概述

分类(转子用钢 冷轧辊用钢 压力容器用钢)

锻造工艺

大锻件热处理注意事项

概述

大锻件用钢 (steels for largeforging)，是锻制大型锻件用的合金钢。大型锻件的生产和质量是一个国家工业发展水平的重要标志之一。由于锻件的尺寸很大，截面很厚，所以大锻件用钢在合金设计和生产工艺上都有许多特点：为保证锻件的大尺寸，在冶炼上需采用大容量的冶炼炉，在铸造上需采用特大锭型；为解决大钢锭加热温度高、保温时间长，晶粒易粗大化和锻造比小、变形不均匀、易出现混晶等问题，在制造工艺上需采取相应措施；为保证良好的综合性能，需采用调质热处理；为保证厚截面锻件的淬透性，添加较多的镍、铬、钼等合金元素。广义地说，具有上述特征的用于制造大型锻件的钢统称大锻件用钢。

分类

大锻件用钢按用途的不同分类，主要可分为转子用钢、冷轧辊用钢和压力容器用钢。

转子用钢

转子用钢汽轮机和发电机的转子，是电站设备中的重要构件。根据工作压力的不同，汽轮机的转子可分为高压、中压和低压三种；发电机的转子要在1500～3000r/mm的高速旋转下工作，并承受巨大的离心力、传递扭矩和弯曲应力，因此对转子用钢要求很高，不仅要具有高强度和高塑韧性，而且要求高的质量均匀性。对高中压汽轮机转子除上述要求外，还要在高温(400～565℃)、高压(90Pa)的蒸汽介质下长期工作。因此转子用钢除要求常温力学性能外，还要求有良好的高温性能。目前，大型发电机转子用钢的化学成分.基本上都采用镍一铬一钼一钒系列。当钢的镍含量高于3.0%时，直径超过1m的转子，其心部也具有良好的淬透性，并可获得强韧性匹配良好的下贝氏体组织。

冷轧辊用钢

冷轧辊用钢由于冷轧辊是在高的轧制速度、很大的轧制力等工况条件下工作，承受巨大的动载荷和静载荷，因此，轧辊表面易产生毛面和磨损等缺陷，轧辊的中心孔和表面易产生疲劳裂纹，直接影响轧辊的使用寿命。为提高轧辊的使用寿命，要求冷轧辊用钢必须具有高强度、足够的表面淬硬层、高耐磨性、抗表面剥落性和耐热冲击性。目前，冷轧辊用钢的化学成分基本上都采用高碳的铬系合金钢，如，9Cr、9Cr2、9CrSi、9CrV、9Cr2.0、9Cr2W、等，近几年又增加了Cr3、Cr5系列，Cr6钢轧辊的研制也已开始试验。

压力容器用钢

压力容器用钢随着电力、化工和石油等各类反应器、锅炉、高压容器向高参数大型化方向发展，其结构也逐渐由使用钢板的板焊结构，向使用大锻件的锻焊结构方向发展。压力容器用锻钢进一步向高纯化、高韧性方向发展(参见反应堆耐压壳体用钢)。

生产工艺主要包括冶炼、锻造和热处理。

锻造工艺

冶炼锻制大型锻件需使用大型钢锭。大钢锭的单重在30到几百吨范围内。钢锭越大，偏析等冶金缺陷越严重。因此，大锻件用钢的冶炼要求非常严格。为保证铸造出特大钢锭，一般都要采用两台以上的冶炼炉联合配炉浇铸，这样就不必增大单炉容量，减小因浇注时间长对耐火材料的侵蚀和钢水温度的降低。冶炼时必须精选原料，严格控制冶炼不易去除的有害元素如硼、铜、锡、锑、砷等。钢的初炼可采用大型碱性电弧炉、大型转炉等，初炼的钢水必须进行炉外精炼和真空脱气，最大限度降低钢中的硫、磷和气体含量，以获得硫、磷均低于0.005%、氢低于2%、氧低于30%，氮低于40%的高纯净钢。为减少偏析和缺陷，大型钢锭的铸造要采用新的浇注技术，如旋转浇注法、空心铸锭法和定向凝固铸造法等。

锻造工艺的目的主要有两个，一是将铸锭经济地锻制成所需要的形状毛坯，即成型；二是改善金属组织，通过锻造破坏铸锭的铸态组织，使组织均匀化，使晶粒细化，使气孔、疏松、缩孔等缺陷焊合。通常，大型钢锭都由冶炼车间直接热送到锻压车间。为使缺陷焊合，大锻件的锻造一般都在压力很大的水压机上进行，主要采用自由锻工艺。

热处理由于尺寸效应的影响，大锻件的热处理有自己的特点，必须充分考虑大锻件的冶金特性、大锻件在热处理中产生的瞬时应力和残余应力、相变潜热对加热和冷却过程的影响、回火脆性和组织细化等。大锻件的热处理主要有两种：第一热处理和第二热处理。

第一热处理也称锻后热处理，主要目的是防止产生白点、提高化学成分的均匀性、细化组织、消除混晶现象等，为超声波探伤和最终性能创造内部组织条件，为降低硬度消除应力便于粗加工创造条件。若在冶炼过程中钢中的氢含量降至2%以下时，则第一热处理将主要考虑晶粒细化和消除混晶现象。

第二热处理即最终性能热处理，其主要目的是使粗加工后的大锻件获得所需要的最佳组织，以保证大锻件的良好综合性能。第二热处理通常采用的工艺主要有调质、正火加回火、正火加时效等。对要求高硬度的锻件，如大型冷轧辊，其最终热处理应采用淬火加低温回火，以满足使用要求。

大锻件热处理注意事项

一、大锻件加热时一定要缓慢，分段加热是必须的，奥化保温要充分，一般用台车炉干为主。

二、低碳低合金钢直接淬盐水，中碳合金结构钢以水油双液淬比较稳妥，在水停留的时间以有效厚度计算，一般技术资料书里都有。

三、新的水剂冷却介质适合形状简单、材料和产品单一的锻件，个人的意见是有条件的可以上，条件不具备的还是不上为妙。

四、务须了件大锻件的原始状态，检测其显微组织是必需的，尤其魏氏组织严重的必须用正确的工艺消除。