淺析馬氏體不銹鋼法蘭鍛件的鍛造

文/李偉陽(yáng),張川衛(wèi),朱保亮,左淼· 寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司熱工分公司

通過(guò)對(duì)馬氏體不銹鋼法蘭鍛件的分析，從理論上對(duì)不銹鋼鍛件鍛造進(jìn)行探討。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，制定工藝過(guò)程，分析鍛造變形過(guò)程。確保不銹鋼鍛件的力學(xué)性能，提高鍛件質(zhì)量。

石油井口裝置采油樹是用于深海石油開采的一種石油機(jī)械產(chǎn)品。是我公司眾多石油機(jī)械產(chǎn)品的一種，為我廠石油鉆采配件分廠主要產(chǎn)品。井口裝置采油樹中的法蘭，是井口裝置采油樹的關(guān)鍵產(chǎn)品。要求具有足夠的抗腐蝕性和良好的力學(xué)性能，材料為12Cr13馬氏體不銹鋼。鍛造過(guò)程是改善法蘭內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵工序，鍛件質(zhì)量的好壞直接影響法蘭的質(zhì)量。本人從事石油機(jī)械產(chǎn)品毛坯鍛造工藝工作三十多年，對(duì)于毛坯鍛造積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)以CG31014B法蘭的毛坯鍛造進(jìn)行一些膚淺的分析。

鍛造工藝過(guò)程

CG31014B法蘭的毛坯圖如圖1所示。

由圖1可以看出毛坯為典型的法蘭狀，采用一般自由鍛造無(wú)法滿足工藝要求，不借助工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，需要采用自由鍛胎模鍛造、胎模內(nèi)成形然后沖孔的工藝方法。

考慮到熱縮尺寸，對(duì)相關(guān)尺寸加大1mm。

具體鍛造工藝過(guò)程如下。

⑴依據(jù)圖1鍛件圖計(jì)算重量。

P=(P1+P2)×K（P為下料重量；P1為鍛件重量；P2為鍛造過(guò)程的工藝耗料：沖孔芯料；K為火耗），P1=52.8kg。沖孔芯料的計(jì)算是以沖子直徑為依據(jù)，為φ60mm。高度為鍛件厚度的1/3，約60mm，P2=1.3kg。鍛造過(guò)程為1火次。取K=1.03。

計(jì)算得到：P=(52.8kg+1.3kg)×1.03=55.8kg

⑵下料。

下料規(guī)格φ的選取：φ=170mm，采用圓鋸機(jī)下料φ170mm×312mm。

圖1 法蘭毛坯圖

⑶加熱（爐溫1150℃）。

圓鋼在燃?xì)鉅t內(nèi)加熱時(shí)間為T。

T=KD，其中K為鋼材單位厚度的加熱時(shí)間（分/毫米），查表為0.45，D為鋼材坯料直徑或邊長(zhǎng)（毫米）。

計(jì)算得：T=0.45min/mm×170mm=76.5分鐘。

⑷鍛造溫度范圍：1100～900℃。

⑸變形過(guò)程。

1)鐓粗：坯料軸線向上，輕擊一錘去除氧化皮。

2)上胎模（圖2），坯料入模，鍛造打滿（圖3）。

圖2 模具圖

圖3 鍛造成形圖

3)φ60mm沖子沖孔（圖4），翻轉(zhuǎn)后沖掉連皮。鍛至成活尺寸。

4)出模修整。

5)鍛后冷卻，爐冷或灰冷。緩慢冷卻至600℃左右時(shí)，進(jìn)行空冷。

6)鍛后轉(zhuǎn)熱處理（退火）。

⑹鍛造設(shè)備：3噸自由鍛錘。

⑺加熱設(shè)備：室式爐。

圖4 鍛造沖孔圖

工藝分析

不銹鋼是一種在室溫或一定的溫度下對(duì)外部介質(zhì)具有高抗腐蝕性能的鋼。馬氏體不銹鋼鍛后可以通過(guò)熱處理強(qiáng)化，具有較高的機(jī)械性能和抗腐蝕性。它的鍛造工藝有獨(dú)特的特點(diǎn)：低的導(dǎo)熱性，在800℃以下其導(dǎo)熱性比一般合金鋼低25%～50%，在高溫時(shí)幾乎一樣。所以，要嚴(yán)格控制加熱溫度和加熱速度。為保證加熱均勻，加熱過(guò)程中應(yīng)勤翻料，以防止由于加熱不勻，在鍛造時(shí)產(chǎn)生變形不均而引起鍛造裂紋。為保證壁厚的均勻性，沖子沖孔應(yīng)盡量沖正。馬氏體不銹鋼對(duì)表面缺陷較敏感，坯料表面存在類似劃痕的缺陷，都會(huì)在鍛造中擴(kuò)展為嚴(yán)重的裂紋。所以，下料應(yīng)采用鋸切下料。胎模鍛造前，模具必須預(yù)熱至250℃左右。在胎模鍛造過(guò)程中，應(yīng)防止冷卻模具用水直接噴射到鍛件上，引起開裂。由于馬氏體不銹鋼再結(jié)晶溫度較高，使得鍛造溫度范圍很狹窄，容易產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒現(xiàn)象，故應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍。馬氏體不銹鋼鍛后空冷，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，鋼內(nèi)存在較大的組織應(yīng)力和溫度應(yīng)力，容易出現(xiàn)表面龜裂和裂紋。因此，采用鍛后緩冷方式（爐冷、灰冷或坑冷等），緩慢冷至600℃左右時(shí)，進(jìn)行空冷。冷卻后及時(shí)進(jìn)行退火，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于機(jī)加工進(jìn)行切削加工。

結(jié)論

實(shí)踐證明，采用合理的下料方法及加熱方式，嚴(yán)格模具預(yù)熱，規(guī)范鍛造變形過(guò)程及方法，采用切實(shí)有效的鍛后緩冷方式。完全可以鍛制出合格的馬氏體不銹鋼產(chǎn)品。通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，此方法是切實(shí)有效的。