S55Cr大型模块锻造及热处理工艺

李 进 黎作先 贾余超

(湖北新冶钢有限公司，湖北435001)



生产技术

S55Cr大型模块锻造及热处理工艺

李 进 黎作先 贾余超

(湖北新冶钢有限公司，湖北435001)

优化了大型模块锻造及热处理工艺，生产出了合格的大型模块，为大批量生产此类大型模块提供了很好的生产经验。

大型模块；锻造工艺；热处理工艺

随着国内汽车和家电行业的迅速发展，市场对模具钢的需求量也越来越大，很多模具钢生产厂家都在开发和生产模具钢以求抢占市场份额。近年来模具钢市场需求的模块尺寸也逐渐变大，模块厚度在710 mm～900 mm，宽度在1 200 mm～1 500 mm，单件模块重量约22 t，模块硬度和检测要求都在逐步加严，对模具钢生产厂家提出了更多挑战，如何在现有装备及生产成本的限制下生产出大规格、高品质的模具钢模块便成了生产厂家需要关注的重点。我公司拥有炼钢生产线、45 MN快锻机及热处理装备，通过工艺及质量策划，成功开发了S55Cr大型模块，既保证了产品质量，又节约了生产成本和缩短了生产周期，同时为批量生产大型模块(1.2738模块、1.2312模块、P20模块)积累了大量生产经验。

1 模块技术要求

(1)2015年我公司首次接到2件大型模块订单，材质为S55Cr，其化学成分要求及实际熔炼成分见表1。

表1 化学成分要求及实际熔炉成分(质量分数，%)

模块以黑皮状态交货，模块4条棱角必须打出，允许圆角半径R<10 mm，模块弯曲度应<5 mm/m，保证模块表面平整，不能塌陷。

(3)模块交货硬度为200～230HBW。

(4)检测要满足SEP 1921-D/d要求。

2 锻造生产流程策划及工艺

单件模块交货重量约20 t，我厂可供选择的钢锭有以下两种：

40 t八角锭：钢锭锭身大头直径1 580 mm，小头直径1 390 mm，锭身高度2 480 mm。

30 t八角锭：钢锭锭身大头直径1 380 mm，小头直径1 190 mm，锭身高度2 480 mm。

由于我厂的锻造设备是45 MN快锻油压机(其实际压力约42 MN)，因压力受限，无法对40 t钢锭镦粗，故选用30 t钢锭锻造此模块。同样由于压机压力受限，只有选用宽度为700 mm的上下平砧对钢锭锻造拔长，如选用宽度为900 mm的上下平砧锻造，则会因压机压力受限无法进行宽进砧大压下量锻造，很难保证检测合格。

工艺流程为：30 t钢锭红送→装炉加热→压钳把→回炉→二次镦拔→锻造成材→正火回火→检测→精整→切头尾→检验→包装入库。

3 加热及锻造工艺

3.1 钢锭加热制度

为了节约能源，并缩短生产周期，采用钢锭红送加热，钢锭650～700℃脱模红送，红送锭加热工艺如图1所示。

钢锭镦拔全部完成前保温温度为1 230～1 250℃，开锻温度≥1 050℃，停锻温度为800～900℃(防止遗传粗晶)。

3.2 锻造工艺及操作要点

由于模块最大厚度为810 mm， 最大宽度为1 300 mm，模块截面积很大，为了保证模块锻透检测合格，并保证锻造出棱角，同时为了提高模块各向同性，故采用30 t钢锭两镦两拔， 采用宽度为700 mm的上下平砧锻造拔长。我公司45 MN快锻机上砧下平面距压机移动平台净空为3 500 mm，镦粗漏盘高度为900 mm，为了保证钢锭镦粗拔长后能顺利立起再次镦粗，故控制了每火次坯料尺寸，在保证检测合格的情况下优化了锻造工艺。

图1 钢锭加热工艺

3.2.1 锻造工艺

具体锻造工艺如表2所示。

3.2.2 操作要点

(1)镦粗后拔长工序必须按照大压下量锻制操作原则锻造，即在大压下量(20%～25%压下量)过程中，进铁量为砧子宽度的 3/4～满砧，大压下量大送进走扁方锻制应走两趟以上。为了保证模块锻透并避免模块两端面产生窝心凹陷，第1锤要压在坯料长度中间位置，坯料两端各预留3/4砧宽，以便下一进砧锻造压下，然后向两头推进，端面不要产生窝心。

