50㎜左右;进行180度翻转后再进行整体的压拔,高度大约是坯料高度的4%-5%左右,高度大约是30-40㎜左右;然后翻转90度后重复上面一个完整的步骤.进行轴向拔长初锻后就可以采取轴向的初锻墩粗工艺,墩粗高度大约是坯料高度的10%,然后进行180度翻转后再墩粗大约10%,共墩粗高度约是坯料总高度的20%左右后返炉进行加热和保温,坯料经初锻后进行“FM”锻造法的正常锻造.经过初锻后,坯料中的铸态疏松晶粒组织被挤压紧密,塑性得以提高,对于下一步的加热和锻造都有很大的好处.
      那么在对经过初锻后返炉加热的坯料,加热温度可以适当上升50℃左右,对坯料进行均温和保温的加热工艺,但保温时间最长不可以超过工艺保温时间的30%-50%,应视坯料的直径大小和高度情况而确定.加热后的坯料出炉进行下一步的正常锻造时,按锻造的工艺必须先倒角,下来还要经过镦粗、拔长工序.这里我还要特别提醒的是,在墩粗时必须保持中心垂直,防止墩歪产生折印,如果产生歪斜,必须及时进行拔长校正.墩粗高度必须按工艺尺寸经多次翻转墩粗到位,确保墩粗比的达到.不可以单面重压,使坯料内部产生拉应力而形成内部缺陷.
      在镦粗的过程中,当坯料被镦粗到原尺寸高度的1/2倍时,或者是被镦粗到工件成型高度的大约2-3倍时,要按工艺对坯料进行一次拔长工序.将坯料拔长时应注意坯料轴线压拔前后保持一致,拔长时尽量用满砧的大进给量,多次进行翻转,使坯料中心锻透;两面的拔长压下量要均匀,防止偏心和折叠;拔长的尺寸必须到位,以确保锻造比的达到.在锻造过程中,充分使晶粒细化是不锈钢(特种钢)获得良好性能的关键.因此,锻造时应保证有足够的变形量,而且使各部分均匀变形,以便击碎粗大的晶粒,使其细小和均匀的分布.坯料被拔长后,由四方而进一步经轻压拔长成正八角形,这样是为了确保坯料的中心部位晶粒组织再一次的被挤压紧密,坯料的整体塑性得以提高.
      当坯料经过拔长成正八角形的锻造后,下一步要进行的也是最重要的锻造步骤了.这个时候要看坯料的温度进行后续工序的锻造,如果温度接近于坯料要求的终锻温度时,或者是不能满足下一步锻造工序完全完成的温度范围时,一定要进行加热,才能进行最后工序的完成.
7 Z3 g9 Y0 T' G% x; ?      将八角形的坯料继续镦粗,并经多次翻转后镦粗到坯料成型高度的15-20%时,进行圆周方向的锻压.将八角进行轻压倒角,使坯料进入一个接近圆形的十六方的修整尺寸.这个时候还是要看坯料的温度进行后续工序的锻造,如温度低需要返炉加热,加热到低于初锻温度50-80℃后进行最后工序的锻造.而当锻件进行最后一火锻造前的加热时,这时的温度控制是最为重要的.因为锻件的余量很小,只有成型尺寸的15%-20%,为防止因为加热温度高,坯料中晶粒重新长大而因起的过热无变形粗晶,加热温度一定要控制在1100℃以下,保温时间不可以超过一小时.
$ ?4 A' U0 w, h. y      将达到修整尺寸的坯料继续镦粗,还是经多次翻转后镦粗到精整尺寸,也就是大于坯料成型尺寸的5-10㎜左右,进行圆周方向的锻压.将坯料的十六角进行轻压后,并使坯料被彻底的滚圆(也就是抛圆),进行平整.这时的锻件尺寸一定要压准确,表面平整无折裂或凹痕,以确保锻件合格的交付使用,才能确认合格后锻件完成.平整到坯料成型尺寸后进行测量,并由班组长填写生产记录表,附本班生产完成锻件工艺图,一起交由车间主任记录上报. 这时才可以称作完成锻件的锻造工序,进行后续的热处理工序.对于不锈钢(特种钢)锻件产品,必须特别重视表面质量和尺寸精度.如果表面有折叠裂痕,在后续热处理和精加工时会产生残余应力,因而使锻件产生应力开裂,造成严重的损失.锻造时不仅要控制始锻温度,还要控制终锻温度,一般对奥氏体不锈钢终锻温度控制在850-900℃,奥氏体不锈钢多以锻造后进行“固溶处理”做为锻后热处理.控制终锻温度的目的在于防止因碳化物析出,而增大变形抗力,以达到避免低温锻造产生裂纹.
. L' [' C5 @& }1 B马氏体不锈钢时冷却速度特别敏感,即使空冷时,也要发生马氏体转变,造成较大的冷却应力,容易产生裂纹.特别是小型锻件,由于锻件表面和中心部分的马氏体转变不是同时发生,造成组织应力与冷却时的温度应力叠加而使锻件表面形成裂纹.为防止马氏体钢、马氏体-铁素体钢锻后冷却产生裂纹,应采用缓冷.一般是将锻件放在200℃左右的炉墙中或石棉保温箱中冷却,或是转入600℃炉中保温并随炉冷却.
& z- u3 I' @* w　　马氏体不锈钢锻后应不迟于12h内进行退火,以消除内应力,避免在以后酸洗或存放过程中产生裂纹,退火速度一般为750～800℃,保温1～3小时,缓冷至600℃后空冷.
% u. y- E- G" W: V- O! T0 s/ Y& h　　奥氏体和铁素体不锈钢因无相变发生.锻后可正常空冷.铁素体不锈钢尤其应快冷,因为在400～525℃范围内停留时间过长,会出现475℃脆性,如0.08%C～0.4%Si—16.9%Cr钢在450℃保温4h后,室温冲击韧性几乎下降到零.奥氏体不锈钢在815～480℃敏化温度范围内停留时间过长,会沿晶界析出Cr23C6,大大降低抗腐蚀性能。但快冷后锻件内部会留下残余应力,故冷却后还必须加热到780～850进行再结晶退火以消除内应力.奥氏体不锈钢消除应力退火可加热到900℃退火缓冷或加热到1010～1120℃退火缓冷,若加热到430～480℃热处理,残余应力是难以消除的.
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