25. Поковки из стали х18н22в2т2

Ковка некоторых типичных деталей из стали Х18Н22В2Т2 (рис. 80) в крупных промышленных масштабах была впервые освоена на НЗЛ из слитков собственного производства. Была освоена также ковка слябов для последующей прокатки листов.

Склонность к образованию в слитках межкристаллитных тре­щин, низкая теплопроводность и повышенная чувствительность к перегреву, ограниченная способность к горячей пластической деформации и ряд других особенностей этой своеобразной аустенитной стали потребовали решения многих весьма сложных тех­нологических задач при освоении производства поковок.

Изыскание оптимальной технологии выплавки и разливки стали, рациональных параметров слитка и термомеханических режимов ковки проводилось в цеховых условиях с учетом произ­водственных особенностей H3JI.

Выплавка и разливка стали

Опытные, а затем и производственные плавки проводились в 10-тонной электродуговой печи двумя методами: 1) на свежих материалах с окислительным периодом; 2) переплавом отходов стали Х18Н22В2Т2 с продувкой жидкой ванны кислородом.

Данные по химическому составу готовой стали и последующий анализ результатов ковки и испытаний заготовок показали, что метод переплава легированных отходов с продувкой жидкой ванны кислородом не приводит к заметному ухудшению качества стали по сравнению со сталью, выплавленной на свежих материалах.

Производственные плавки стали Х18Н22В2Т2 по аналогичной технологии проводились также и в 40-тонной электропечи.

Для изготовления крупных поковок сталь разливалась в изложницы на слитки с отношением H/D 1,6 весом от 3,75 до 11,5 т. Часть слитков весом 6; 6,5 и 7 т имела плавающие над­ставки.

Для относительно мелких поковок использовались слитки двух

типов: удлиненной формы с отношениемH/ D= 3,3 весом 1,65 и 2,17 т и слитки с переменной конусностью весом 2,1 т (см. табл. 2).

Сталь Х18Н22В2Т2 характеризуется относительно узким интер­валом затвердевания (1395—1367° С); ее жидкотекучесть несколько выше, чем у стали Х18Н9Т; коэффициент усадки в зоне высоких температур (1380—1336° С) α = 0,025 ммГС, т. е. значительно выше, чем у аустенитной стали Х18Н9Т, для которой значение а в интервале температур 1329—1229° С составляет 0,0096 ммГ/ С.

Трещиноустойчивость стали Х18Н22В2Т2, заметно уступаю­щая стали Х18Н9Т, весьма чувствительна к температуре заливки. С понижением температуры трещиноустойчивость значительно повышается. Опытами установлено, что трещины в слитке образу­ются главным образом по границам столбчатых кристаллов.

Разливка металла производилась сверху в тщательно очищен­ные несмазанные изложницы в атмосфере аргона или с примене­нием металлического магния. Сопоставление аргона и магния — средств защиты от окисления жидкого металла — показало пре­имущества магния как в отношении качества поверхности слитков, так и трудоемкости процесса разливки. Фактор качества поверх­ности слитков в данном случае особенно важен, так как в даль­нейшем слитки не подвергались промежуточному охлаждению и обдирке и направлялись в кузнечно-прессовые цехи для нагрева и ковки с горячего посада.

В связи с высокой жидкотекучестью стали большое внимание уделялось тщательной сборке изложниц, поддонов и надставок. Недостаточное внимание к этой операции приводило к нарушению нормальной усадки при охлаждении слитка и к образованию на нем трещин. Наблюдались также и отдельные случаи ухода металла при разливке.

Весьма важным этапом в опытных работах по освоению про­изводства слитков из стали Х18Н22В2Т2 явился подбор оптималь­ной температуры жидкого металла и метода разливки. Перво­начально разливка производилась непосредственно из ковша при начальной температуре 1560—1580° С. При этом часто наблюда­лись подтеки и главное приварка слитков к поддонам. Явление приварки приводило не только к повышенному расходу изложниц, увеличению трудоемкости работ и нарушению производственного ритма в цехах, но и к резкому ухудшению качества слитков: потеря времени и применение ударных способов освобождения слитков из изложниц нередко вызывали охлаждение их до недопустимо низких температур и появление на слитках макротрещин. Специальные приемы защиты поддонов от приварки не дали ощутимых резуль­татов.

Заметное улучшение процесса разливки было достигнуто сни­жением начальной температуры металла (с 1560—1580 до 1520—1540° С), в результате чего исчезли подтеки, подприбыль- ные трещины и значительно сократились случаи приварки. Но более радикальным средством общего повышения качества слитков с полным исключением их приварки к изложницам явился пере­ход на разливку металла через промежуточную воронку. Приме­нение воронок вызвало необходимость повышения температуры металла в ковше перед разливкой до 1540—1550° С, в остальном существенных изменений технологии не было. Слитки охлажда­лись в изложницах до 700—750° С.

