压力容器大型过渡段整体异形锻造方法与流程

本发明与压力容器大型过渡段整体异形锻造方法有关。

背景技术：
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大型锻件行业的发展水平是衡量一个国家综合国力的重要标志。近年来，我国的重型机械大型铸锻件行业发展很快，国家也非常重视大型锻件的自主创新和国产化。目前中国大锻件市场仍处于产能虽然过剩，但高档次、高质量的锻件产品仍然短缺的状态，锻造生产效率还处于全球较低水平。

在石油化工等压力容器产品中，有一段上下直径不同、等壁厚的过渡段锻件。随着压力容器设备高性能化及大规格尺寸要求的发展，对此类锻件的锻造生产也提出了更高更严格的要求。过渡段锻件的成型属于大型异形锻件整体锻造，成形难度大。长期以来，人们一直采用将此类锻件简化为一直壁环形锻件，再机加工出锥形的工艺方法。使用这种方法，材料浪费很大，加工工时很多，极不经济。不仅如此，传统的锻造方法，改变了金属的纤维流线，且筒体外层相对致密的锻造区域被白白加工掉，热处理工序压力增大。鉴于该类产品在容器中应用的普遍性及其重要性，对其锻造成形方法进行技术研究显得极为必要。

技术实现要素：
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本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种能减少原材料投入和机加工台时，缩短生产周期、降低成本、提高产品质量的压力容器大型过渡段整体异形锻造方法。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明压力容器大型过渡段整体异形锻造方法，该方法包括以下步骤：

1）压钳口、采用钢锭直接倒棱、下坯料：采用拔长制坯，使大、小端直径差尽量精确；

2）镦粗、冲孔：镦粗比≥2.5，扩孔≥2.5，冲孔时采用空心冲子，当筒体壁厚t与筒体垂直高度H₀为1：2.5时，平镦面上下全接触，变形率为20%，筒体不会严重失稳。但如果H₀/t≥3，而且用上砧逐段平镦，温度也较低，那就一定会出现失稳：内壁凹陷，外壁鼓出，两端面不规则增厚，端面上砧印明显，高低不平，锥度不平，锥度被严重破坏等一系列缺陷；

3）芯棒拔长、平整，使坯料的外形锥度达到工艺设计要求；

4）马杠扩孔、尺寸达到设计要求，出成品；

扩孔时，由于锻件两端直径的不同，翻转时会发生锻件扭转，使其轴线偏转而与马杠呈螺旋状翻滚现象，所以锻压时应随时校正筒体的扭转，或靠马架内壁倚靠力来纠正扭转角度，如果不矫偏就施压，则会出现筒体螺旋扩孔、端面弯曲、直径椭圆等弊病。马架开档B的计算公式为：

B=d_小·sinα+H/cosα+100

其中，d_小为锥形筒体小端内径，H为锥形筒体的高度；α为斜度；

除在筒体小直径端靠马架来矫偏外，在筒体大直径端即马架内侧放校扭垫块来进一步矫正筒体的扭转，校扭块的厚度为：

b=d_大sinα—100

其中，d_大为锥形筒体大端直径；α为斜度。

上述的方法中锻造时对直径和斜度的控制是依靠锻造前经计算后画在马架两侧的直径指示线来判断：

h=d_小cosα－d_芯或h`=H`－d_小cosα

g=d_大cosα－d_芯或g`=H`－d_大cosα

式中，d_芯为芯棒直径；h、h`、g、g`分别为用以衡量工件内径、外径的物理量：h和g是以马杠上平面L为基准朝下量的尺寸，h`和g`则是以压机工作台面为基准朝上量的尺寸；H`是指马杠上平面至压机工作台面的距离。

上述的方法中锻造温度为1220～1250℃。

本发明方法中：

（1）采用钢锭直接倒棱、气割水冒口下料。利用下料镦粗比和后续的坯料拔长、扩孔比来达到所需的锻比，从而达到均锻透压实、均匀变形的目的；

（2）冲孔时使用空心冲子，为了保证将钢锭水、冒口端的质量薄弱部位冲脱完全，通过对镦粗高度的控制，选取了较大的冲孔尺寸。大型过渡段锻件锻造中最关键的问题就是要确保在扩孔过程中锥度的控制，而保证锥度的实现贯穿了整个制坯和成形过程，大型过渡段锻件的制坯面积能否满足扩孔变形的需要也同样是决定锻件能否成功的关键，因此在制坯过程中必须严格监控，大型过渡段锻件在成形过程中的扭转也是不容忽视的问题，必须采取专门措施予以控制；

（3）以体积不变条件做为贯穿始终的工艺基本原理和计算基础，改变传统制坯观念，将扩孔前的中间坯设计为不等壁厚的带孔件，计算时忽略扩孔时沿轴向的金属流动，中间坯每一截面的金属分布按成品相应截面所需的金属进行分布，同时考虑火耗及锻造形状误差，让金属在扩孔过程中自然沿周向流动，形成带锥形的环；

