壓力容器用大型錐形環(huán)鍛件自由鍛造新工藝

付有余 孫 嫘

(中國第二重型機械集團公司鍛造廠 ，四川618013)

石化工業(yè)等壓力容器產(chǎn)品中，有一種上下直徑不同的等壁厚錐形環(huán)鍛件。隨著壓力容器設備向大型化發(fā)展，對這類鍛件的性能提出了更嚴格的要求。錐形環(huán)鍛件的成型屬于大型異形鍛件鍛造，成形難度大。長期以來，我們一直采用將傳統(tǒng)的直壁環(huán)形鍛件機加工出錐形環(huán)鍛件的工藝方法。這種方法不僅材料浪費極大，加工工時長，而且改變了錐形環(huán)鍛件金屬的纖維流線，筒體內(nèi)外層相對致密的鍛造區(qū)域也被機加工掉，造成鍛件組織性能不佳，熱處理工序壓力增大。為此，我們針對熱高壓分離器設備過渡環(huán)鍛件開展了一系列研究工作，著力實現(xiàn)錐形環(huán)整體異形鍛造。

1 工藝方案比較

錐形環(huán)鍛件的粗加工圖見圖1。根據(jù)新工藝設計的鍛件圖見圖2，根據(jù)傳統(tǒng)工藝設計的鍛件圖見圖3。由此圖算得鍛件的鍛件重量：G=53 t。

對以上兩種工藝方案進行比較可知，新工藝設計的錐形環(huán)鍛件與傳統(tǒng)工藝設計的直壁環(huán)鍛件相比，鍛件重量減少29 t，可節(jié)約鋼水約50 t。

2 大型錐形環(huán)鍛件新工藝介紹

2.1 工藝過程

圖1 錐形環(huán)鍛件粗加工圖Figure 1 The tapered ring's rough machining scheme

圖2 新工藝鍛件圖Figure 2 The tapered ring forging scheme by the new method

圖3 傳統(tǒng)工藝鍛件圖Figure 3 The forging scheme by the conventional method

(a)第一火：壓鉗口、倒棱、下坯料

(b)第二火：鐓粗、沖孔

(c)第三火：芯棒拔長、平整

(d)第四火：馬杠擴孔、出成品圖4 大型錐形環(huán)鍛件的鍛造工藝Figure 4 The new forging processes

大型錐形環(huán)鍛件的鍛造工藝見圖4。

2.2 工藝分析

(1)工藝采用鋼錠直接氣割水冒口下料。利用下料鐓粗比和后續(xù)的坯料拔長、擴孔比來達到所需的鍛比，從而達到鍛透壓實、均勻變形的目的。

(2)沖孔時使用空心沖子。為了保證將鋼錠水、冒口端的質(zhì)量薄弱部位完全沖掉，通過對鐓粗高度的控制，選取了較大的沖孔尺寸。

(3)以體積不變條件做為貫穿始終的工藝基本原理和計算基礎，改變傳統(tǒng)制坯觀念，將擴孔前的中間坯設計為不等壁厚的帶孔件。計算時忽略擴孔時沿軸向的金屬流動，中間坯每一截面的金屬分布按成品相應截面所需的金屬進行分布，同時考慮火耗及鍛造形狀誤差，讓金屬在擴孔過程中自然沿周向流動，形成帶錐度的環(huán)。

2.3 技術難點

(1)鍛件制坯尺寸的測算

準確計算鍛件中間坯的尺寸，保證兩端的變形量，制坯過程中仔細測量，確保按工藝尺寸下料。這是保證鍛件尺寸的關鍵。

(2)中間坯的尺寸控制

采用上平、下V砧鍛出帶孔的錐形坯料難度是很大的。實際操作中必須使用芯棒進行局部拔長，并嚴格控制坯料的角度，才能保證兩端的壁厚分配達到工藝要求。

(3)在擴孔過程中保證錐度

在擴孔過程中，由于受軸向伸長、坯料扭轉(zhuǎn)等因素的影響，擴孔過程的錐度將很難保證，無論工藝或操作上都必須要有足夠的措施加以保證。

2.4 工藝參數(shù)及操作要點

(1)為了使鍛件組織均勻、枝晶破碎，除在煉鋼和熱處理方面采取措施外，在鍛造過程中對鍛比也進行了規(guī)定。

(2)以體積不變做為貫穿始終的計算基礎，通過理論分析和數(shù)值模擬，分別確定大小端對軸向伸長量的貢獻，在制坯時進行工藝參數(shù)補償。

(3)鍛造加熱溫度選為1 220～1 250℃。

3 結語

(1)生產(chǎn)實踐驗證，采用新開發(fā)的大型異形環(huán)鍛件整體鍛造工藝方案不僅成形效果良好，而且鍛件各部分尺寸均能滿足加工要求，探傷完全合格。用該方法完全可以實現(xiàn)壓力容器用大型錐形環(huán)鍛件的鍛造。

(2)大型錐形環(huán)鍛件鍛造過程中最關鍵的問題就是要確保鍛件在擴孔過程中的錐度，這一要求貫穿了整個制坯和成形過程。

(3)大型錐形環(huán)鍛件的制坯面積能否滿足擴孔變形的需要也同樣是決定鍛件能否成功的關鍵，因此在制坯過程中必須嚴格監(jiān)控。

(4)大型錐形環(huán)鍛件在成形過程中的扭轉(zhuǎn)也是不容忽視的問題，必須采取特別措施予以控制。

(5)與直壁環(huán)鍛件工藝方案相比，大型錐形環(huán)鍛件工藝方案不僅減少了原材料投入和機加工臺時，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，而且由于這種鍛造方式使筒體纖維連續(xù)，因此使產(chǎn)品質(zhì)量也得到了進一步提高。我們的實踐充分證明了這種工藝方案兼具經(jīng)濟性和實用性，具有推廣價值。