序言

高速旋转氢气油罐为某石油化工公司氢气油罐项目的市场主体电子设备，为失蜡法罐子，运行在高速旋转、高温环境中。电子设备的市场主体金属材料为20MnMoDⅣ机械加工，其金属材料即归属于低合金武艺高强钢，又归属于高温钢。责任编辑主要阐释通过对助焊剂冲压性预测，制订出适当的工艺控制技术措施、选择相匹配的冲压金属材料与科学合理的工艺控制技术模块、以致适于的退火工艺控制技术，进行冲压工艺控制技术综合评价，以满足用户设计图及控制技术前提对冲压接点气压、高温延展性等操控性的明确要求。与此同时特别针对本电子设备的结构特点，设计出适宜的坡口型态，基本建设出科学合理的冲压工艺控制技术与退火工艺控制技术，并在产品锻造操作过程中以求实施。经力能操控性检验及桑利县检验，其每项分项均达到设计图及控制技术前提的明确要求，高效率地完成了电子设备锻造。

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20MnMoD机械加工冲压性预测

1.1 助焊剂基本操控性

20MnMoD铣刀采用炼钢或氮气炼钢炼钢并经炉外研磨和电浆处理的镇静钢，订货状态为退火加退火（Q+T），其成份六义1，力学操控性六义2。与16MnD相比，增加了极少量的Cr、Ni、Mo等化学原素，Cr、Mo为合金加强原素，有助于提升合金的气压；Ni原素有助于降低合金的高温塑性转变温度，提升废钢的高温冲击延展性。

1.2助焊剂冲压操控性

1.2.1 冲压接点的冷裂缝偏激

根据国际通用型Ceq（碳钚）计算方法可计算出20MnMoD的碳钚指数：Ceq=C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+Ni/40=0.49%＞0.45%；说明20MnMoD具备非常大的冷裂偏激。机械加工中所含的C、Mn、Cr、Mo等加强原素提升了废钢的气压，与此同时在冲压操作过程中也易形成淬硬组织，在连续性非常大或束缚形变高的情况下，若冲压工艺控制技术失当，很容易产生冷裂缝，而且这类裂缝具备一定的延后性，危害性很大。

1.2.2冲压接点的再热裂缝偏激

20MnMoD钢中所含Cr、Mo等原素，由于冲压高温使热影响区附近的这些原素的碳化物固溶于奥氏体中，焊后冷却时来不及析出，而在消除形变退火操作过程中弥散析出，从而晶内加强，使形变松弛所产生的蠕变变形集中于晶界，当晶界的塑性不足时，就会产生再热裂缝（亦称消除形变退火裂缝）。

1.2.3 冲压接点的脆化偏激

冲压操作过程本身是不均匀加热和冷却的操作过程，从而形成不均匀组织。低合金武艺高强钢焊缝与热影响区的塑性转变温度比助焊剂高，是冲压接点中的薄弱环节。因此冲压热输入对低合金武艺高强钢的焊缝与热影响区操控性有重要影响。热输入过小，冲压接点热影响区会出现马氏体引起裂缝；热输入过大，焊缝与热影响的晶粒粗大，不但造成冲压接点脆化，与此同时严重降低其高温冲击操控性。

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冲压金属材料

2.1 20MnMoD钢焊材选择的基本原则

焊缝合金的力学操控性应高于或等于助焊剂的限值。为提升焊缝合金的抗裂操控性，应控制冲压金属材料中C、S、P的含量；为保证焊缝合金具备较高的高温冲击延展性，应适当提升冲压金属材料中Ni含量；与此同时为防止冷裂缝及再热裂缝的产生应选用低氢型焊材，控制熔敷合金中扩散氢的含量，已达到产品所明确要求的综合操控性。

电子设备锻造完成后，需进行焊后整体消除形变退火，结合本公司的冲压控制技术特点，选用了进口焊材：氩弧焊丝ER80S-Ni，规格φ2.5mm，焊条E8018-C3，规格φ4mm；埋弧焊丝EH12K，规格φ4mm；焊剂F7P4-EH12K，规格10-60目。

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工艺控制技术措施及检验明确要求

1）严格控制扩散氢的来源，焊条、焊剂按标准明确要求烘干，焊条使用时，焊条筒要通电保温，坡口表面及两侧20mm范围内清理干净。

2）焊前需预热，焊后需立即后退火，冲压操作过程中需严格控制层间温度。但预热温度不宜过高，过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过慢，从而在热影响区产生粗大的上贝氏体组织，严重降低冲压接点的气压及高温冲击延展性。

3） 冲压应采用小的线能量的输入，但不 可以提升冲压速度来获得较低的线能量输入，一旦焊道形成窄而深的截面形状，就会在焊缝中心产生裂缝。焊条电弧焊时，尽量不摆动，冲压宜采用多层多道焊，起到自退火的作用，细化晶粒，提升冲压接点的气压及高温冲击延展性。

