50Mn18Cr5護(hù)環(huán)鋼溫鍛產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

劉賀，趙艷敏

我公司是國(guó)內(nèi)汽輪發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)制造的專業(yè)廠家，品種有50Mn18Cr5、50Mn18Cr4WN和1Mn18Cr18N等，對(duì)于常規(guī)護(hù)環(huán)具有成熟的制造技術(shù)，可以說(shuō)在國(guó)內(nèi)處于技術(shù)的領(lǐng)先地位，制造技術(shù)原理都是通過(guò)冷變形強(qiáng)化，達(dá)到提高金屬?gòu)?qiáng)度的目的。

制造方法有機(jī)械楔塊脹形法和液壓脹形法，而我公司的外補(bǔ)液液壓脹形法，在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)技術(shù)，在國(guó)際上也處于先進(jìn)水平。但在生產(chǎn)中出現(xiàn)以下幾個(gè)現(xiàn)象：①大壁厚、小高度的特殊護(hù)環(huán)制造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足。②多年來(lái)在生產(chǎn)常規(guī)護(hù)環(huán)的過(guò)程中產(chǎn)生廢料積壓。

1. 特殊護(hù)環(huán)與常規(guī)護(hù)環(huán)的區(qū)別及工藝策劃

我們要進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的是圖1所示特殊護(hù)環(huán)，原常規(guī)護(hù)環(huán)如圖2所示。

50Mn18Cr5是我國(guó)最常見(jiàn)的無(wú)磁專用護(hù)環(huán)鋼，該材料用于小規(guī)格電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)的強(qiáng)度指標(biāo)要求高，屈服性能指標(biāo)要求σs≥640MPa，而普通熱鍛的屈服性能指標(biāo)只能達(dá)到σs＜400MPa，無(wú)法滿足要求，且用戶需求數(shù)量較大。

該類護(hù)環(huán)尺寸規(guī)格特點(diǎn)屬于大壁厚、小高度的圈類鍛件，不能通過(guò)常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的冷變形強(qiáng)化工藝來(lái)制造，高于再結(jié)晶溫度熱鍛不能滿足其較高強(qiáng)度要求，低于再結(jié)晶溫度的溫鍛技術(shù)，我公司歷史上沒(méi)有開(kāi)發(fā)過(guò)。

為適應(yīng)市場(chǎng)需求，我公司針對(duì)此課題決定開(kāi)發(fā)溫鍛技術(shù)（也稱半熱鍛技術(shù)），確定合適的變形率及鍛造技術(shù)參數(shù)，來(lái)滿足用戶要求較高的力學(xué)性能指標(biāo)，以材料硬化曲線為依據(jù)，通過(guò)在確定合理的變形率、始鍛溫度、控制鍛造技術(shù)、固溶處理工藝等基礎(chǔ)上進(jìn)行研究和創(chuàng)新，在水壓機(jī)上進(jìn)行半熱鍛馬杠擴(kuò)孔來(lái)達(dá)到提高護(hù)環(huán)強(qiáng)度的目的。為將來(lái)我廠批量生產(chǎn)特殊尺寸規(guī)格電機(jī)護(hù)環(huán)品種打下技術(shù)基礎(chǔ)。

2. 工藝實(shí)施流程

確定變形率→確定始鍛溫度→編制變形前毛坯尺寸工藝→編制坯料熱鍛工藝（采用真空精煉鋼錠）→熱鍛→固溶（水韌）處理→按變形前尺寸粗加工→溫鍛→消除應(yīng)力→切取試樣測(cè)力學(xué)性能→精加工→無(wú)損檢測(cè)→成品發(fā)貨。

圖1 特殊護(hù)環(huán)

圖2 常規(guī)護(hù)環(huán)

3. 工藝實(shí)施主要做法與要點(diǎn)

（1）確定變形率 根據(jù)圖樣力學(xué)性能指標(biāo)要求，確定變形率。圖樣對(duì)應(yīng)指標(biāo)J B/T7 029—2004Ⅰ級(jí)性能指標(biāo)，我們提高一個(gè)級(jí)別，按J B/T7029—2004 Ⅱ級(jí)制造。由于隨著溫鍛過(guò)程，溫度的逐漸降低，護(hù)環(huán)冷變形強(qiáng)化與常規(guī)不同，常規(guī)護(hù)環(huán)硬化曲線只與變形率有關(guān)系，而溫鍛強(qiáng)化又多個(gè)溫度變化參數(shù)，在此過(guò)程中，護(hù)環(huán)材料內(nèi)部出現(xiàn)相變復(fù)雜因素。因此，確定不同溫度下的不同變形率對(duì)力學(xué)性能與金相組織的影響程度是最大難點(diǎn)，也是創(chuàng)新點(diǎn)。

