F91閘閥閥體的自由鍛生產工藝

文/于爽?遼寧金鋼重型鍛造有限公司

F91閘閥閥體的自由鍛生產工藝

文/于爽?遼寧金鋼重型鍛造有限公司

閘閥是電站、化工、石油等行業中流體輸送系統中的控制部件，閥體是閘閥結構中的主要零部件，主要功能是作為流體介質的流動通道，并承受介質的壓力、溫度和腐蝕。

F91鋼屬改良型9Cr-1Mo高強度鐵素體耐熱鋼，對應國內材質為1Cr9Mo1VNbN。F91不僅具有高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性，還具有良好的沖擊韌性和高而又穩定的持久塑性及熱強性能。由于其在600℃以下優良的組織穩定性以及相對較低的成本被廣泛用于高溫高壓工況中閥體的制造?？紤]高溫高壓工況下系統的安全運行，閥體應采用整體鍛造工藝。整體鍛造工藝相對復雜，對生產操作及鍛造設備的要求也更苛刻。本文著重介紹自由鍛壓設備利用胎模具生產F91閘閥閥體的工藝，其他三通類閥體也可借鑒此生產工藝。

產品的技術要求

⑴F91的冶煉及化學成分。

冶煉應采用精選的低P、S爐料，經電爐冶煉+真空精煉（或電渣重熔）后鑄錠。其化學成分要求見表1。

⑵F91的熱處理臨界點參數見表2。

⑶閘閥閥體的鍛造毛坯圖見圖1。

前期準備工作

⑴鍛造工藝及參數的制定。

閘閥閥體長期運行在高溫高壓的惡劣工況下，鍛造毛坯質量是保證其長期穩定工作的基礎。制定鍛造工藝要同時兼顧閥體三個方向的強度，閥體鍛件要經過充分的變形，細化晶粒，消除各向異性。

高溫高壓介質從閥體內通道流過，結構的危險部位在閥體的內表面上。由于閥體入口管與中腔相接，此處形狀變化劇烈，同時內壁存在尖角，所以閥體入口管與閥體中腔交界處應力值最大，且有應力集中現象。

圖1 閘閥閥體毛坯圖

表1 F91化學成分

表2 F91的熱處理臨界點參數

綜上所述，在制定鍛造工藝時，要使坯料在連續的鍛造工序中進行鐓粗與拔長交叉變形，至少要經過二次鐓粗與拔長變形，以消除各向異性，確保閥體應力集中區域的強度。閥體鍛件的最小鍛造比：電爐錠≥3.5，電渣錠≥3。與之相匹配的鐓粗比：電爐錠≥2，電渣錠≥1.5。閥體鍛件的流線方向要與介質的流動方向一致，在加工時要保證零件流線完整不被破壞切斷，閥體鍛件最終成形的流線方向，如圖2所示。

⑵生產準備工裝：上、下平砧、大平臺、鐓粗板、胎模具。

圖2 閘閥鍛件的流線方向

工藝過程的實施

⑴鍛造前加熱。加熱時爐溫≤1240℃，始鍛溫度≤1200℃，加熱工藝參照《鋼質自由鍛件加熱通用技術條件》。

⑵鍛造過程。

第一火：坯料鐓粗、拔長。

第二火：坯料二次鐓粗、拔長。

第三火：按胎模具尺寸修整Ⅰ段（見鍛件圖對應部位）坯料，在胎模具內拔出Ⅱ段（見鍛件圖對應部位）坯料。此道工序至關重要，它決定閥體鍛件的整體流線分布，確保閥體綜合性能達到使用要求。Ⅱ段拔長工藝及纖維流向，見圖3。

第四火：修整各段坯料，沖盲孔，鍛至成品。

⑶鍛造后熱處理。F91裂紋敏感性強，鍛后熱處理前應將鍛件表面裂紋等缺陷全部清理干凈。鍛后空冷至500℃后及時正火，正火溫度過高容易產生晶粒粗化現象，大鍛件晶粒粗化現象尤為嚴重。建議正火保溫后采用風冷或水霧噴冷等措施加快冷卻速度，風冷時風口應對準毛坯洞口。鍛后熱處理工藝見圖4。

圖3 模具內拔長Ⅱ段

圖4 F91鍛后熱處理曲線

生產操作注意事項

⑴F91屬低碳高合金鋼，鍛造過程中坯料變形抗力大，易開裂。鍛造時盡可能按允許鍛造溫度的上限控制，以提高鍛造溫度范圍，大變形量粗鍛終鍛溫度≥850℃，整形等小變形量精鍛終鍛溫度可在約800℃完成。大變形鍛造要在高溫區進行，以增強坯料鍛透性和組織均勻性。

⑵最后一火鍛造比≥1.5，防止出現組織晶粒粗大。

⑶模具內Ⅱ段成形前工序應為拔長工序，以確保Ⅰ段流線方向按設計要求分布。

結束語

自由鍛壓設備生產F91等高合金鋼，首先要根據零件實際工況制定合理的鍛造工藝，其次利用胎模具等輔助工裝，可以有效地減少毛坯余量，提高鍛造精度，并控制坯料的纖維流向，使鍛件達到工藝設計要求。我公司采用該工藝生產的核電設備、火力發電設備中使用的F91、F92等材質的閘閥閥體、止回閥閥體，經檢驗完全符合驗收標準，達到零件的強度設計要求。