垂直擠壓超高壓容器筒體的研制

馬榮青　許銳冰　白　箴(內蒙古北方重工業(yè)集團有限公司，內蒙古014033)

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垂直擠壓超高壓容器筒體的研制

馬榮青許銳冰白箴
(內蒙古北方重工業(yè)集團有限公司，內蒙古014033)

摘要:通過垂直擠壓方式生產(chǎn)超高壓容器筒體，可以提高材料利用率和生產(chǎn)效率。關鍵詞:超高壓容器筒體;垂直擠壓;力學性能

國內外超高壓容器筒體通常采用整體鍛造方法生產(chǎn)，根據(jù)不同規(guī)格大小一般采用空心和實心兩種鍛造方式?？招腻懺焓鞘紫仍阡撆髦写┛?，加熱后在孔心穿一芯軸，接著在水壓機上鍛造成所需尺寸的圓筒體，最后再進行機械加工［1］?？招腻懺旃に嚥僮麟y度大，對操作人員的技術水平要求很高，鍛造生產(chǎn)效率低。實心鍛造是將鋼錠先鍛造成實心棒材，再采用鏜孔的辦法加工出孔，這種方式材料利用率低，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。

熱擠壓技術就是對放在容器(擠壓筒)中的錠坯一端施加壓力，使之通過模孔成型，得到模孔形狀斷面管材的一種壓力加工方法。在整個熱擠壓過程中，具有比軋制更為強烈的三向壓應力狀態(tài)圖，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性［2］。金屬在擠壓過程中經(jīng)受三向壓應力，金相組織更加致密、均勻，細化晶粒，綜合力學性能、抗腐蝕性、抗疲勞性能更加優(yōu)良，特別適用于難成型材料的生產(chǎn)，同時適應于超高壓容器產(chǎn)品特點。

五年以來，360 MN黑色金屬垂直擠壓設備已經(jīng)成功應用于高強度合金鋼、高溫合金、鈦合金、不銹鋼、有色合金等厚壁無縫管的生產(chǎn)，積累了豐富的經(jīng)驗。超高壓容器產(chǎn)品也是我們集團公司的主要民品之一，已經(jīng)有近三十年的生產(chǎn)經(jīng)驗，產(chǎn)品主要包括人造石英晶體高壓釜、超高壓試驗裝置及超高壓鋼管等，同時也具備生產(chǎn)超高壓食品處理容器的能力。其中高壓釜產(chǎn)品市場占有率大，用戶認知度高，是代表產(chǎn)品之一。

依托擠壓技術優(yōu)勢和生產(chǎn)厚壁無縫管的成功經(jīng)驗，結合超高壓容器產(chǎn)品特點，創(chuàng)新地提出了用擠壓方式生產(chǎn)超高壓容器筒體的課題，經(jīng)過工藝研究、生產(chǎn)試制，成功地試制出垂直擠壓超高壓容器筒體。垂直擠壓方式生產(chǎn)超高壓容器筒體在國內尚屬首創(chuàng)，與鍛造方式相比，不僅能顯著提高生產(chǎn)效率，更為顯著的優(yōu)點是提高了材料利用率，降低了生產(chǎn)成本，以其產(chǎn)品組織致密、均勻、晶粒細小的特點，提升產(chǎn)品技術含量和市場競爭力。

1　研制技術要求

筒體鋼的化學成分要求見表1。常溫力學性能要求見表2。高溫力學性能要求見表3。金相檢驗要求見表4。各項檢測應符合Q/CNG15—2006《人造石英晶體高壓釜》及TSG R0002—2005《超高壓容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求。

2　研制過程

2．1工藝流程

筒體的制造工藝流程為:電爐冶煉( EF)→精煉( LF + VD)→電渣重熔→鋼錠加熱→表面預處

表1　筒體鋼化學成分要求(質量分數(shù)，%)Table 1　Requirements of chemical composition for vessel shell ( mass fraction，%)

表2　筒體鋼常溫力學性能要求Table 2　Requirements of mechanical property for vessel shell at room temperature

表3　筒體鋼高溫力學性能Table 3　Mechanical properties of vessel shell at high temperature

表4　筒體鋼金相檢驗要求Table 4　Requirements of metallographic examination for vessel shell

理→制坯→退火→粗加工→加熱→表面預處理→擠壓→退火→校正→粗加工→磁粉檢測→性能熱處理→超聲檢測→理化檢測→半精加工→超聲檢測→驗收。

2．2研制規(guī)格

選用具有代表性的高壓釜筒體進行試制，試制筒體粗加成品規(guī)格:外徑542 mm，內徑300 mm，長度6 000 mm。

2．3冶煉

按照擠壓試制筒體所需鋼錠規(guī)格尺寸以及Q/CNG15—2006《人造石英晶體高壓釜》對材料化學成分的要求，制定了合理的鋼錠冶煉、爐外精煉、電渣重熔工藝，提高鋼的純凈度，減少鋼中非金屬夾雜物，并嚴格控制了鋼中S、P、As、Sn、Sb、Bi等有害元素的含量。

