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采用连铸坯锻造5CrNiMo模具的自由锻生产工艺

5CrNiMo钢具有良好的韧性、强度和高耐磨性。它在500℃时仍能保持300HBW左右的硬度,主要用于各种大、中型热锻模及热挤压模具。5CrNiMo模具锻造原料主要为钢锭,随着连铸坯冶炼技术及质量的提高,一部分5CrNiMo模具考虑其经济性,也使用连铸坯进行锻造。连铸坯与钢锭相比,其成材率高达90%~95%,而钢锭成材率仅为75%~80%,连铸坯的高利用率大大降低了生产成本。但相对于钢锭比较,连铸坯冶炼质量较差,内部缩孔、疏松及裂纹情况严重。连铸坯在整个浇铸过程中造成钢水污染的因素较模铸钢锭复杂得多。非金属夹杂物特别是大型夹杂物成了危害连铸坯质量的重要缺陷之一。

要解决上述问题,除了提高连铸坯的冶炼技术及质量,更要通过科学合理的锻造工艺来消除连铸坯的冶炼缺陷,提高模具的综合机械性能,制造出满足客户需要的合格模具。我公司对总计970t的5CrNiMo模具采用连铸坯锻造,通过增加预制坯等工艺,采用高温、宽砧、强压的锻造方法,成功解决了这一难题,希望对同类产品的生产能够起到借鉴作用。

技术要求

5CrNiMo的化学成分

表1为5CrNiMo的化学成分。

5CrNiMo的相变临界点参数

表2为5CrNiMo的相变临界点参数。

技术要求

模具工作环境温度:500℃。

表1 5CrNiMo化学成分

表2 5CrNiMo的相变临界点参数

表3 产品分组

超声波探伤:按GB/T 1299-2014标准,所有规格模具均应达到D/d级,即单点缺陷≤φ5mm,连续缺陷≤φ3mm。

交货状态:退火、粗车状态交货。退火硬度≤240HBW。

原料技术要求

冶炼方法:转炉/电炉+LF精炼+真空脱气

非金属夹杂物:A、B、C、D类夹杂物。细系≤2.5级,粗系≤2.0级。

生产前期准备工作

生产流程

其流程为:锯切下料—加热—锻造—毛坯热检—空冷到350℃—锻后退火—毛坯检查—粗加工—尺寸检查、超声波探伤。

产品分组

毛坯共计970t,700件,31个规格。为了便于统计,将模具按外圆尺寸分为四种规格,表3为产品分组情况。

切口端面外观检查及处理

所有坯料均采用锯床锯切下料,针对切口端面外观逐一人工肉眼检查坯料缩孔、疏松、裂纹情况。经检查,坯料φ600mm规格缩孔率达85%以上,φ450mm规格缩孔率达50%,缩孔尺寸约φ1~φ4mm,缩孔沿坯料心部纵向轴线方向间断分布。部分切口端面心部发现肉眼可见夹渣及裂纹,φ450mm规格坯料切口端面外观质量明显好于φ600mm规格,坯料切口端面缩孔及裂纹如图1至图6所示。

对于切口端面有缩孔及轻微裂纹的坯料未做处理。对于肉眼可见夹渣及裂纹较严重的坯料进行打磨处理,缺陷清理干净的坯料正常使用,清理后缺陷仍较为严重的坯料作报废处理.

工艺制定及实施

锻造工艺制定

使用连铸坯锻造,既要考虑坯料心部缩孔、疏松、裂纹的焊合以及夹杂物的击碎、打散问题,又要兼顾提高模具的综合机械性能,具体锻造工艺如下:

第一火:预制坯料,采用宽砧、大压下量方法锻造,能有效焊合缩孔、疏松、裂纹等缺陷,初步击碎夹杂等缺陷。

对于坯料高径比小于1.2的采用拔长、镦粗工艺;

对于坯料高径比大于1.2的采用镦粗、拔长、镦粗工艺。

第二火:进一步焊合缩孔、疏松、裂纹等缺陷,有效击碎夹杂等缺陷,同时提高模具的综合机械性能。具体工艺为高温拔长、镦粗、修整成形。

总锻造比:拔长比≥5.0,镦粗比≥6.0。

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