Нагрев слитков для ковки

Принципиальной особенностью технологии производства за­готовок из стали Х18Н22В2Т2 на H3JI явился горячий посад слитков на нагрев для ковки. Непрерывность теплового цикла изготовления поковок из этой стали была осуществлена впервые, так как ранее для аналогичных поковок на других заводах ис­пользовались холодные слитки с механически ободранной поверх­ностью. Сопоставление в производственных масштабах результа­тов ковки слитков горячего и холодного посада показало бес­спорные преимущества первого: резко повысился выход годных поковок за счет уменьшения трещин и расслоений металла. Пре­имущественное образование этих дефектов в поковках, откован­ных из холодных слитков, связано со склонностью стали Х18Н22В2Т2 к развитию внутренних межкристаллитных трещин при охлаждении слитков в изложницах. Трещины в основном на­блюдаются по границам равноосных кристаллов и в очень редких случаях по границам столбчатых кристаллов, поэтому наличие их в слитках особенно опасно при ковке деталей сплошного сече­ния (в частности, валов), в которых центральная зона слитка не удаляется.

Что касается известных преимуществ холодного посада слитков, связанных с возможностью предварительного адъюстажа и повы­шения за счет этого качества поверхности откованных изделий, то, как установлено заводской практикой, при условии заливки слитков с магнием или в среде аргона, обдирка слитков как обяза­тельная операция при изготовлении любых поковок из стали Х18Н22В2Т2 нецелесообразна: припуски на механическую об­работку заметно не снижаются, а длительность цикла и общая трудоемкость производства заготовок резко увеличиваются.

Холодный посад слитков с предварительной обдиркой или другими видами адъюстажа (вырубка дефектов, зачистка) приме­няется только при заведомо неудовлетворительной поверхности слитка, связанной с нарушениями заданных условий заливки или других технологических отклонений. Но при этом горячие слитки медленно охлаждаются в печи. При замедленном охлаждении достигается, как и в случае горячего посада, минимальное разви­тие внутренних пороков металла типа осевых трещин. Использо­вание такого процесса требует, однако, дополнительных печей и в производственном отношении он весьма обременителен.

Доставка горячих слитков в кузнечно-прессовый цех осуще­ствлялась на специальной футерованной платформе. Температура поверхности слитков при посадке их в нагревательную печь колебалась в пределах 500—700° С. Температура рабочего про­странства печи при посадке слитков поддерживалась в интервале 800—900° С. В отдельных случаях горячие слитки консервирова­лись при 800—900° С, но при этом общая длительность консерва­ции не превышала двух суток. Каких-либо особенностей в тех­нологичности ковки таких слитков не отмечалось.

Нагрев слитков производился в камерных печах с выдвижным подом, отапливаемых газом. На первом этапе освоения исполь­зовались также мазутные печи.

Одним из главных условий успешной ковки стали Х18Н22В2Т2 является правильный нагрев металла: отсутствие общего и мест­ного перегрева, минимальный перепад температуры по сечению слитка в процессе нагрева, равномерность температуры по всему объему слитка перед выносом.

Выполнение этих требований достигается соответствующей конструкцией печи, благоприятным расположением слитков на подине и правильно назначенным тепловым режимом нагрева.

Нормальная температура нагрева металла для ковки 1180° С. При более высокой температуре (1200—1220° С) наблюдается по-

вышенная склонность стали к образованию надрывов и трещин. При температуре, превышающей 1220—1230° С, большинство слит­ков при ковке разрушается.

Наиболее опасны местные перегревы слитка, которые в боль­шинстве случаев возникают в результате воздействия факела пламени на металл. Характер разрушения стали Х18Н22В2Т2 вследствие местного перегрева показан, например, на рис. 81. Заготовка весом 5,2 т нагревалась в мазутной печи с кратковре­менным воздействием пламени форсунки на поверхность металла в одной из приторцовых зон заготовки.

Надлежащая конструкция печи, гарантирующая отсутствие открытого пламени в рабочем пространстве, является наиболее надежным средством всестороннего нагрева металла в заданных пределах температур без местных перегревов и пережогов. Однако опыт НЗЛ, нагревательные печи которого в начальный период освоения стали Х18Н22В2Т2 не отвечали этому требованию, сви­детельствует о возможности предохранения металла от местного перегрева за счет простых технологических приемов: защиты металла слитков от факельного пламени специальными асбестовыми колпаками, использованием высоких лежек-подставок с распо­ложением слитков над уровнем факела от нижнего ряда форсунок, концентрацией слитков в срединной зоне подины и др. Эти про­стейшие мероприятия, не решая капитально вопросы надежного нагрева слитков из высоколегированной аустенитной стали, поз­волили все же в короткие сроки освоить и выполнить первую промышленную серию поковок.