（2）確定始鍛溫度 通過(guò)試驗(yàn)確定始鍛溫度。如果溫度偏高，導(dǎo)致塑性變形的護(hù)環(huán)發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，導(dǎo)致護(hù)環(huán)強(qiáng)度下降，強(qiáng)度不合格護(hù)環(huán)報(bào)廢；如果溫度偏低，造成護(hù)環(huán)終鍛溫度過(guò)低，變形抗力迅速增大，造成水壓機(jī)能力相對(duì)不足，工具損壞無(wú)法繼續(xù)成形，重新加熱后，由于終鍛溫度過(guò)高，降低強(qiáng)度，導(dǎo)致護(hù)環(huán)力學(xué)性能仍然不合格。對(duì)于半熱鍛護(hù)環(huán)始鍛溫度確定，根據(jù)我們掌握的溫鍛技術(shù)資料，國(guó)內(nèi)其他廠家普遍采用550～600℃，為此我們進(jìn)行材料試驗(yàn)，將經(jīng)過(guò)固溶處理的試料進(jìn)行試驗(yàn)室模擬，根據(jù)可能的半熱鍛時(shí)間水壓機(jī)臺(tái)時(shí)，我們加長(zhǎng)一倍處理時(shí)間，經(jīng)材料金相檢驗(yàn)，護(hù)環(huán)的奧氏體有輕微碳化物析出，與我們正常材料組織對(duì)比，仍在可控范圍內(nèi)，因此我們確定始鍛溫度上限600℃，最大可能保證護(hù)環(huán)一火鍛出。

（3）確定部件尺寸 根據(jù)變形率，計(jì)算半熱鍛變形前毛坯尺寸（鍛件1 交貨尺寸：φ 1106mm×φ 800mm× 163mm；鍛件2 交貨尺寸：φ 1450mm×φ 1290mm× 156mm）。

（4）編制坯料熱鍛工藝 根據(jù)半熱鍛變形前毛坯尺寸，編制坯料熱鍛工藝。鍛件1熱鍛工藝操作方法：

采用3t鋼錠壓鉗口，下料：1170kg（φ 460mm×900mm）2 塊；鐓粗高300mm，沖孔φ 300mm，擴(kuò)孔平整至尺寸φ 950mm×φ 447mm×235mm入爐加熱30mi n（必須嚴(yán)格保證尺寸要求）水冷至300℃。

溫鍛：入爐加熱至600℃，保溫3h，小角度均勻擴(kuò)孔，平整至工藝尺寸。

鍛件2熱鍛工藝操作方法：用庫(kù)里余料，下料：1070kg（φ 480mm×760mm）1塊；鐓粗高300mm，沖孔φ300mm，平整至高240mm；擴(kuò)孔平整至尺寸φ1220mm×φ930mm×240mm入爐加熱30mi n（必須嚴(yán)格保證尺寸要求）水冷至300℃。

溫鍛：入待料爐加熱至600℃，保溫2h，小角度均勻擴(kuò)孔，平整至工藝尺寸。

鍛件1、鍛件2具體尺寸如圖3、圖4所示。

（5）護(hù)環(huán)毛坯熱鍛成形 護(hù)環(huán)制坯采用控制鍛造技術(shù)，確定好每一火次的鍛造比、溫度、變形參數(shù)，提高鍛后護(hù)環(huán)的晶粒度級(jí)別，提高材料初始強(qiáng)度，保證超聲波檢測(cè)效果。

（6）熱鍛毛坯后的固溶處理 熱鍛毛坯，鍛后高溫返爐短時(shí)加熱至1100℃以上，然后使出爐后坯料表面達(dá)到固溶處理溫度進(jìn)行快速水冷，進(jìn)行固溶處理，處理后經(jīng)試驗(yàn)室金相組織檢驗(yàn)，與常規(guī)護(hù)環(huán)內(nèi)部金相組織基本相同，達(dá)到了固溶處理目的。

（7）按變形前尺寸粗加工 提高變形均勻性，降低殘余應(yīng)力，留量可以縮小，允許局部漏黑皮，從而減輕坯料重量，降低制造成本。

圖3 鍛件1尺寸

圖4 鍛件2尺寸

性能檢測(cè)結(jié)果

（8）溫鍛護(hù)環(huán)時(shí)控制鍛造技術(shù) 即實(shí)施操作的核心?？刂茐合铝考安僮鳈C(jī)旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)方向，最大限度使護(hù)環(huán)變形均勻，對(duì)于任一位置總體溫度補(bǔ)償均勻，從而保證護(hù)環(huán)的性能均勻，最大程度降低殘余應(yīng)力。

（9）消除殘余應(yīng)力熱處理。

4. 試驗(yàn)結(jié)果

（1）切取內(nèi)環(huán)試樣做常溫力學(xué)性能檢驗(yàn)，鍛件1做四組，鍛件2做兩組，性能檢測(cè)結(jié)果完全符合用戶要求，如附表所示。

(2)精加工后進(jìn)行超聲波檢測(cè)，內(nèi)部質(zhì)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5. 結(jié)語(yǔ)

此產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了大壁厚、小高度護(hù)環(huán)的成功制造，并獲得了大量的技術(shù)資料與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，豐富了護(hù)環(huán)產(chǎn)品，增強(qiáng)了技術(shù)儲(chǔ)備。同時(shí)，使多年來(lái)在生產(chǎn)常規(guī)護(hù)環(huán)的過(guò)程中積壓的工藝余料得到了合理利用，進(jìn)一步降低成本，符合國(guó)家節(jié)能減排的要求。