（4）经实践验证，本发明大型异形环锻件整体锻造方法方案不仅成形效果良好，而且锻件各部分尺寸均能满足加工要求，探伤完全合格；

（5）与直壁环形锻件工艺方案相比，大型过渡段锻件工艺方案不仅减少了原材料投入和机加工台时，缩短了生产周期，降低了成本，同时因这种锻造方式使筒体纤维连续，因此产品质量也得到了进一步提高。充分证明了这种工艺方案兼具经济性和实用性，具有推广价值。

由传统方法过渡段直壁环形锻件锻件图算得锻件的锻件重量：G=53t。

所用钢锭：87t两支(一锭出一件)。

对以上传统方案和本发明异形环锻件整体锻造方法方案进行综合比较分析，两种锻造方法明显在以下几方面有很大区别，具体情况见下表1：

表1：过渡段锥形锻件与直壁环锻件主要区别

从上表可以看出：两件过渡段锥形锻件与直壁环形锻件相比锻件重量减少58t、所用钢锭减少93t。选择过渡段锥形锻件设计方案，不但减少了原材料，而且降低了成本，经济效益可观。

附图说明：

图1为过渡段加工图。

图2为过渡段锥形锻件锻件图。

图3为采用传统方法过渡段直壁环形锻件锻件图。

图4为过渡段拔长下坯料示意图。

图5为过渡段镦粗、冲孔示意图。

图6为芯棒拔长、平整示意图。

图7为马杠扩孔示意图。

图8为过渡段锥形锻件作业时控制线位置示意图。

具体实施方式：

参见图1、图2、图4～图8，本实施例压力容器大型过渡段整体异形锻造方法，包括以下步骤：

1、压力容器大型过渡段整体异形锻造方法，该方法包括以下步骤：

1）压钳口、采用钢锭直接倒棱、下坯料（参见图4）：采用拔长制坯，使大、小端直径差尽量精确；

2）镦粗、冲孔（参见图5）：锻造温度为1220～1250℃，镦粗比≥2.5，扩孔比≥2.5，冲孔时采用空心冲子，当筒体壁厚t与筒体垂直高度H₀为1：2.5时，平镦面上下全接触，变形率为20%，筒体不会严重失稳。但如果H₀/t≥3，而且用上砧逐段平镦，温度也较低，那就一定会出现失稳：内壁凹陷，外壁鼓出，两端面不规则增厚，端面上砧印明显，高低不平，锥度不平，锥度被严重破坏等一系列缺陷；

3）芯棒拔长、平整，使坯料的外形锥度达到工艺设计要求（参见图6）；

4）马杠扩孔、尺寸达到设计要求，出成品（参见图7）：

扩孔时，由于锻件两端直径的不同，翻转时会发生锻件扭转，使其轴线偏转而与马杠呈螺旋状翻滚现象，所以锻压时应随时校正筒体的扭转，或靠马架内壁倚靠力来纠正扭转角度；如果不矫偏就施压，则会出现筒体螺旋扩孔、端面弯曲、直径椭圆等弊病。马架开档B的计算公式为：

B=d_小·sinα+H/cosα+100

其中，d_小为锥形筒体小端内径，H为锥形筒体的高度；α为斜度；

在筒体小直径端靠马架来矫偏外，在筒体大直径端即马架内侧放校扭垫块来进一步矫正筒体的扭转，校扭块的厚度为：

b=d_大sinα—100

其中，d_大为锥形筒体大端直径；α为斜度。

上述的锻造时对直径和斜度的控制是依靠锻造前经计算后画在马架两侧的直径指示线来判断（参见图8）：

h=d_小cosα－d_芯或h`=H`－d_小cosα

g=d_大cosα－d_芯或g`=H`－d_大cosα

式中，d_芯为芯棒直径；h、h`、g、g`分别为用以衡量工件内径、外径的物理量：h和g是以马杠上平面L为基准朝下量的尺寸、h`和g`则是以水压机工作台面为基准朝上量的尺寸；H`是指马杠上平面至压机工作台面的距离。

本实施例根据零件的加工图（见图1），锻件图（见图5）的简化遵循最小包容原则，并设计为一等壁厚的过渡段锻件，同时考虑锻造余量，设计出大型过渡段锻件的锻件图如图2所示：

由锻件图算得锻件的锻件重量：G=24t

所用钢锭：81t一支(一锭出两件)

本实施例按照传统工艺方法将此过渡段锻件毛坯简化为直壁环形件，同时充分考虑锻造余量，设计的锻件图如图3所示：

将本发明大型过渡段锻件工艺方法与传统的工艺方法的经济效益进行了对比分析，详见表2。从表中可知仅是此次采用新工艺方案生产的两件过渡段就比常规工艺方法节约钢水成本127.15万元、减少机加台时200多小时。

表2：过渡段锻件经济效益分析

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的保护范围。