Равномерному нагреву слитков способствовало и строгое вы­полнение элементарных, но тем не менее весьма важных условий, которым не всегда придается должное значение, а именно: не до­пускалась посадка слитков в печь, не очищенную от окалины, высота лежек-подставок была не менее 250 мм, расстояние от слитка до края подины печи составляло около 400—500 мм, а расстояние между слитками — не менее 200 мм.

Нагрев горячих слитков из стали Х18Н22В2Т2 с температурой на поверхности при посадке 550—600° С и выше производился по режиму, приведенному в табл. 48. Практически в отдельных

случаях имели место незначительные отклонения от заданного ре­жима, например некоторое уменьшение выдержки при температуре посадки, но строго выдерживались минимальная выдержка при ковочной температуре и общая длительность нагрева.

При посадке в печь подстуженных слитков с температурой на поверхности 300—350° С температура печи при посадке снижалась до 650° С, а длителыють нагрева до ковочной температуры уве­личивалась на 2—4 ч в зависимости от веса слитков. В тех слу­чаях, когда по условиям промежуточного адъюстажа или по другим причинам слитки сажались в печь холодными, они подо­гревались до 650° С в течение 8—12 ч. При этом температура печи при посадке не превышала 400° С.

Промежуточный подогрев горячих заготовок для очередного выноса производился в печи, нагретой до ковочной температуры. При температуре металла заготовки не ниже 800° С длительность выдержки в печи в зависимости от размера сечения задавалась в пределах, данных в табл. 49.

Приведенные в таблице значения выдержек при ковочной температуре учитывают минимальную длительность процесса, необходимую не только для прогрева металла по сечению, но и для снятия наклепа, получаемого сталью Х18Н22В2Т2 при тем­пературе деформации ниже 1000° С вследствие высокой темпера- ратуры рекристаллизации.

Максимальная выдержка слитков и заготовок при ковочной температуре, как правило, не превышала удвоенных значений минимальных выдержек, предусмотренных технологическим ре­жимом.

При вынужденных длительных перерывах в ковке, связанных с остановкой оборудования или другими производственными при­чинами, температура в печи снижалась до 950—1000° С с после­дующим подогревом до ковочной температуры (при возобновлении работ) по режимам, заданным для промежуточных заготовок.

Для постоянного температурного контроля рабочего простран­ства печи устанавливались две термопары — в своде и в задней стенке печи. Кроме того, по достижении металлом 850—900 С

температура каждый час контролировалась оптическим пиро­метром. Регулируя температуру в печи по показаниям термопар с учетом замеров температуры металла оптическим пирометром, нагревальщик обеспечивал весьма точное выполнение заданных режимов нагрева.

Общие условия ковки

Ковка стали Х18Н22В2Т2 производится в температурном ин­тервале 1180—900° С. Так как нагрев металла выше 1180—1190 С недопустим, то с учетом неизбежных потерь температуры слитка с момента выдачи его из печи до первого обжима бойком факти­ческий интервал ковки следует оценить как весьма узкий. Поэтому как с точки зрения производительности процесса, так и качества заготовок очень важно предусмотреть условия, ускоряющие подачу слитка к прессу или молоту и интенсифицирующие процесс ковки. На H3JI было принято положение, при котором слитки из стали Х18Н22В2Т2 загружались только в нагревательные печи, расположенные в непосредственной близости от ковочного пресса. При наличии соответствующих приспособлений для быстрого захвата и съема слитка с подины печи и организационной увязки всех подготовительных моментов ковки начальная темпе­ратура ковки колебалась в пределах 1150—1160° С. Наличие у пресса и молота ковочного манипулятора способствовало со­кращению вспомогательного времени и интенсификации ковочных операций, что позволяло выполнять относительно большой объем деформации за каждый вынос даже в условиях столь узкого интервала температур. Параллельный опыт ковки на прессе без манипулятора подтвердил не только резкое увеличение длитель­ности технологического цикла, но и ухудшение качества заготовок в отношении поверхностных дефектов (трещин, надрывов и пр.) вследствие неизбежного смещения ковки в область пониженных температур деформации. Ковочный манипулятор особенно необ­ходим при изготовлении поковок типа валов, так как из-за склон­ности стали Х18Н22В2Т2 к образованию межкристаллитных трещин в слитке и внутренних разрывов металла в поковках пониженная температура конца ковки является одним из факторов, вызывающих появление в поковке осевых трещин. Аналогичное явление относится и к слябам, используемым для прокатки листов, ковка которых при пониженных температурах способствует раз­витию дефектов в виде расслоений металла.

Перед отделочными операциями, когда объем предстоящей деформации за данный вынос не превышал 12%, температура подогрева снижалась до 1100—1120° С. При нормальной длитель­ности выдержки подогреваемых при этой температуре заготовок не отмечалось критического роста зерен.

Появляемые на поверхности деформируемой заготовки трещины и надрывы вырубались в процессе ковки. Вырубка дефектов при температуре металла ниже 1050° С вызывала известные трудности вследствие относительно высокой твердости и повышенного сопро­тивления деформированию металла в нижней зоне ковочных тем­ператур. В этом случае перед вырубкой дефектов заготовки подо­гревались до 1160 1180°С.

