浅析马氏体不锈钢法兰锻件的锻造

2018-01-17李伟阳张川卫朱保亮左淼宝鸡石油机械有限责任公司热工分公司

锻造与冲压 2018年1期

文/李伟阳,张川卫,朱保亮,左淼· 宝鸡石油机械有限责任公司热工分公司

通过对马氏体不锈钢法兰锻件的分析，从理论上对不锈钢锻件锻造进行探讨。结合生产实际，制定工艺过程，分析锻造变形过程。确保不锈钢锻件的力学性能，提高锻件质量。

石油井口装置采油树是用于深海石油开采的一种石油机械产品。是我公司众多石油机械产品的一种，为我厂石油钻采配件分厂主要产品。井口装置采油树中的法兰，是井口装置采油树的关键产品。要求具有足够的抗腐蚀性和良好的力学性能，材料为12Cr13马氏体不锈钢。锻造过程是改善法兰内部质量的关键工序，锻件质量的好坏直接影响法兰的质量。本人从事石油机械产品毛坯锻造工艺工作三十多年，对于毛坯锻造积累了丰富的实践经验，现以CG31014B法兰的毛坯锻造进行一些肤浅的分析。

锻造工艺过程

CG31014B法兰的毛坯图如图1所示。

由图1可以看出毛坯为典型的法兰状，采用一般自由锻造无法满足工艺要求，不借助工具无法实现。因此，需要采用自由锻胎模锻造、胎模内成形然后冲孔的工艺方法。

考虑到热缩尺寸，对相关尺寸加大1mm。

具体锻造工艺过程如下。

⑴依据图1锻件图计算重量。

P=(P1+P2)×K（P为下料重量；P1为锻件重量；P2为锻造过程的工艺耗料：冲孔芯料；K为火耗），P1=52.8kg。冲孔芯料的计算是以冲子直径为依据，为φ60mm。高度为锻件厚度的1/3，约60mm，P2=1.3kg。锻造过程为1火次。取K=1.03。

计算得到：P=(52.8kg+1.3kg)×1.03=55.8kg

⑵下料。

下料规格φ的选取：φ=170mm，采用圆锯机下料φ170mm×312mm。

图1 法兰毛坯图

⑶加热（炉温1150℃）。

圆钢在燃气炉内加热时间为T。

T=KD，其中K为钢材单位厚度的加热时间（分/毫米），查表为0.45，D为钢材坯料直径或边长（毫米）。

计算得：T=0.45min/mm×170mm=76.5分钟。

⑷锻造温度范围：1100～900℃。

⑸变形过程。

1)镦粗：坯料轴线向上，轻击一锤去除氧化皮。

2)上胎模（图2），坯料入模，锻造打满（图3）。

图2 模具图

图3 锻造成形图

3)φ60mm冲子冲孔（图4），翻转后冲掉连皮。锻至成活尺寸。

4)出模修整。

5)锻后冷却，炉冷或灰冷。缓慢冷却至600℃左右时，进行空冷。

6)锻后转热处理（退火）。

⑹锻造设备：3吨自由锻锤。

⑺加热设备：室式炉。

图4 锻造冲孔图

工艺分析

不锈钢是一种在室温或一定的温度下对外部介质具有高抗腐蚀性能的钢。马氏体不锈钢锻后可以通过热处理强化，具有较高的机械性能和抗腐蚀性。它的锻造工艺有独特的特点：低的导热性，在800℃以下其导热性比一般合金钢低25%～50%，在高温时几乎一样。所以，要严格控制加热温度和加热速度。为保证加热均匀，加热过程中应勤翻料，以防止由于加热不匀，在锻造时产生变形不均而引起锻造裂纹。为保证壁厚的均匀性，冲子冲孔应尽量冲正。马氏体不锈钢对表面缺陷较敏感，坯料表面存在类似划痕的缺陷，都会在锻造中扩展为严重的裂纹。所以，下料应采用锯切下料。胎模锻造前，模具必须预热至250℃左右。在胎模锻造过程中，应防止冷却模具用水直接喷射到锻件上，引起开裂。由于马氏体不锈钢再结晶温度较高，使得锻造温度范围很狭窄，容易产生过热、过烧现象，故应严格控制锻造温度范围。马氏体不锈钢锻后空冷，其组织转变为马氏体，钢内存在较大的组织应力和温度应力，容易出现表面龟裂和裂纹。因此，采用锻后缓冷方式（炉冷、灰冷或坑冷等），缓慢冷至600℃左右时，进行空冷。冷却后及时进行退火，消除内应力，降低硬度，便于机加工进行切削加工。