(2)大压下量锻制操作钢料温度必须≥1 000℃， 钢料温度≤1 000℃时要重新回炉加热。大压下量大送进走扁方锻制操作完成以后，根据棱角大小情况，再以小压下量(每锤压下约30 mm～60 mm)和小进铁量(每锤进铁量约100 mm～200 mm)挤出模块棱角，锻造时要勤测模块尺寸，模块完成锻造时的最后一趟要压模块大平面，以保证模块大平面平整，此时上下平砧表面必须平整。

表2 模块具体锻造工艺

图2 模块最终热处理工艺

(3)为保证锻件热锻后的细晶组织，要求锻造变形过程的镦粗、拔长工序严格按照工艺规程执行。并控制最后一火次再加热前坯料厚度大于成品厚度尺寸150 mm以上，精整成型。

(4)打成成品后，把模块立起(模块的窄面与地面平行，有利于风冷和正回火工序)轻放在送料小车上，使用链条吊运到退火炉风冷区风冷，防止棱角撞伤。风冷到表面300～350℃进炉热处理(测温点为模块大平面中心)。为了保证风能均匀吹到模块大平面的边缘，垫铁高度应为200 mm～300 mm，两排风扇间距应大于5 m，每两排风扇吹1个模块。

4 模块最终热处理

此模块要求硬度200～230HBW，由于模块厚度大于710 mm，如采用淬火回火工艺，则模块无法淬透，硬度组织也很不均匀。有的厂家在开发时采用了模块锻造成型后在650℃扩氢处理70 h，然后冷锯切两头，再进行淬火回火处理，结果表面和心部硬度很不均匀，也大大增加了成本和生产周期。鉴于以上情况，优化了工艺：在化学成分设计时各类合金元素控制在中上限以保证模块硬度，H含量控制在1.2×10-6以下，采用锻造成型后模块风冷到表面300～350℃进炉正火回火处理。为了提高硬度及均匀性，故采用正火风冷再回火处理。

具体工艺如图2所示。

模块的正火回火保温时间根据模块实际厚度计算，以最厚模块厚度计算保温时间。

5 检验

对正火回火出炉的模块进行表面修磨、内部检测，检测标准符合SEP 1921-D/d要求。

模块尺寸检验合格，锯切模块水口和冒口端余料，在锯切面检测硬度，每个锯切面在对角线处各打5点硬度，硬度实测为206～228HBW，符合技术要求。

模块按照实际重量交货，实际黑皮成材率为72.6%， 高于核价时的70%成材率，达到了预期经济效益。

6 结论

(1)在45 MN快锻机采用700 mm宽砧，可以完成材料为S55Cr的30 t钢锭镦拔锻造过程。

(2)采用700 mm宽砧对30 t钢锭两镦两拔，锻造拔长时采用宽进砧、大压下量可以保证厚度为810 mm的大型模块充分锻透，提高模块各向同性，超声检测结果满足SEP 1921-D/d要求。

(3)此类大型模块(厚度在710 mm～900 mm，宽度在1 200 mm～1 500 mm，单件模块重量约22 t)在锻造时通过均匀变形控制，其黑皮成材率可达到72%，为以后此类模块报价积累了数据。

(4)为了节约扩氢退火成本及生产周期，钢锭氢含量控制在1.2×10-6以下，可取消锻后扩氢退火。

(5)在化学成分设计时各类合金元素控制在中上限以保证模块硬度，正火时风冷，再选择合适的回火温度回火，能满足大规格模块硬度要求，硬度均匀性很好。

编辑 杜青泉

Forging and Heat Treatment Process of Large Forged Block with Material S55Cr

Li Jin, Li Zuoxian, Jia Yuchao

The forging and heat treatment process of large forged block have been optimized. Meanwhile, the qualified forged block has been produced, so as to provide a great production experience for mass production of this kind of large forged block.

large forged block; forging process; heat treatment process

2016—06—07

TG316，TG156

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