При выполнении поковок из стали Х18Н22В2Т2 строго вы­держивались основные технологические правила, применяемые при ковке высоколегированных сталей: подогрев бойков, осадоч­ных плит и другого ковочного инструмента до 200—300° С, про­тяжка слитков в вырезных бойках (с подачей l/h > 0,7) и без

резких переходов сечений, применение смазки (графит с жидким стеклом), относительно небольшие величины обжатий (при осадке плитой не более 80 мм за один ход пресса).

Вследствие большого объема усадочных раковин в прибыль­ной части слитка цапфа под патрон ковалась, как правило, из нижней части прибыли, непосредственно примыкающей к слитку, а иногда даже с захватом верхней части слитка на 50—70 мм.

Несмотря на такие предосторожности в практике нередко на­блюдалось полное разрушение цапфы при ее выполнении из-за неполноценности прибыли (пустотелость, кольцевые трещины у основания прибыли и др.). В этих случаях для закатки цапфы использовалась донная часть слитка. Ненадежность прибыли, характерная для слитков из стали Х18Н22В2Т2, является одной из причин относительно низкого выхода годного, закладываемого в расчет технологических параметров ковки.

При ковке на прессах стали Х18Н22В2Т2 резко снижается стойкость рабочего инструмента (бойков, оправок и пр.), изго­товленного из обычных штамповых сталей. Например, оправка для протяжки пустотелой заготовки, изготовленная из стали 5ХНВ, нередко выходит из строя после двух-, трехкратного использования вследствие ее высокого разогрева и недопустимой деформации. Вопрос подбора высокостойких материалов для из­готовления рабочего инструмента, контактирующего при ковке с горячим металлом, является весьма серьезным в общем комплексе проблем, связанных с освоением производства поковок из стали типа Х18Н22В2Т2. Высокую стойкость показали бойки и оправки, изготовленные на H3JI из стали ЗХ2В4Ф.

Ниже приводятся данные по технологическому процессу и прак­тическим результатам ковки некоторых типичных поковок из стали Χ18Н22В2Т2.

Слябы. Ковка слябов толщиной до 200 мм и шириной до 1050 лш„ предназначенных для прокатки их на листы толщиной 35 мм, производилась из слитков весом до 4,68 т. В последующем листы использовались для горячей штамповки сферических днищ диа­метром до 1000 мм и полуобечаек такого же диаметра. Основное требование к качеству листов заключалось н отсутствии расслое­ний и достаточно высокой однородности механических свойств в разных направлениях, что прежде всего определялось качеством исходных поковок слябов.

Вес слитка выбирался исходя из условий минимально необхо­димого объема металла на одну поковку. Требуемая ширина слябов достигалась предварительной осадкой слитка, которая первона­чально рекомендовалась и как фактор более высокого уровня механических свойств.

В табл. 50 даны технологическая схема и основные параметры ковки слябов из слитков весом 3,75 и 4,68 т.

Все операции ковки выполнялись на прессе усилием 2000 Τ, снабженном ковочным манипулятором. Ковка цапфы и биллетирование осуществлялись в ромбических бойках, для промежуточ­ной осадки слитка использовалась верхняя осадочная плита со сферическим профилем, а протяжка осаженного блока на пластину производилась между нижним и верхним плоскими бойками. Ве­личина обжатий при биллетировании составляла 40—50 мм за проход, при протяжке на пластину на первых операциях — 50—80 мм, а на конечных — до 15—20 мм.

Анализ результатов ковки опытно-производственных партий слябов показал, что в большинстве случаев начальная температура деформации фактически колебалась в пределах 1080—1150° С, а конечная — в пределах 900—930° С. В этом интервале температур выполнение поковок, за редкими исключениями, укладывалось в заданное технологическим процессом количество выносов, а в отдельных случаях, с ведома технологов, количество выносов даже сокращалось (главным образом на операции осадки) с двух до одного.

В процессе ковки, особенно на операциях протяжки осаженных блоков, на поверхности отдельных заготовок иногда возникали трещины и боковые надрывы. Глубокая осевая трещина длиной до 700 мм была отмечена на конце одной из заготовок, соответствую­щем низу слитка. Осевые трещины меньшей протяженности на­блюдались в этой же области и на некоторых других заготовках. Образование таких трещин обусловлено главным образом недо­статочно полным удалением донной части слитка после его биллетирования. Для заготовок подобного типа необходимо признать совершенно обязательной отрубку поддона в пределах не менее 6—7% от веса слитка, что на практике не всегда выполнялось.