2．4擠壓

具體確定擠壓工藝參數(shù)時，既要考慮擠壓產(chǎn)品所需達到的力學性能，還要注意擠壓工藝流程中各工序所起的作用和相互之間的影響因素。為此，合理地確定擠壓比，嚴格控制擠壓溫度和擠壓速度。其主要目的是盡可能少地產(chǎn)生變形熱使筒體毛坯擠后溫度過高影響鋼的晶粒度組織。

擠壓前的表面預處理非常重要，應給予足夠的重視。要將加熱的制坯表面上的氧化皮清理干凈，隨后均勻地噴涂玻璃潤滑劑。整個預處理過程應緊湊，在最短的時間內處理完，以免得產(chǎn)生過多的溫降。

2．5熱處理

為保證筒體管坯所需的力學性能及金相組織要求，筒體管坯熱處理采用了高溫正火+淬火+回火工藝。運用深冷淬火工藝提高淬火效果，改善淬火組織，增加淬透能力，并限制最低回火溫度，保持鋼具有足夠的強韌性。熱處理設備采用井式淬火爐，垂直吊掛，既保證了管坯受熱均勻、全長性能一致，又避免了管坯的變形。

3　研制結果

在擠壓筒體兩端壁厚1/2處取樣按試驗方法進行了各項性能檢測，其結果均符合技術要求。將檢測結果與鍛造筒體進行了對比分析?；瘜W成分檢測結果見表5。常溫力學性能檢測結果見表6。高溫力學性能檢測結果見表7。金相檢測結果見表8。

表5　筒體化學成分檢測結果(質量分數(shù)，%)Table 5　Tested results of chemical composition for vessel shell ( mass fraction，%)

表6　筒體常溫力學性能檢測結果Table 6　Tested results of mechanical property for vessel shell at room temperature

表7　擠壓筒體高溫力學性能試驗結果Table 7　Tested results of mechanical property for vessel shell at high temperature

表8　金相檢測結果Table 8　Tested results of metallographic examination

圖1　擠壓筒體晶粒度( 500×)Figure 1　 Grain size of vessel shell( 500×)

可以看出，筒體的實際化學成分不僅滿足技術要求，而且P、S等雜質元素得到了有效控制。常溫力學性能不僅滿足技術要求，而且筒體兩端拉伸性能幾乎沒有差別，表明整支筒體拉伸性能的均勻性好。沖擊值在筒體兩端截面上的差別不大，筒體的力學性能顯示出良好的均勻性。高溫力學性能、金相檢驗、超聲檢測結果均滿足技術要求，硬度較均勻。

擠壓時筒體坯料在三向壓應力狀態(tài)下變形更均勻，保證了厚壁超高壓筒體產(chǎn)品獲得較高的晶粒度( 8．0級)，見圖1。

將試制擠壓高壓釜筒體與鍛造方式制造的筒體進行成本對比分析，分析表明:前者的材料利用率比后者提高約12%，大大節(jié)約了產(chǎn)品原材料成本。

4　結論

通過垂直擠壓方式生產(chǎn)的超高壓容器筒體，各項性能檢測結果全部滿足要求。而且與傳統(tǒng)鍛造方式相比，擠壓得到的超高壓容器筒體的整體力學性能均勻，晶粒均勻細小。同時還能顯著提高生產(chǎn)效率，更為顯著的優(yōu)點是提高了材料利用率，從而能降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品技術含量和市場競爭力。

參考文獻

［1］邵國華，魏兆燦，等．超高壓容器［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2002，8．

［2］馬懷憲．金屬塑性加工學［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1989，2．

編輯杜青泉

Development of Ultra High Pressure Vessel Shell by Vertical Extrusion Method

Ma Rongqing，Xu Ruibing，Bai Zhen

Abstract:By means of vertical extrusion，the ultra high pressure vessel shell has been manufactured，so as to improve the material utilization and the production efficiency．

Key words:ultra high pressure vessel shell; vertical extrusion; mechanical property

收稿日期:2015—04—23

文獻標志碼:B

中圖分類號:TH49