抑制大型锻件热锻表面开裂的方法

摘要

一种抑制大型锻件热锻表面开裂的方法，其主要是：进行成型锻造时，用红外测温仪测量锻件表面温度，当大型锻件表面温度降至终锻温度以上四分之一至三分之一锻造温度范围时，将大型锻件返炉进行短时间加热，即至大型锻件表面温度升至始锻温度，取出锻件继续进行锻造，如此反复2～3次，将大型锻件返炉加热至透烧，即至大型锻件的心部和表面温度一致，再按照前述步骤继续进行锻造和加热，直至达到设计要求停止锻造。该方法可以有效抑制大型锻件热锻表面开裂，并且易于掌握和操作，对锻造生产设备也无特殊要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型锻件热加工方法，特别是抑制大型锻件热锻表面开裂的方法。

背景技术

大型锻件主要包括汽轮机转子、发电机转子和护环、核反应堆堆内构件和主管道、水轮机主轴、轧辊等。大型锻件是大型成套设备的核心部件，在重型机械、能源装备和国防等领域中具有战略地位，其产品级别与质量已成为一个国家工业水平的重要标志。

然而，大型锻件在锻造过程中常出表面开裂。一旦表面出现可见裂纹，为防止其进一步扩展通常需要停锻清除，然后返炉重新加热。这样既增加了能源消耗，又因打乱正常的锻造工艺而使锻件的组织和性能难以得到保证。严重时，表面裂纹向内扩展过深甚至能使锻件完全报废。热锻表面开裂问题，严重影响了大型锻件的生产和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在现有锻造生产设备上实现有效控制表面裂纹的形成和扩展的抑制大型锻件热锻表面开裂的方法。

本发明的技术方案具体步骤如下：

1、将大型锻件自煤气加热炉中取出，在水压机上进行常规压钳口→倒棱→去锭底→切水口。

2、接着进行成型锻造，并用红外测温仪测量锻件表面温度，当大型锻件表面温度降至终锻温度以上四分之一至三分之一锻造温度范围即即终锻温度+(始锻温度-终锻温度)×1/4至终锻温度+(始锻温度-终锻温度)×1/3时，将大型锻件返炉进行短时间加热，即至大型锻件表面温度升至始锻温度。取出锻件继续进行锻造，如此反复2～3次。

3、将大型锻件返炉加热至透烧，即至大型锻件的心部和表面温度一致，再按照步骤2继续进行锻造和加热，直至达到设计要求停止锻造。

本发明的工作过程及作用机理大致如下：

大型锻件的吨位高、尺寸大，锻造过程中，当大型锻件内部温度还较高时，其表面温度因辐射散热和对流散热已经降低很多。温度的降低，使再结晶发生困难，塑性随之降低；另外，表面温度降低，还可能析出第二相使塑性进一步降低。实践中发现，当大型锻件表面温度降低至终锻温度以上四分之一至三分之一锻造温度范围时，后续的锻造非常容易诱发表面开裂。

当大型锻件表面温度降低至终锻温度以上四分之一至三分之一锻造温度范围时，将大型锻件返炉加热至表面温度达到始锻温度，可使锻件表层变形组织发生静态再结晶。静态再结晶的发生，既消耗了变形积累的位错、孔洞等损伤，又细化了晶粒，使塑性升高。表面温度的升高，还可以避免第二相析出。

在返炉短时间加热时，大型锻件内部的温度还很高。短时间加热只是使大型锻件表面升温，大型锻件表面温度达到始锻温度即可出炉锻造，不必透烧，所需的时间很短。这样，大型锻件内部晶粒也不会在短时间加热时长大。

进行2～3次的返炉短时间加热后，再锻造时大型锻件表面的冷却速度会显著加快，这意味着大型锻件内部温度已经太低，需要将大型锻件返炉加热至透烧。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

该方法可以有效抑制大型锻件热锻表面开裂，并且易于掌握和操作，对锻造生产设备也无特殊要求。

具体实施方式

例1

以容易发生热锻表面开裂的316LN钢大型锻件为例。

通过电炉冶炼+钢包精炼+真空浇注获得2个316LN钢锭，分别命名为1号件和2号件。1号件和2号件在煤气加热炉加热后取出，均在水压机上进行常规压钳口→倒棱→去锭底→切水口，然后进行成型锻造，始锻温度为1220℃，终锻温度为1000℃。

1号件作为对比例，采用原有技术进行镦粗→拔长。镦粗工序的锻造比为2.1，拔长工序的锻造比为3.5。在1220℃开始镦粗，在镦粗时1号件表面出现了肉眼可见的裂纹，停锻后将坯料空冷，用电弧气刨、打磨的方式清除裂纹，然后再移入煤气加热炉，加热到始锻温度，取出继续锻造。在拔长阶段，1号件表面又出现了肉眼可见的裂纹。

2号件采用本发明技术进行镦粗→拔长。镦粗工序的锻造比为2.1，拔长工序的锻造比为3.5。在1220℃开始镦粗，并用红外测温仪测量锻件表面温度。当表面温度降至1055℃时，将2号件返回煤气加热炉短时间加热。当2号件表面温度达到1220℃时，取出继续进行镦粗，并用红外测温仪测量锻件表面温度，当镦粗锻造比达到2.1后随即进行拔长。当表面温度降至1064℃时，将2号件返回煤气加热炉短时间加热，当2号件表面温度达到1220℃时，取出继续进行拔长，并用红外测温仪测量锻件表面温度。当表面温度降至1073℃时，将2号件返回煤气加热炉加热至透烧，取出继续进行拔长。当表面温度降至1055℃时，将2号件返回煤气加热炉短时间加热。当2号件表面温度达到1220℃时，取出继续进行拔长，拔长锻造比达到3.5，锻造结束。2号件在镦粗阶段和拔长阶段均没有出现肉眼可见的裂纹。