Относительно неглубокие поперечные трещины отмечались на плоскостях протягиваемых заготовок. Анализом причины их образования и прямыми наблюдениями установлена связь таких трещин с состоянием бойков. Малый радиус закругления, наличие на рабочих кромках зазубрин, заусенцев, наплывов металла не только способствует, но почти неизбежно вызывает появление разрывов (трещин) в местах контакта кромки бойка с металлом, особенно при относительно невысокий температурах деформации. Хорошо подготовленные бойки при изготовлении слябов из стали Х18Н22В2Т2 должны рассматриваться как непременное условие успешной ковки.

Надрывы большей или меньшей величины на боковых гранях заготовки появлялись при протяжке на пластину (по широкой плоскости) почти каждого сляба. Момент их образования соответ­ствовал обычно наибольшей выпуклости боковой грани, когда деформация металла в этой зоне протекает в условиях наименее благоприятной схемы напряженного состояния, и пониженным температурам металла боковых граней на последних операциях данного выноса. Улучшение деформируемости боковых граней достигалось частой кантовкой заготовки и попеременным обжа­тием ее по плоскости и по узкой грани. Это сдерживало развитие боковой выпуклости и в известной мере предохраняло кромки заготовок от резкого захолаживания. Для более продолжитель­ного сохранения высокой температуры металла при ковке заго­товки на пластину применялись щиты из листового асбеста.

Трещины, появляющиеся на плоскостях деформируемых за­готовок, и глубокие надрывы на боковых гранях удалялись зуби­лом в процессе ковки. Эта операция должна проводиться свое­временно и аккуратно, ибо развитие при ковке зародышевых трещин протекает весьма активно, и в производственных условиях нередки случаи брака слябов по заданным размерам из-за недо­статочного внимания к этой операции. При появлении осевой трещины на конце заготовки соответствующая часть металла немедленно отрубается.

В условиях деформирования слитков из стали Х18Н22В2Т2 без предварительной обдирки наличие на окончательно откован­ных слябах тех или иных поверхностных дефектов практически неизбежно. Поэтому техническими условиями предусматривалась обязательная обдирка слябов до запуска их в дальнейшую про­катку. При сечении сляба 180 X 1050 мм поминальный припуск на обдирку по плоскостям составлял 15 мм, а по боковым граням — 25 мм на сторону. Соответственно на поверхности слябов допу­скалось наличие местных дефектов глубиной до 10 мм на плоско­стях и 15 мм на боковых гранях.

Большинство откованных слябов по характеру, величине и ко­личеству наружных дефектов удовлетворяло требованиям техни­ческих условий. Фактически на плоскостях слябов трещины, надрывы и другие дефекты глубиной 8—10 мм наблюдались только в единичных случаях и, как правило, не превышали 5— 6 мм. Надрывы на боковых гранях имели более распространенный характер, и их глубина по преимуществу находилась в пределах допускаемых значений. В отдельных весьма редких случаях слябы имели более глубокие местные дефекты (до 20—25 мм). Такие дефекты на поверхности слитков удалялись вырубкой пнев­матическими зубилами и последующей зачисткой. В соответствии с техническими условиями слябы, имевшие местные вырубки глубиной до 30 мм (если они взаимно не были расположены друг против друга на обеих плоскостях сляба), допускались в дальней­ший передел.

Фактические размеры откованных слябов колебались в преде­лах 180—200 мм по толщине и 900—1070 мм по ширине. Длина сляба получалась как производная от этих размеров и коэффициен­та полезного использования данного слитка: от 1420 до 1600 мм из слитка весом 3,75 т и 1600—2180 мм из слитка весом 4,68 т. Расчетный выход годного составлял 58—60%. Фактически он колебался в довольно широких пределах — от 48 до 68% (преиму­щественно 55—62%). Так как при формировании сляба исполь­зовался максимум полезного объема слитка колебания в факти­ческом выходе годного разных слябов отражают состояние слитка, его деформируемость и поведение на различных этапах ковки.

При макроисследовании темплетов, отрезанных от нескольких слябов, установлено отсутствие в них расслоений и других види­мых дефектов.

После обдирки слябы прокатывались на листы толщиной' 30—35 мм, которые в дальнейшем были успешно использованы для штамповки днищ и полуобечаек.

Особенностями приведенной выше технологии производства слябов из стали Х18Н22В2Т2 являются ковка слитков с горячего посада и наличие операции их промежуточной осадки. Пред­ставляет интерес сопоставление этого процесса с другими процес­сами, основой которых являются: 1) предварительная обдирка слитков и их нагрев для ковки с холодного посада; 2) отсутствие операции промежуточной осадки слитков. Такие видоизмененные процессы ковки слябов были опробованы на НЗЛ и на одном из других заводов.

Предварительная обдирка слитков обеспечила лучшую дефор­мируемость стали в процессе ковки с меньшим образованием тре­щин и надрывов металла при вытяжке слитка на пластину. Откованные слябы отличались почти полным отсутствием на плоскостях поверхностных дефектов. На боковых гранях имелись единичные надрывы глубиной не более 10—15 мм. Следова­тельно, в отношении качества поверхности слябов предваритель­ная обдирка слитков, несомненно, эффективна.

