方塊閥體鍛件鍛造 工藝研究
用于特殊工況的閥體鍛件其使用安全等級為核一級,質(zhì)保一級,設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)30年。因此要求閥體用高性能不銹鋼鍛件,應(yīng)該具有高純度、低缺陷、低偏析、細(xì)晶粒和優(yōu)良的高溫機(jī)械性能以及良好的耐蝕性,同時(shí)具有一定比例的α相存在。但是,現(xiàn)有奧氏體鋼的力學(xué)性能無法滿足制造工藝的技術(shù)要求,所以研究其制造工藝是非常重要的。
閥體鍛件對鋼的化學(xué)成分有嚴(yán)格的要求。選用鎳板的鈷含量應(yīng)<0 1 050%,對基本爐料嚴(yán)格控制微量元素Zn、Sn、Sb、Bi和As,以保證鋼的高溫強(qiáng)度和防止低熔點(diǎn)共晶相而引起的熱脆性。將電弧爐熔化后的鋼液轉(zhuǎn)入VOD爐精煉。冶煉中,真空缶的壓力為0 1 13×10 3～0 1 2×10 3 Pa,根據(jù)不同熔煉期碳含量變化相應(yīng)調(diào)整氧的吹入量。
氧的吹入量控制在600～400nm 3/h。在鋼液中的碳接近0.105%時(shí)停止吹氧,通入氬氣攪拌,促進(jìn)鋼液中[C]和[O]反應(yīng),使鋼液中的[C]小于0.104%,鋼液中的氮隨著氬氣泡的形成而一同逸出鋼液,從而達(dá)到降氮效果。用氧濃差電極測定鋼中[O]含量為0.1038%,將造渣材料CaO、CaF和還原劑Si-Ca先后加入鋼液中,在還原結(jié)束時(shí)鋼液中加入鋁終脫氧,經(jīng)15min脫氧后測定鋼液中[O]含量是為0.1002%。在VOD爐冶煉中達(dá)到了降碳脫氧和去除鋼液中氮的效果。在澆注中采用了防護(hù)與濾渣相關(guān)措施鑄成4t重的八角錠。對VOD爐冶煉的鋼錠取樣分析(表2),鋼錠的化學(xué)成分滿足工藝要求。
由于含鈦的奧氏體不銹鋼在澆注時(shí)鋼液的流動(dòng),性較差,影響鋼錠的表面質(zhì)量,也給鍛造帶來一定困難。閥體鍛件用的奧氏體不銹鋼要求具有4%～12%的α相,由于α和γ兩種相的高溫形變抗力不同,在鍛造過程中如果鍛造溫度和鍛比控制不當(dāng)很容易在相界產(chǎn)生內(nèi)部裂紋而使鍛件報(bào)廢。所以選擇合理的鍛造溫度與鍛比尤為重要。
鍛造前,將鋼錠表面打磨光亮裝爐加熱。在高溫下長時(shí)間加熱(圖1)使合金元素充分進(jìn)行動(dòng)態(tài)遷移,使鋼錠的化學(xué)成分趨向均勻,避免鍛后合金成分偏析,以保證α相的穩(wěn)定性和鍛件機(jī)械性能的均勻性。鐵素體的存在能引起α-γ之間的相間隔強(qiáng)化,提高鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度〔2〕。在鍛造加熱中游離的鐵素體會(huì)促進(jìn)鋼中α相增加〔3〕,同時(shí)鋼中的α相將有一部分轉(zhuǎn)變成γ相〔4〕。奧氏體不銹鋼的晶粒尺寸也是影響屈服強(qiáng)度的重要因素,其強(qiáng)化規(guī)律遵循Hall-Petch公式,屈服強(qiáng)度與晶粒直徑D-1/2成正比。經(jīng)分析,在鍛造中采用形變與再結(jié)晶工藝(圖2),分5火次鍛成閥體鍛件,總鍛比>6,終鍛溫度≥900℃,水冷。
金相試樣和力學(xué)性能試樣均取自經(jīng)過1 050℃×5h固溶處理水冷后的本體件上。試樣經(jīng)拋光和化學(xué)試劑腐蝕后在金相顯微鏡下觀察金相組織及夾雜物。金相檢驗(yàn)依據(jù)GB/T 13305-1991《奧氏體不銹鋼中α-相面積含量金相測定法》、GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》和GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定法》評定。鍛件金相試樣在顯微鏡下觀察有少量氧化物存在,僅在個(gè)別微區(qū)存在彌散分布的微量Ti(N、C)細(xì)小夾雜物,因此鍛件具有較高的純凈度,而且組織均勻,晶粒度達(dá)6級.
經(jīng)過大量的試驗(yàn),研制出高性能的0Cr18Ni10Ti鋼制造的閥體鍛件,該鍛件由于采用形變與再結(jié)晶工藝,使鍛造中產(chǎn)生的大量位錯(cuò)得以保留,為獲得均勻的組織和細(xì)小的晶粒創(chuàng)造了有利條件。另外,在制造工藝中除了從原材料控制微量元素Zn、Sn、Sb、Bi和As外,應(yīng)對鋼中間隙元素C、N和O加以限制。在澆注時(shí)采取防護(hù)及濾渣等工藝防止氧化物的產(chǎn)生和夾雜物進(jìn)入鋼中,保證了鍛件具有高純度和較高的綜合性能,驗(yàn)證了冶金工藝和鍛造工藝的合理性。