4）冲压应注意避免弧坑、未熔合及咬边等缺陷，焊后应去除余高，焊缝表面修磨与助焊剂齐平，不但可以大大降低再热裂缝的敏感性，也可避免在高温前提及形变作用下引起塑性破坏。

5）冲压接点应在冲压完成24h后进行桑利县检验，并且在退火后再进行一次桑利县检验，以确定冲压接点的质量。

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冲压工艺控制技术综合评价

4.1 冲压工艺控制技术综合评价的制订

依据20MnMoD冲压性预测，并结合高速旋转氢气油罐的结构特点，按照NB/T47014-2011及相关控制技术前提，制订冲压工艺控制技术综合评价方案，分别进行了氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧焊对接焊缝的冲压工艺控制技术综合评价。冲压金属材料及冲压工艺控制技术规范模块六义3。

4. 2 冲压工艺控制技术综合评价的结果

按NB/T47014-2011《承压电子设备冲压工艺控制技术综合评价》 标准的明确要求，避开缺陷部位制备试样，并进行力学操控性试验，并进行硬度检验及金相组织检验。力学操控性试验结果六义4，硬度检验及金相组织结果六义5。

冲压工艺控制技术综合评价结论：通过严格按照工艺控制技术模块和工艺控制技术措施进行冲压与控制的试验结果表明，冲压接点力学操控性、硬度值、金相组织均满足用户设计图与控制技术前提的明确要求。

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高速旋转氢气油罐的锻造

5.1 电子设备的主要设计控制技术模块

5.2 电子设备的结构特点

电子设备结构简图见图一，该电子设备由筒体、左右平盖、法兰盖部件等组焊而成，结构较为简单。市场主体金属材料为20MnMoDⅣ机械加工，厚度70mm。该电子设备设计压力35Mpa，已达到GB150≤压力罐子≥适用的最高设计压力；设计温度-40℃，已是该类金属材料设计温度的下限。

5.3 冲压坡口的设计及制备

高速旋转氢气油罐内径较小，内侧不易施焊，而筒体壁厚又较厚，冲压量很大，因此设计坡口为单U型变角度坡口，即满足用户单面冲压又能最大程度减小冲压量，坡口型态见图二。筒体与平盖间环向B类冲压接点的坡口采用立式车床车出。坡口表面及两侧20mm范围内砂轮修磨，去除油污、铁锈等杂物。

5.4 冲压及质控操作过程

焊前坡口表面进行100%MT检验，按NB/T47013.4-2015，I级合格；坡口及其两侧各不小于150mm范围内均匀预热到100～150℃之间。

电子设备市场主体B类接点采用氩弧焊打底，单面焊双面成型，手工电弧焊、埋弧焊填充、盖面。冲压按冲压工艺控制技术规范明确要求采用多层多道焊，层间严格清渣，控制层间温度在100-250℃之间。焊条保温筒通电保温，焊剂焊前烘干，随用随取，防止吸收空气中水分，控制扩散氢进入焊缝中。冲压接点焊后立即进行消氢处理，200℃～250℃保温3小时，覆盖保温棉缓冷。焊后去除焊缝余高，修磨与助焊剂圆滑过渡，不允许有任何尺寸的咬边。

5.5 桑利县检验

冲压接点经外观检查合格，冲压完成24小时后对冲压接点进行100％射线探伤检查（检验控制技术等级AB级），按NB/T47013.2-2015不低于II级合格；并进行100％超声波（检验控制技术等级B级）检验和100％磁粉检验，按NB/T47013-2015，均不低于I级合格。经以上桑利县检验均未发现缺陷。

5.6 整体退火

电子设备进行炉内整体消除形变退火。退火580-600℃，保温2.5小时，升降温速度55℃～75℃/h。电子设备退火后对冲压接点进行超声波和磁粉检验，均未发现缺陷。

5.7 冲压试板

产品冲压试板（鉴证环）由施焊电子设备的焊工，采用与施焊电子设备相同的前提、操作过程与冲压工艺控制技术施焊，并随电子设备同炉退火后按NB/T47016-2011的明确要求，进行了每项力学操控性检验，其试验结果均不低于助焊剂的适当分项。

总 结 语

通过对20MnMoD的冲压性预测和冲压工艺控制技术综合评价试验，制订了科学合理的、符合生产实际的冲压工艺控制技术规程及退火工艺控制技术规程，成功完成了该电子设备的锻造任务。为今后同类产品冲压生产奠定了基础，具备推广应用价值，与此同时也提升了本公司的生产锻造能力，为公司今后在同类金属材料的锻造方面积累了实践经验。

END

文字 | 郭 龙 王春宇

参考文献：

[1] 中国机械工程学会冲压学会.冲压手册.第2卷. 北京：机械

工业出版社，2003

[2] 张文钺.冲压冶金学（基本原理）. 机械工业出版社，2009

[3] 陈裕川.钢制压力罐子冲压工艺控制技术. 北京：机械工业出版社，

2007

[4] 特种电子设备冲压控制技术.北京：机械工业出版社，2011