Однако повышенная чистота поверхности таких слябов не позволила исключить операцию обдирки перед их запуском в про­катку, в частности, из-за необходимости удаления запрессованной окалины. Строжка плоскостей потребовалась в этом случае на глубину до 10—12 мм, что практически мало отличалось от объ­ема снятого металла при механической обработке слябов, отко­ванных из неободранных слитков. Технико-экономическое сравне­ние вариантов с учетом дополнительных потерь металла при обдирке слитков, трудоемкости работ на разных этапах производ­ства и длительности цикла производства показало экономическую нецелесообразность предварительной обдирки, несмотря на замет­ное уменьшение количества поверхностных дефектов металла, наблюдаемых при ковке и на готовых слябах. Кроме того, следует учитывать и важный фактор качества слябов, связанный с исход­ным состоянием слитка: при ковке слитков без предварительной обдирки, но с горячего посада уменьшается опасность появления в слябах внутренних расслоений металла и в связи с этим повы­шается макроструктурная надежность прокатываемых листов.

Предварительная осадка слитка — операция трудоемкая и с точки зрения технологичности процесса весьма нежелательная для сложнолегированных сталей типа Х18Н22В2Т2. Большинство поверхностных дефектов образуется именно при осадке слитка и последующей вытяжке осаженного блока, поэтому следует всесторонне оценить роль осадки как фактора качества слябов и определить целесообразные границы ее применения.

Предварительная осадка слитка является, во-первых, вспомо­гательной операцией, позволяющей значительно увеличить диапа­зон получаемой ширины слябов из слитков определенного веса. Для изготовления, например, сляба размером 180x1200x1800 по сортаменту НЗЛ требуется слиток весом 4,68 т. Практически получение сляба такой ширины без предварительной осадки слитка весьма затруднительно. Следовательно, в данном случае эта one- рация необходима по размерным параметрам сляба. Но задача может быть решена и другим путем — выбором слитка удвоенного веса с использованием его на две поковки. В этом случае слябы указанных размеров могут быть получены непосредственной вы­тяжкой слитка без предварительной осадки. Целесообразность того или иного варианта определяется конкретными заводскими условиями, но, как правило, трудности освоения всего комплекса технологического процесса производства слябов, связанные с уве­личением веса слитка, не компенсируются исключением операции осадки.

Слябы меньшей ширины могут быть откованы без применения осадки и из слитков минимально необходимого веса, рассчитанных на выход из слитка одной поковки. Этому способствует исполь­зование при ковке продольного узкого бойка для раздачи заго­товки в ширину — прием, которым часто пользуются на практике. В частности, из слитков со средним диаметром 560 мм без при­менения операции осадки получены слябы размером 160x800 мм, а из слитков диаметром 660 и 727 мм — слябы размером соответ­ственно 180X850 и 185 X 920 мм.

Таким образом, по размерам сечения многие слябы могут быть получены и без осадки слитка. Что касается влияния осадки на механические свойства слябов, то оно, как показывают резуль­таты сравнительных испытаний (табл. 51), не очень существенно и не может служить серьезным основанием для применения опе­рации осадки, тем более, что надежность механических свойств слябов, откованных без осадки, подтверждается и положитель­ными результатами контроля готовых листов.

Необходимо поэтому сделать вывод, что применительно к стали Х18Н22В2Т2 во всех случаях, когда требуемые размеры слябов могут быть получены из слитка непосредственно протяжкой на пластину, операцию осадки применять нецелесообразно.

Сферическая обечайка. Попытка изготовить поковку сфери­ческой обечайки в цельнокованом варианте из слитка весом 11,52 т на прессе усилием 3000 Τ не дала положительных результатов. Было принято решение о разделении детали на две части и выполнении ее в сварном варианте, как это показано на рис. 80, а.

Поковка первого элемента — дна — изготовлялась в виде сплошного диска диаметром 1200 мм и толщиной 160 мм с гибкой его по установленному профилю (рис. 82), второго элемента — промежуточной секции — в виде раскатного кольца с наружным диаметром 1450 мм, внутренним диаметром 1000 мм и высотой 440 мм. Вес поковок соответственно составлял 1750 и 3050 кг. В итоге общий поковочный вес обоих элементов обечайки в свар­ном варианте (4800 кг) ока­зался на 35% меньше по­ковочного веса обечайки в цельнокованом варианте.

На рис. 83 показана технологическая схема ковки дна. Все операции выполнены на прессе уси­лием 3000 Τ за семь вы­носов в температурном ин­тервале 1180—900° С, за исключением последней операции — гибки диско­вой заготовки, начальная температура которой не превышала 1080° С. Промежуточная осадка слитка, вытяжка блока и по­следующее формирование диска до толщины 160 мм со степенью осадки около 5,0 обеспечили высокий общий коэффициент укова и хорошую механическую проработку металла в объеме всей детали. Для предварительного формирования заготовки исполь­зована специальная коническая плита. Окончательная гибка до заданного профиля производилась по шаблону на кольце при помощи оправки.

