[发明专利]一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，它适用于各种尺寸钢锭的自由锻过程。

背景技术

锻造是大部分金属材料加工过程中的重要工序，通过锻造可以改善锻件内部质量，即破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织，并可锻合金属在冶炼过程中产生的缩孔、气孔和疏松等缺陷，对提高锻件质量有着重要的意义。

大型钢锭在浇注以及随后的凝固过程中会产生缩孔、疏松、气孔等孔洞型缺陷。对于大型钢锭，在金属液浇注到钢锭模以后，与钢锭模接触的金属液将首先凝固，而心部的金属由于热传导慢将最后凝固。钢锭心部区域将逐渐形成糊状区，而此时钢锭冒口顶部表面已经凝固，导致无法对心部进行补缩，最终在钢锭轴线心部区域形成缩孔和疏松等缺陷，这些缺陷由于尺寸较大，必须使用有效的锻造工艺将其锻合，否则将造成整件报废的严重后果，导致重大的经济损失。

如附图1所示，从100吨核电转子用钢锭内部缺陷的实际解剖照片可见，钢锭心部区域形成的缩孔疏松呈细长条状沿轴线分布。按照钢锭实际大小建立模型，并使用解剖照片中真实疏松外形，对其进行轴向镦粗过程的有限元模拟结果如附图2所示，可以看出，初始疏松区域(如图中左边部分所示)在经过压下率为50％的轴向镦粗后，无法完全愈合(如图中右半部分所示)，这是由疏松本身的外形和分布状态决定的。因此，在整个锻造过程中，轴向镦粗无法有效锻合钢锭的中心疏松，主要依靠拔长来完成对中心疏松的修复。

从改变锻件内部应力状态的角度出发，研究人员提出了FM、FML和JTS法等多种拔长方法。在提出这些方法的过程中，人们已经意识到使用宽砧能够更加有效的锻合钢锭的中心疏松，但这些拔长方法的砧宽仍然不足以完全锻合钢锭的中心疏松，而且由于在2次下压之间留有接砧的区域，此区域的应变很小，成为了一个变形死区，使这些锻造方法无法有效锻合该区域内的孔洞型缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，以解决目前的锻造方法导致的无法完全锻合钢锭内部孔洞型缺陷，尤其是中心疏松的问题。采用本发明制定的锻造方法，能够保证钢锭内部孔洞型缺陷的愈合效果，大大减少锻件因中心疏松未锻合而无法通过探伤检验导致报废的可能。

本发明的技术方案是：

一种高效率愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法，包括如下步骤：

1)对高径比大于1.2的钢锭进行轴向预镦粗，将其镦粗至高径比为0.8～1.1；

2)上砧和下砧分别使用上平板和下平板，对坯料进行径向镦粗，在径向镦粗过程中的压下量为20％～25％；

3)在径向镦粗后将坯料翻转90°，进行拔长，直到坯料的高径比为1.8～2.2；

4)对坯料进行加热、轴向镦粗，使坯料高径比为0.5～0.7；再次进行拔长，将坯料拔长至最终尺寸。

所述步骤2)，径向镦粗过程中的压下方向是常规拔长方法中的压下方向。

所述步骤2)，径向镦粗过程中的压下量是指上平板的压下距离为坯料原始高度或直径的20％～25％，压下量计算公式为：

压下量＝ΔH/H

其中，ΔH为锻造过程中上平板压下的距离，H为坯料原始高度，如果坯料为圆柱体且压下方向沿直径方向，则取直径尺寸。

在所述步骤2)径向镦粗结束后，将坯料重新加热至其锻造所需温度，以减小后续拔长过程的变形抗力，并使已闭合的孔洞型缺陷有更充分的时间愈合。

所述步骤3)，使用WHF法或FM法进行拔长，每次压下量为20％～25％，在两个趟次结束后，再次将坯料翻转90°进行第三趟次的拔长，此过程结束后坯料的高径比为1.8-2.2。

所述步骤3)，在拔长过程结束后，记录下步骤2)中径向镦粗的压下方向，在步骤4)中再次拔长过程的第一个趟次沿此方向压下，以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

所述步骤4)，在拔长的过程中再次使用步骤2)中的径向镦粗，此次径向镦粗的方向与前一次径向镦粗的方向相同，两次径向镦粗的叠加使得坯料内部的孔洞型缺陷沿同一方向得到充分的变形，以提高锻造过程中孔洞型缺陷的愈合效果。

所述步骤4)，使用WHF法或FM法进行拔长，沿步骤2)中径向镦粗的压下方向进行第一趟次的拔长，之后将坯料翻转90°进行第二趟次的拔长，这两趟次拔长过程中每次压下量均为20％～25％，这两趟次拔长结束后坯料的高径比为0.8-1.1，此时再次使用步骤2)所述的径向镦粗方法，之后使用WHF法或FM法将坯料拔长至最终尺寸。