摘要：以低溫鋼SA-765 M GradeⅢ筒體鍛件為例，通過分析低溫鋼筒體鍛件材料特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及制造工藝特點(diǎn)，研究了低溫鋼筒體類鍛件的主要鍛造工藝參數(shù)，制定出合理的低溫鋼筒體鍛件的鍛造工藝。
1、國內(nèi)外低溫鋼概況
1.1 從國外引進(jìn)低溫鋼的情況
目前使用的國外低溫鋼材料主要是Ni系低溫鋼，因其強(qiáng)度高，滿足在較低溫度下使用的要求，最低使用溫度可達(dá)-196℃以下，成本比Ni-Cr不銹鋼低。
此外，ASME規(guī)范所推薦的Ni系低溫鋼因其優(yōu)越的使用性能，得到世界各國的廣泛使用，我國正在建造的大型低溫儲(chǔ)罐大都使用美國ASME規(guī)范的Ni系低溫鋼材料 。
1.2 國產(chǎn)低溫用鋼的情況
國家有關(guān)部門考慮到石油化工行業(yè)在容器、貯罐、筒體等設(shè)備部件中所用低溫鋼的國產(chǎn)化問題，提出Ni系低溫鋼。成功研制的Ni系低溫鋼有：0.5Ni，1.5Ni，3.5Ni，5Ni，9Ni鋼等，并重點(diǎn)開發(fā)了1.5Ni和3.5Ni 鋼。
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的Ni系鋼產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性、最大厚度及表面質(zhì)量與國外先進(jìn)企業(yè)還有一定的差距。在工藝裝備已達(dá)到先進(jìn)水平的情況下，國內(nèi)企業(yè)完全有能力提高現(xiàn)有產(chǎn)品性能，使產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定。
2、低溫鋼鍛件的特點(diǎn)及技術(shù)要求
SA-765 M GradeⅢ屬于低溫鋼，是-70℃至－120℃低溫容器和部件的主要用鋼。在液化天然氣、海洋設(shè)備等清潔能源領(lǐng)域有著廣闊的用途。
此次研制的 SA-765 M GradeⅢ低溫大鍛件用鋼，主要用于中國二重首次出口國外某公司的低溫滌氣器12臺(tái)全套部件的制造，其大型化和厚壁化尚屬國內(nèi)首次。
SA-765 M GradeⅢ低溫鋼鋼鍛件的化學(xué)成分應(yīng)符合表1的規(guī)定。力學(xué)性能應(yīng)符合表2的規(guī)定。
SA-765 M GradeⅢ鋼鍛件應(yīng)逐件按ASME規(guī)范的SA-388及其補(bǔ)充要求以及第Ⅷ 卷進(jìn)行100％超聲縱波檢測，驗(yàn)收等級為SA-788的第S20節(jié)的BR 級。對于筒體鍛件，應(yīng)按ASME規(guī)范的SA-388及其補(bǔ)充要求進(jìn)行100％超聲橫波檢測，驗(yàn)收等級為SA-788的S級。
細(xì)化晶粒是提高低溫韌性最重要的韌化措施之一，細(xì)化晶粒既能提高鋼的屈服極限，又能降低鋼的Ｖ 型沖擊的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度。由于熱加工時(shí)，形變和再結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行，所以鍛造的形變（變形量和主要變形工序）與溫度（始鍛、終鍛溫度等）成為控制鍛造工藝的兩大要素。
3、制定鍛造工藝方案
3.１ 確定使用的鋼錠和合適的鍛壓設(shè)備
繪制鍛件的毛坯圖，明確鍛件尺寸并計(jì)算鍛件重量，以便選擇合適的鋼錠，并根據(jù)鋼錠的大小確定使用120水壓機(jī)進(jìn)行鍛造。
3.2 確定筒體的鍛造工序
對于筒體類鍛件，其基本鍛造工序?yàn)殓叴帧伍L、鐓沖、馬杠擴(kuò)孔和馬杠拔長，輔助和修整工序?yàn)榈估?、滾圓和校正。
3.3 確定變形工藝
以其中一件筒體為例進(jìn)行分析。第一步為壓鉗口、倒棱、錯(cuò)底。為了便于下火次鐓粗，需要壓制鉗把，去除鋼錠錠尾。第二步為鐓拔下料。該工序是保證鍛件心部鍛透壓實(shí)與否的關(guān)鍵，鐓粗和拔長相結(jié)合可提高綜合鍛造比，同時(shí)擊碎合金鋼中的塊狀碳化物，并使其均勻分布以提高鍛件的使用性能。下料之前，需先對坯料切除水冒口。切除水冒口可去除鋼錠中縮孔、夾雜、偏析以及疏松的聚集部位。水冒口切除率應(yīng)作為主要工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。在計(jì)算下料重量時(shí)，要考慮到經(jīng)歷多火次加熱引起的損耗以及沖脫重量。另外，針對擴(kuò)孔過程可能產(chǎn)生的形狀誤差，要考慮到給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償系數(shù)。第三步為鐓粗和沖孔。通過沖孔可沖掉坯料心部的鋼錠缺陷。應(yīng)注意選擇鐓粗高度、沖孔尺寸及沖子類型等。第四步為擴(kuò)孔和拔長。該工序可以是先擴(kuò)孔和馬杠拔長后再擴(kuò)孔出成品，也可以是拔長到要求高度后再擴(kuò)孔出成品，具體選用何種工序取決于對鍛件尺寸和操作特點(diǎn)的考慮。為防止由于變形量較小，晶粒粗大，要求確定鍛造工藝時(shí)應(yīng)保證最后一火有一定的剩余鍛比，并在現(xiàn)場操作時(shí)確保鍛件的壁厚盡可能均勻。