С точки зрения деформируемости металла процесс ковки, в том числе и операция формирования диска диаметром 1200 мм под гибку, протекал вполне удовлетворительно: поверхностные дефекты, включая небольшие рванины по ободу, не выходили за пределы припусков на механическую обработку, глубоких трещин не наблюдалось. Разгонка диска на плите производилась секционными нажатиями плоского бойка.

Поковка второй детали — промежуточной секции — выпол­нялась на прессе усилием 2000 Τ из слитка весом 5,2 т за семь выносов. После биллетирования слитка на диаметр 650 — 770 мм вырубалась заготовка длиной 1100 мм, которая за два выноса осаживалась до 410 мм. Далее следовали прошивка отверстия диаметром 400 мм и раскатка на оправке до задан­ных размеров за три выноса.

Последующий контроль уль­тразвуковым дефектоскопом и испытания механических свойств подтвердили высокое качество обоих деталей обечайки в сварном варианте.

Учитывая хорошую свари­ваемость стали Х18Н22В2Т2, отсутствие значительных труд­ностей в выполнении обечайки в сварном варианте и доста­точную надежность конструк­ции, необходимо признать весь­ма рациональным переход на изготовление сферической обе­чайки с цельнокованой кон­струкции на сварную.

В металлургическом отноше­нии это значительно упростило проблему получения поковки из сложной высоколегированной стали главным образом за счет уменьшения веса слитка и улуч­шения термомеханических фак­торов ковки. Одновременно по­высились технико-экономиче­ские показатели: снижен общий расход металла в слитках (8,2 вместо 11,5 т) и уменьшена трудоемкость механической об­работки деталей.

Поковки типа валов. В табл. 52 даны технологические схемы изготовления поковок типа ва­лов и применяемое оборудова­ние. Упрощение формы некото­рых деталей типа втулок и изго­товление их в виде круглых поковок сплошного сечения вы­зывались трудностью выполне­ния операций прошивки или вытяжки на оправке при тех неблагоприятных соотношениях размеров, которыми характери­зуются рассматриваемые детали.

Протяжка проводилась в верхнем — плоском и нижнем — вырезном бойках. С точки зрения деформируемости стали и внеш­него вида заготовок процесс ковки не вызвал каких-либо трудно­стей. Поверхность поковок не имела трещин, надрывов, грубых плен и других пороков, которые могли бы вызвать брак изделий. В большинстве случаев, особенно при ковке на молоте, валы отли­чались ровной и относительно чистой поверхностью, допускающей снижение установленных припусков на механическую обра­ботку.

Но весьма сложной оказалась задача, связанная с наличием в поковках внутренних дефектов типа мелких осевых трещин. Образование этих дефектов связано с недостаточно эффективной заваркой межкристаллитных трещин слитка. Практикой установ­лено, что при благоприятных условиях деформирования на прес­сах осевые пороки слитка полностью завариваются. К таким усло­виям относятся: 1) степень укова не менее 2,0—3,0; 2) ковка в зоне относительно высоких температур (не ниже 1000^я С); 3) применение вырезных бойков с максимальным охватом заго­товки; 4) повышенные обжатия за каждый ход пресса; 5) по­дача l/h в пределах 0,5—0,8. При этих условиях любой из слитков,

применяемых на НЗЛ, в том числе и удлиненной формы, обеспе­чивал плотную макроструктуру поковки вала без нарушений сплошности в осевой зоне.

Однако перечисленные условия оказались недостаточными при ковке валов на молоте: в начальный период освоения почти во всех заготовках при их ковке по схеме круг — круг обнаружива­лись внутренние осевые разрывы металла размером от нескольких миллиметров и выше. Практически, например, для деталей с цен­тральным отверстием (рис. 80, д) такие дефекты в поковке не имели существенного значения, так как они удалялись при сверлении и расточке отверстия. Но любой, даже самый незначительный, дефект осевой зоны резко выявлялся в деталях, поверхность которых пересекается осью поковки, например в патрубке со сферической внутренней поверхностью (рис. 80, г).

Предположение о повышенной чувствительности стали Х18Н22В2Т2 к образованию осевых трещин при ковке валов по схеме круг—круг и об отсутствии прямой связи этих дефектов с характером исходного слитка было подтверждено опытом. Два слитка весом 2,1 т (трехконусные) и два слитка удлиненной формы весом 2,17 т были использованы для изготовления поковок валов диаметром 195 мм по следующему технологическому процессу: ковка круглой заготовки диаметром 300 мм на прессе усилием 2000 Т, дальнейшая ковка заготовок на 7-тонном молоте по схемам круг—круг и квадрат—круг с изготовлением валов по каждой из этих схем соответственно из слитков весом 2,1 и 2,17 т. Переход с квадрата на круг осуществлялся при стороне квадрата, равной 200 мм. Поковки валов выполнялись в верхнем — плоском и нижнем — вырезном бойках, температура конца ковки не спускалась ниже 1000° С.

