限位塊鍛件的生產工藝

曹 虹

(武漢重工鑄鍛有限責任公司技術部，湖北430084)

我公司承接了高強度船體結構用限位塊鍛件的供貨合同，材料為碳錳鋼。鍛件化學成分要求符合德國GL船級社規范，而力學性能指標中的屈服強度大大超過了船規的要求，且要求做-20℃低溫沖擊試驗。

1 技術要求

化學成分要求見表1。力學性能要求見表2。力學性能試樣為縱向一拉三沖，AKV(-20℃)，具體取樣位置見圖1。超聲波探傷按JFSSI3—1982驗收。熱處理狀態為淬火+回火。零件尺寸為900 mm×550 mm×325 mm，粗加工尺寸為910 mm×560 mm×335 mm。

2 試驗結果及分析

按照以上技術要求，經過冶煉、鍛造、粗加工及淬火(全油冷)+回火后進行了化學成分及力學性能檢驗。

表1 化學成分要求(質量分數，%)Table 1 The chemical composition requirements (mass fraction, %)

圖1 取樣位置圖Figure 1 The sampling location

Rm/MPaRp0.2/MPaA5(%)Z(%)AKV2(-20℃)/J500～620≥360≥18≥45平均值≥27

化學成分檢驗結果見表3。由表3可見，限位塊實際成分符合表1的要求。力學性能試驗結果見表4。從表中數值可看出屈服強度指標不能滿足標準要求，低溫沖擊值富余超過100 J。對試驗結果分析后認為，由于驗收條件中屈服強度及沖擊值都超出了GL船規的要求，所以全油冷的淬火方式已滿足不了性能要求。

表3 限位塊的化學成分(質量分數，%)Table 3 The chemical composition of set blocks(mass fraction, %)

表4 限位塊調質后的力學性能Table 4 The mechanics performance of set blocks after quenching and tempering treatment

3 工藝改進

為了確保達到用戶要求，從以下幾方面對原工藝進行了改進。

3.1 新的工藝路線

確定新的工藝路線是：鋼包精煉真空處理→大氣鑄錠→鍛造→退火→粗加工→超聲波探傷→熱處理→力學性能試驗→超聲波探傷。

3.2 冶煉工藝

配料時，加入適量的優質還原鐵、生鐵、優質廢鋼，使還原鐵和生鐵之和達到40%以上。嚴格控制硫、磷含量，有效地抑制鋼的冷、熱脆性。采用30 t電爐精煉后進行真空處理，真空度≤133 Pa，保持(12～15)min。每噸鋼用0.5 kg Si-Ca進行終脫氧以改變夾雜物形態。盡量降低鋼中P含量，確保成品鋼中P、S≤0.015%，用下注的方式大氣鑄錠。對化學成分進行控制，針對力學性能要求在調整C、Mn含量后，加入了少量的合金元素作為強化元素，以提高材料的強度和韌性指標。

3.3 鍛造工藝

鋼錠升溫加熱到1 200～1 250℃，保溫一定時間后開始鍛造。鍛造采用鐓粗→拔長→再鐓粗→再拔長成型的步驟，鍛后退火處理。具體成型圖及鍛件規格見圖2。

3.4 熱處理工藝

限位塊粗加工后轉入熱處理廠進行淬火+回火熱處理，冷卻方式由全油冷改變為水淬油冷，熱處理工藝曲線見圖3。

圖2 鍛造示意圖Figure 2 Forging schemes

圖3 淬火+回火工藝Figure 3 Quenching+tempering technology

3.5 改進工藝后的試驗結果

采用改進后的工藝生產的限位塊力學性能檢驗結果見表5。

由表5可知，強度指標、塑韌性指標均滿足限位塊鍛件的技術要求。

限位塊鍛件按JFSSI3—1982標準超聲波探傷符合要求。

表5 限位塊最終力學性能檢驗結果Table 5 The eventually mechanics performance test results of set blocks

4 結果分析

(1)為獲得良好的綜合力學性能，冶煉中盡量降低P、S含量，C、Mn含量則按規定的上限調整，且鋼中適當加入Cr、Ni、Mo微量元素，同時提高對有害元素Cu的控制。通過以上煉鋼手段降低了鋼中的夾雜物含量，提高了鋼水的純凈度，在滿足超聲波探傷要求的條件下也提高了材料的強度和低溫沖擊韌性。

(2)在鍛造方面兩鐓兩拔的塑性變形破碎了鋼錠中粗大的初生樹枝狀結晶和柱狀結晶，產生重要的細化晶粒作用，并且使鍛件中的疏松、孔洞等缺陷完全焊合，鍛件組織更加均勻細化、致密，對提高強度及低溫沖擊韌性大有幫助。尤其對低溫沖擊韌性影響很大，使沖擊結果富余量很大。

(3)熱處理方面采用水淬油冷的雙液淬火法，利用水的較強的冷卻能力避免過冷奧氏體的分解，以獲得更多的馬氏體組織，進一步提高屈服強度，同時利用油的慢冷有效降低產品的變形和開裂傾向。控制好回火溫度可使產品的力學性能滿足技術要求。

5 結論

(1)限位塊鍛件晶粒越細小，低溫沖擊韌性越高，塑性也越好。

(2)提高鍛件用鋼的純凈度和采用兩鐓兩拔的鍛造工藝從兩方面提高了鍛件的組織致密性及均勻性，在提高強度及低溫沖擊韌性指標的同時保證了探傷合格率。

(3)熱處理淬火采用水淬油冷的冷卻方式，可以有效的提高限位塊鍛件的屈服強度，獲得良好的綜合力學性能。