3.4 鍛比的計(jì)算
低溫用鋼大鍛件鍛比的確定，不但其鍛比比一般鍛件的要高，而且要綜合各主要變形工序的鍛比，按照規(guī)定要求核定出合理的綜合鍛比。因?yàn)楦髦饕ば蛟诮饘僮冃紊蠜Q定鍛件的纖維形態(tài)與分布狀況，它對低溫韌性的影響較大。根據(jù)試驗(yàn)筒體鍛件的鍛造工藝方案可知，該試驗(yàn)筒體鍛件的高度尺寸與內(nèi)徑尺寸相近，主要工序有鐓拔、沖孔前鐓粗、馬杠拔長、馬杠擴(kuò)孔等，各主要工序皆有一定的分鍛比。綜合鍛造比為縱向鍛比與橫向鍛比的乘積。
3.5 溫度的控制與協(xié)調(diào)
鍛件的加熱可以根據(jù)我公司的鍛件鍛造加熱規(guī)范進(jìn)行。鍛件的最高加熱溫度可以根據(jù)變形工序的不同，在不同火次采用不同的溫度上限和公差，并在規(guī)范范圍內(nèi)給出最短的保溫時(shí)間。這主要是控制原始奧氏體晶粒度，以防止鋼的晶粒度增長過大，同時(shí)在加熱中還應(yīng)嚴(yán)禁局部過熱。
在鍛造過程中，在不違反工藝現(xiàn)場操作原則的前提下，在主變形溫度（較高溫度）下，可考慮大壓下量和大送進(jìn)量，保證鍛件得到大變形量。在出成品火次，由于剩余鍛比小，主要為小變形和修整工序，可在略低于終鍛溫度下進(jìn)行。
3.6 鍛件具體鍛造工藝步驟
鍛件具體鍛造工藝步驟為：第Ⅰ火次：壓鉗口；第Ⅱ火次：鐓粗，拔長，滾圓，下料；第Ⅲ火次：鐓粗，沖孔；第Ⅳ火次：擴(kuò)孔，修整；第Ⅴ火次：拔長，擴(kuò)孔，修整。
4、低溫鋼鍛件生產(chǎn)及總結(jié)
4.1 低溫鋼鍛件的生產(chǎn)
現(xiàn)場生產(chǎn)具體實(shí)施情況有以下幾方面：
（１）在筒體的鍛造過程中，進(jìn)行了每一火次的現(xiàn)場服務(wù)，全面掌握了鍛造工藝與現(xiàn)場操作的要點(diǎn)和問題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了批量鍛件包括12件筒體、24件封頭的工藝制定。
（２）在鍛造過程中，發(fā)現(xiàn)在執(zhí)行鐓粗工序時(shí)有個(gè)別工件端面是斜面，對后續(xù)成形明顯產(chǎn)生了不良影響，使鍛件難以實(shí)現(xiàn)均勻變形，為杜絕類似情況的再次發(fā)生，進(jìn)行了詳細(xì)的原因分析。
（３）在執(zhí)行拔長工序時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍛件端部易出現(xiàn)馬蹄狀和喇叭口。在對封頭鍛件執(zhí)行展平工序時(shí)，發(fā)現(xiàn)工件在展平后易出現(xiàn)長度不夠的情況。
（４）為保證鍛件低溫沖擊值及晶粒細(xì)化，對該類低溫鋼鍛件的高溫?cái)U(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和評估。
4.2 小結(jié)
從低溫鋼鍛件的生產(chǎn)情況和結(jié)果來看，成形工藝方案是可行的，所采取的一系列措施是有效的：
（１）因試驗(yàn)筒體鍛造工藝中綜合鍛比、始終鍛溫度、擴(kuò)散系數(shù)等主要參數(shù)對該種材質(zhì)鍛件的質(zhì)量保證是切實(shí)可行的，在現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)過程中得知這些主要參數(shù)能夠保證鍛件的成形和尺寸。12件筒體、24件球形封頭全部合格。
（２）根據(jù)以往筒體類鍛件的制造經(jīng)驗(yàn)，對該３種鍛件的高溫?cái)U(kuò)散參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和評估，從該批鍛件的后期結(jié)果來看，擴(kuò)散參數(shù)的計(jì)算值是合理的。
（３）封頭鍛件在鍛造工藝中使用合理的錠型，且在現(xiàn)場跟蹤過程中未發(fā)現(xiàn)該鍛件有毛坯肥大或不足的情況，有效提高了毛坯利用率。
5、結(jié)論
整個(gè)項(xiàng)目包括12件筒體和24件封頭，最終交貨的這批 SA-765 M GradeⅢ低溫鋼鍛件的檢測指標(biāo)和各項(xiàng)理化性能指標(biāo)均合格。標(biāo)志著我公司生產(chǎn)的低溫鋼大鍛件達(dá)到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，從而證明鍛造成形工藝方案合理可行。
