F91异径三通锻件的生产
2011-09-27王英丽李玉芳王春林
王英丽 李玉芳 王春林
(东北特殊钢集团北满基地，黑龙江161041)
耐热不锈钢 F91异径三通是耐高温、高压设备上的重要部件，工作条件苛刻，技术要求严格，锻造难度较大。为此我们进行了生产试制，通过制定合理的工艺路线，生产出了合格的F91异径三通锻件。
1 主要技术条件
1.1 化学成分及冶炼方法
冶炼方法采用：电炉冶炼+真空精炼。化学成分应符合表1的规定。
表1 F91熔炼化学成分(质量分数，%)Table 1 F91 melting chemical composition (mass fraction, %)
1.2 交货状态
锻件以粗加工经整体正回火状态交货。力学性能要求见表2。
表2 F91正回火力学性能Table 2 F91 normalizing tempering mechanics performances
1.3 低倍检验
在横截面酸浸低倍组织试片上，不得有目视可见的缩孔 、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点、晶间裂纹。低倍检验按GB/T226—2001标准执行，要求达到合格级别；中心疏松、一般疏松、偏析要求达到GB226—1991标准表4中特级优质钢的规定。
1.4 非金属夹杂物
在锻件的帽口端取样，按GB/T10561—2005进行检验，合格级别为：A≤2.5级、B≤2.5级、C≤2.5级、D≤2.5级。
1.5 晶粒度
成品实际晶粒度不低于4级。
1.6 超声波探伤
按JB/T4730.3—2005 承压设备无损检测第3部分：超声检测进行，2级合格。在加工孔范围内不要求探伤级别。
2 生产试制工艺流程
电炉冶炼→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭热送→缓冷坑缓冷→钢锭加热→ 锻造→锻后退火→探伤→粗加工→正回火→ 探伤→检验→检查、上交。
2.1 冶炼
该钢种属于低碳、非调质钢，虽然化学成分范围较宽，但力学性能要求较严。为了满足力学性能要求，根据经验公式计算，制定了内控化学成分，见表3。
表3 F91内控化学成分(质量分数，%)Table 3 F91 internal control composition (mass fraction, %)
(1)原料准备
合金烘烤：合金必须经过高温烘烤，不许冷态使用。
辅助材料：精炼炉必须使用精选白灰，严禁白灰中掺有焦炭。
(2)初炼炉冶炼工艺
为尽量降低五害元素含量，配料要求生铁≥30%。冶炼过程尽量提高全熔碳，保证去气去夹杂效果。出钢温度≥1 650℃。出钢1/4时加入渣料及部分合金，严禁下渣。
(3)精炼、VD真空精炼
到LF位将渣子化好后喂铝线预脱氧。微铬可根据精炼温度分批加入，加入过程中适当补加铝粒扩散脱氧。当吹氮系统出现问题时留出Cr+N余量，注意钢水进碳。铬化好后加入铝粒扩散脱氧使炉渣变白，精炼全程使用氮气搅拌。成分调整合适，温度≥1 650℃。吊包前，取样分析N，作为真空后N的参考值。在670 Pa保持时间≥15 min。放散后根据钢N含量，扣盖大流量吹氮(2～5)min后，取样做N，然后加保温剂。根据报回的结果，若N不符合内控标准则按要求加入Cr、N合金调整N含量。“软吹”≥10 min，吊包温度偏差为±10℃。浇注采用Ar气保护浇注，锭身注速和帽口注速应保证不流散。
2.2 热送
钢锭脱模后，在90 min内热送至锻造分厂。在保温坑缓冷(20～60)h后转入待料炉，在650～750℃待料一定时间后转高温炉。钢锭按图1所示曲线进行加热。
2.3 锻造及锻后热处理
图1 钢锭加热工艺Figure 1 The ingot heating process
异径三通锻件图见图2，用30 MN水压机锻造。锻造精度±20 mm，锻造余量50 mm，锻比≥6。锻造经过下料、镦粗、冲盲孔、成品等工序，毛坯成材率达到75%。必须保证最后一火锻比≥1.5，以防止晶粒长大粗晶探伤不合格。锻后50 min入退火炉。退火工艺曲线见图3。
图2 锻件示意图Figure 2 The forgings schemes
图3 锻件退火工艺Figure 3 The forgings annealing process
图4 锻件正火工艺Figure 4 The forgings normalizing process
图5 锻件回火工艺Figure 5 The forgings tempering process
图6 试样取片图Figure 6 The samples taken piece figure
表4 锻件切向力学性能检验结果Table 4 Forgings tangential mechanical properties test results
粗加工探伤后进行正回火处理。考虑到已接近成品尺寸，为了防止变形采用井式炉正火。正火升温速度采用限速升温。为保证回火均匀性，用井式电炉回火。正回火曲线见图4、5。
回火后用立车在锻件帽口端取试片检验切向性能。端头切掉，中间部分生产厂检验，最里面部分留给用户复检。取片位置见图6，检验结果见表4。
3 结论
F91异径三通锻件的力学性能全部合格。化学成分、低倍、夹杂和超声波探伤检验结果也全部合格，完全满足用户技术条件的要求。按照试制工艺生产了10件F91异径三通锻件，各项检验结果全部合格，可以投入批量生产。
[1] 束德林.金属力学性能.北京：机械工作出版社.1999.10.
[2] 康大韬，等.大型锻件材料及热处理.北京：龙门书局，1998.
[3] 王健.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，1980.