После ковки на прессе промежуточные заготовки диаметром 300 мм охлаждались и подвергались ультразвуковому контролю. Такому же контролю подвергались и готовые поковки валов диа­метром 195 мм. Ни одна из заготовок диаметром 300 мм не имела каких-либо внутренних пороков металла. Осевые дефекты типа трещин, распространяющихся на всю длину вала, имели только

поковки, выполненные по схеме круг—круг. Это весьма наглядно подтвердило отсутствие прямой связи осевых трещин в валах, изготовленных на молоте, с исходным слитком. Одновременно выявлена наиболее надежная технологическая схема ковки валов, а именно: при наличии соответствующих ковочных средств ковку валов надлежит производить на прессах, при необходимости же выполнения поковки вала на молоте должна быть предусмотрена схема перехода с квадрата на круг.

Поковки типа втулок. Такие поковки выполнялись на 7-тонном молоте из слитков весом 2,17 т и на прессах усилием 2000 и 3000 Τ из слитков весом до 6,5 т. Технологические схемы изготовления по­ковок приведены в табл. 53. Во всех случаях вытяжка на оправке производилась в верхнем — плоском и нижнем — вырезном бойках. Оправки при ковке на молоте сплошные, на прессах — с центральным отверстием, водоохлаждаемые.

При строгом соблюдении основных технологических правил вытяжки полых заготовок откованные втулки не имели заметных дефектов: недопустимой разностенности, трещин на боковой поверхности и глубоких надрывов на торцах (рис. 84). Но даже незначительные отклонения от технологических норм (недоста­точно ровная температура заготовки при вытяжке, ковка конце­вых частей заготовки при относительно низкой температуре, использование холодных или плохо прогретых оправок и пр.) резко осложняли процесс деформирования и, как правило, вызы­вали те или иные дефекты поковок. При вытяжке поковок из

стали Х18Н22В2Т2 на оправке надлежит выполнять следующие основные условия:

1. использовать оправки, подогретые до температуры 200— 250° С, с чистой рабочей поверхностью (без вмятин и выбоин), смазанной перед ковкой;

2. обеспечить равномерный нагрев заготовок в печи;

3. производить обжим концевых частей заготовки при повышен­ной температуре (по крайней мере не ниже 1000° С), для чего их вытяжку следует начинать в начале выноса.

Нарушение последнего правила было причиной брака несколь­ких поковок, в которых обнаружены глубокие торцовые трещины.

Поковки типа колец. Кольца диаметром до 1700 мм откованы из слитков весом до 6,5 т. При изготовлении таких колец по­вышенной температуры деформации требовала операция про­шивки заготовки для последующей раскатки. Попытка в отдель­ных случаях совместить операцию осадки и прошивки приводила к образованию трещин на торцовой, а иногда и на боковой поверхности. Как показал опыт, операцию прошивки, надлежит производить с высокого начального нагрева осаженной заготовки.

Раскатка на оправке прошитых заготовок в интервале ко­вочных температур не вызывала каких-либо затруднений. При заниженной температуре раскатки (800—850° С) на внутренней поверхности кольца появлялась сетка неглубоких радиальных трещин.

В табл. 54 приведена фактическая схема технологии изготов­ления поковки кольца диаметром 1090 мм.

Термическая обработка поковок

и контроль качества металла

В табл. 55 приведены нормы механических свойств металла поковок из стали Х18Н22В2Т2, предусмотренные техническими условиями. Эти нормы достигаются термической обработкой в виде аустенизации от температуры 1050—1070° С с охлаж­дением на воздухе и последующего старения при 710—730° С

длительностью 15—18 ч. Термообработка производится после обдирки поковок с удалением грубых поверхностных дефектов и оставлением минимально необходимых припусков, величина которых для большинства деталей составляет 7—10 мм на сторону.

Результаты испытания некоторых типичных заготовок, отко­ванных из стали разных плавок, приведены в табл. 56. Обра­щают на себя внимание довольно значительные колебания значе­ний σ₀,₂ одноименных деталей даже в пределах одной партии. По-видимому, одна из главных причин такого явления заключается в неравномерности температуры печи при выполнении операции старения.

Сопоставление полученных значений механических свойств деталей с нормами технических условий свидетельствует о воз­можности значительного их повышения по всем показателям. Повышение предела текучести до 40—45 кПмм² считается, од­нако, не всегда приемлемым из-за большей склонности стали Х18Н22В2Т2 с высокими значениями σ₀,₂ к образованию трещин при сварке. В некоторых технических условиях верхний предел показателя σ₀,₂ ограничивается значением 40—43 кГ/мм². Такое ограничение требует еще более высокой точности температуры старения металла.