文/于爽?遼寧金鋼重型鍛造有限公司

F91閘閥閥體的自由鍛生產(chǎn)工藝

文/于爽?遼寧金鋼重型鍛造有限公司

閘閥是電站、化工、石油等行業(yè)中流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，閥體是閘閥結構中的主要零部件，主要功能是作為流體介質(zhì)的流動通道，并承受介質(zhì)的壓力、溫度和腐蝕。

F91鋼屬改良型9Cr-1Mo高強度鐵素體耐熱鋼，對應國內(nèi)材質(zhì)為1Cr9Mo1VNbN。F91不僅具有高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性，還具有良好的沖擊韌性和高而又穩(wěn)定的持久塑性及熱強性能。由于其在600℃以下優(yōu)良的組織穩(wěn)定性以及相對較低的成本被廣泛用于高溫高壓工況中閥體的制造?？紤]高溫高壓工況下系統(tǒng)的安全運行，閥體應采用整體鍛造工藝。整體鍛造工藝相對復雜，對生產(chǎn)操作及鍛造設備的要求也更苛刻。本文著重介紹自由鍛壓設備利用胎模具生產(chǎn)F91閘閥閥體的工藝，其他三通類閥體也可借鑒此生產(chǎn)工藝。

產(chǎn)品的技術要求

⑴F91的冶煉及化學成分。

冶煉應采用精選的低P、S爐料，經(jīng)電爐冶煉+真空精煉（或電渣重熔）后鑄錠。其化學成分要求見表1。

⑵F91的熱處理臨界點參數(shù)見表2。

⑶閘閥閥體的鍛造毛坯圖見圖1。

前期準備工作

⑴鍛造工藝及參數(shù)的制定。

閘閥閥體長期運行在高溫高壓的惡劣工況下，鍛造毛坯質(zhì)量是保證其長期穩(wěn)定工作的基礎。制定鍛造工藝要同時兼顧閥體三個方向的強度，閥體鍛件要經(jīng)過充分的變形，細化晶粒，消除各向異性。

高溫高壓介質(zhì)從閥體內(nèi)通道流過，結構的危險部位在閥體的內(nèi)表面上。由于閥體入口管與中腔相接，此處形狀變化劇烈，同時內(nèi)壁存在尖角，所以閥體入口管與閥體中腔交界處應力值最大，且有應力集中現(xiàn)象。

圖1 閘閥閥體毛坯圖

表1 F91化學成分

表2 F91的熱處理臨界點參數(shù)

綜上所述，在制定鍛造工藝時，要使坯料在連續(xù)的鍛造工序中進行鐓粗與拔長交叉變形，至少要經(jīng)過二次鐓粗與拔長變形，以消除各向異性，確保閥體應力集中區(qū)域的強度。閥體鍛件的最小鍛造比：電爐錠≥3.5，電渣錠≥3。與之相匹配的鐓粗比：電爐錠≥2，電渣錠≥1.5。閥體鍛件的流線方向要與介質(zhì)的流動方向一致，在加工時要保證零件流線完整不被破壞切斷，閥體鍛件最終成形的流線方向，如圖2所示。

⑵生產(chǎn)準備工裝：上、下平砧、大平臺、鐓粗板、胎模具。

圖2 閘閥鍛件的流線方向

工藝過程的實施

⑴鍛造前加熱。加熱時爐溫≤1240℃，始鍛溫度≤1200℃，加熱工藝參照《鋼質(zhì)自由鍛件加熱通用技術條件》。

⑵鍛造過程。

第一火：坯料鐓粗、拔長。

第二火：坯料二次鐓粗、拔長。

第三火：按胎模具尺寸修整Ⅰ段（見鍛件圖對應部位）坯料，在胎模具內(nèi)拔出Ⅱ段（見鍛件圖對應部位）坯料。此道工序至關重要，它決定閥體鍛件的整體流線分布，確保閥體綜合性能達到使用要求。Ⅱ段拔長工藝及纖維流向，見圖3。

第四火：修整各段坯料，沖盲孔，鍛至成品。

⑶鍛造后熱處理。F91裂紋敏感性強，鍛后熱處理前應將鍛件表面裂紋等缺陷全部清理干凈。鍛后空冷至500℃后及時正火，正火溫度過高容易產(chǎn)生晶粒粗化現(xiàn)象，大鍛件晶粒粗化現(xiàn)象尤為嚴重。建議正火保溫后采用風冷或水霧噴冷等措施加快冷卻速度，風冷時風口應對準毛坯洞口。鍛后熱處理工藝見圖4。

圖3 模具內(nèi)拔長Ⅱ段

圖4 F91鍛后熱處理曲線

生產(chǎn)操作注意事項

⑴F91屬低碳高合金鋼，鍛造過程中坯料變形抗力大，易開裂。鍛造時盡可能按允許鍛造溫度的上限控制，以提高鍛造溫度范圍，大變形量粗鍛終鍛溫度≥850℃，整形等小變形量精鍛終鍛溫度可在約800℃完成。大變形鍛造要在高溫區(qū)進行，以增強坯料鍛透性和組織均勻性。

⑵最后一火鍛造比≥1.5，防止出現(xiàn)組織晶粒粗大。

⑶模具內(nèi)Ⅱ段成形前工序應為拔長工序，以確保Ⅰ段流線方向按設計要求分布。

結束語

自由鍛壓設備生產(chǎn)F91等高合金鋼，首先要根據(jù)零件實際工況制定合理的鍛造工藝，其次利用胎模具等輔助工裝，可以有效地減少毛坯余量，提高鍛造精度，并控制坯料的纖維流向，使鍛件達到工藝設計要求。我公司采用該工藝生產(chǎn)的核電設備、火力發(fā)電設備中使用的F91、F92等材質(zhì)的閘閥閥體、止回閥閥體，經(jīng)檢驗完全符合驗收標準，達到零件的強度設計要求。