20MnMo超大方截面锻件的研制

屈文霞　邓正华　高阅武

(中国第二重型机械集团公司铸锻公司，四川618013)



20MnMo超大方截面锻件的研制

屈文霞邓正华高阅武

(中国第二重型机械集团公司铸锻公司，四川618013)

摘要：20MnMo方截面锻件由于芯部缺陷难以控制，所以合格率一直很低。通过优化锻造工艺和热处理工艺，成功制造出满足使用要求的锻件。

关键词：20MnMo；方截面锻件；锻造工艺；热处理工艺

材质为20MnMo的方截面锻件由于芯部缺陷难以控制，所以合格率一直很低。本次研制的20MnMo锻件要求正回火，按JB/T 5000.15—1998进行超声检测，验收级别为5级。锻件尺寸达到4 750 mm×2 100 mm×2 000 mm，毛坯重量160 t，是该种材料所生产的最大规格锻件，国内外没有制造经验，制造难度极大。

此类超大方截面锻件芯部易出现疏松、十字形裂纹等缺陷，因此，锻造过程的主要难点是如何保证超大截面芯部的锻透压实，锻合钢锭中固有冶金缺陷，同时保证锻件形状，防止锻造裂纹的产生。热处理过程的难点为：由于工件有效截面特大，芯部扩氢十分困难，加上锻造应力大，锻后热处理若没起到作用，极易产生白点等不可逆致命缺陷，此外锻后热处理即为最终性能热处理，工件芯部性能难以满足。

1锻造过程

锻件采用290 t钢锭制造，锻造第一火压出锻造操作用钳把，为后续制坯创造条件；再加热至1 250±10℃，并充分保温热透锻坯，出炉后执行镦粗+WHF法拔长，并修至所需截面后返炉加热保温；第三火出炉后，先镦粗再宽砧拔长，之后空冷坯料，再执行JTS法进行心部压实，执行完本火次后坯料返炉再热，进行一段时间的高保温后出炉执行宽砧拔长成形并修整至锻件尺寸；最后通过大截面火焰切割机切除两端弃料即得锻件毛坯。锻造工艺过程如表1所示。

表1　锻造工艺过程

2热处理过程

考虑工件锻后成品有效计算尺寸达到3 000 mm，且20MnMo的晶粒细化能力比较弱，所以锻后热处理采用“两次正火+一次回火”的工艺模式。为了防止白点的产生，将扩氢过程安排在第一次正火之前，扩氢时间为150 h～200 h，扩氢之后进行过冷，充分迫使氢扩散。工件应力过大也是导致白点的主要因素，为了防止工件内应力过大，工件在空冷过程中，我们采取了空冷方式。第一次高温结束后，没有采取鼓风冷，而是直接采取空冷，工件内部组织有了第一次正火的改善。第二次高温结束后采取鼓风冷，鼓风冷主要为了满足工件力学性能，但空冷结束温度仍控制在300～350℃。为了防止回火后内部应力过大，回火过程采取200 h～250 h的回火，回火温度采取500+50℃。工艺曲线如图1～图3所示。

图1　第一次正火

图2　第二次正火

图3　回火

100×500×(a)深度30mm100×500×(b)深度60mm100×500×(c)深度90mm100×500×(d)深度120mm100×500×(e)深度150mm100×500×(f)深度180mm

图4金相组织照片

Figure 4Photos of metallographic structure

3最终检验结果

锻件后期进行的超声检测和性能检测均满足零件使用要求，在工件端部中间取试的性能全部一次性合格，距离工件180 mm深处工件晶粒度达到了6.5级。力学性能检测数据如表2所示。

此外，我们从工件端部从外至里每30 mm一组进行金相分析，金相照片见图4。从图4可以看出，从外至里的金相组织为铁素体+屈氏体+珠光体，达到了我们所期望的结果。

表2　力学性能检验结果

4结论

本次研制的20MnMo方截面锻件，国内外没有制造经验，采用两种压实方法相结合的锻造工艺，成功控制了工件的芯部缺陷。采用的热处理工艺也成功达到细化晶粒、控制力学性能的目的，最终成功制造出满足使用要求的锻件。

参考文献

[1]吴平安，张承峰，曹虹.大型34CrMoA1合金钢螺旋桨轴锻件的研制.大型铸锻件，2014(2).

[2]胡振志，刘晓丽，曹文斐，等.特大型管板锻件锻造工艺.大型铸锻件，2014(2).

[3]任猛，王中安，史翔炜，等.大型自由锻技术要点.大型铸锻件，2014(6).

[4]何艳，党淑娥，宿展宁，等.30Cr2Ni4MoV钢晶粒细化工艺方法研究.大型铸锻件，2014(6).

编辑杜青泉

Research and Development of 20MnMo Ultra Large Square Section Forgings

Qu Wenxia, Deng Zhenghua, Gao Yuewu

Abstract：Because the inner micro-defect of 20MnMo square section forgings was hard to be controlled, the qualified rate has been very low. By optimizing the forging process and the heat treatment process, the forgings which could meet the operating requirements was manufactured successfully.

Key words：20MnMo; square section forgings; forging process; heat treatment process

作者简介：屈文霞(1981—)，本科，工程师，从事热处理工艺。电话：13668319384，E-mail：53605578@qq.com

收稿日期：2015—07—22

中图分类号：TG316

文献标志码：B