浅谈一种2Cr13大型环锻件的热加工工艺

2Cr13属于马氏体不锈钢，对于大型环锻件来说其特性为导热性较差、对表面裂纹敏感，在加热以及锻造时容易开裂，导致内部出现夹杂、裂纹等缺陷。因此，制定合理的2Cr13大型环锻件锻造工艺很有必要，并结合实际生产情况，其工艺流程得到了有效的验证。

原材料特性

⑴化学成分按照JB/T 6398-2006《大型不锈、耐酸、耐热钢锻件》的标准要求，具体如表1所示。

表1 化学成分的质量分数(%)

⑵物理性能：2Cr13属于马氏体型不锈钢，主要用于制造承受较高应力、要求耐腐蚀和耐磨损的机械零件，也广泛用于造纸工业、食品工业、餐具以及医疗器械等。

⑶供货状态：锻后退火处理，为后续的淬回火做准备。

锻造工艺流程

鉴于2Cr13马氏体型不锈钢的特点，其锻造工艺流程为：钢锭→一次加热→剁切水冒口→二次加热→镦粗平整冲孔→三次加热→辗环→退火处理→粗车→探伤→打硬度→包装。

下料

⑴尺寸。如图表2所示。

表2 各工艺尺寸

⑵钢锭。可采用电弧炉、电弧炉+电渣重熔等方法冶炼，密度为7.75g/cm3，根据锻件重量计算采用4.3t锭型的钢锭，对水冒口进行热切割。

⑶准备。由于马氏体型不锈钢对表面裂纹敏感，因此在下料前先将钢锭表面打磨光滑后，再进行装炉加热，防止在加热时产生裂纹，如图1所示。

图1 打磨钢锭表面

加热

⑴装炉炉温。冷钢锭装炉时装炉炉温不得高于400℃，若装炉炉温在300℃～400℃之间时应在对应的温度下保温23h后再开始加热，确保升温速度与保温时间。

⑵装炉位置。装炉前及时清理炉底氧化皮或垫上耐火砖。工件在炉内的装炉位置为中间，不准将工件放置在靠近炉门位置以及火焰喷口处。若无法避开烧嘴，则需要在烧嘴一侧处用耐火砖砌墙，挡住热流，防止局部温升速度快。

⑶升温速度。马氏体型不锈钢的导热性差，升温速度不宜过大，具体升温速度如图2所示。

图2 加热曲线

⑷保温时间。根据锻件截面尺寸确定保温时间。

锻造

⑴技术要求。

1)锻造前需对锻造砧板及冲头进行预热，温度不低于200℃～300℃。锻造之前先锻其他锻件，砧板及冲头温度上升后再锻此工件。

2)镦粗并在900℃～950℃时应避免重击，以防破裂。

3)若镦粗拔长后锻坯表面出现裂纹，先进行随炉退火后及时清理，再进行辗环。

4)退火时需要先将炉温加热至850℃后，放入锻坯，随炉冷却。

5)冲孔连皮厚度φ400孔为100±10mm。

6)冲孔后将造成端面凸起，辗环时会出现端面折叠，因此在第二道冲孔后需将坯料端面凸起平整；若冲孔位置偏心较大≥30mm时需滚圆。

⑵锻造流程。

1)一次加热锻造流程：倒棱拔长→一次剁切→二次剁切→三次剁切（图3～图7）。

图3 倒棱拔长

图4 一次剁切

图5 二次剁切

图6 三次剁切

图7 剁切后毛坯

注意：剁切水冒口时应分三次进行，每次剁切至约三分之二处，每次剁切后旋转120°，第三次将水冒口切净后平整，保证无毛刺。

2)二次加热，锻造流程：镦粗→滚圆→冲孔（图8～图10）。

图8 镦粗

图9 滚圆

图10 冲孔

3)三次加热锻造流程：辗环（图11）。

图11 辗环

注意：0℃～1200℃的热收缩系数为1.76%并按温度调整。辗环时不允许喷水，转速不宜过高，防止锻件裂纹。锻造、辗环以及退火后应标注好冒口位置。

锻后退火处理

将辗环后的环坯放入预先加热至650±10℃并保温的炉中，并随炉冷却至650℃后按照退火曲线进行升温以及冷却，如图12所示。

图12 热处理曲线

结论

⑴UT探伤。将退火后的环件粗车端面，保证粗糙度Ra12.5μm，对端面进行100%UT探伤，探伤等级符合要求，如表3所示。

表3 超声波探伤的质量等级

①如果2个缺陷症状的端—端间距不超过最大缺陷症状的主要尺寸，则它们视作一组。

⑵硬度检测。探伤后对环件进行布氏硬度检测，客户要求HB≤190，实测硬度值如表4所示，成品如图13所示。

表4 成品硬度值（HB）

图13 成品

作者简介

孙传金，技术部副部长，工程师，主要从事锻件热加工工艺的研究工作，主持完成《一种变截面椭圆门框无缝热加工工艺的研究及应用》、《精密环轧专用轧制工装的研发及应用》(并获专利ZL 2018 2 1007527.7)、《 一种2Cr13大型环锻件的热加工工艺》等项目。

—— 来源：《锻造与冲压》2020年第3期