专利名称：锻造特大型管板的新工艺方法
技术领域：
本发明涉及压力容器管板锻造技术领域，一种锻造特大型管板的新工艺方法。
背景技术：
目前，大型压力容器其生产制造所用的管板锻件，在国民经济发展中占据着十分重要的地位，一方面这类产品主要用于关系国计民生的化学工业、能源工业等部门；另一方面由于多数用于高温高压环境中，产品质量的优劣直接关系到人民的生命财产安全。为此，国家对产品质量的检测制定了严格的检测方法及验收标准。如何满足管板锻件的质量要求，成为各探索和研究的目标。
管板锻件主要以探伤密集性缺陷及底波降低量超标的形式而导致报废，废品率在10％～25％，有的高达40％～50％。随着市场需求的扩大，提高产品质量的可靠性、降低废品率显得十分迫切。综合管板废品的原因分析，主要有1、夹杂性裂纹，主要是由于钢中夹杂物引起；2、锻造过程中产生“RST”效应，即锻造过程中变形区刚性区相交导致金属间撕裂3、钢中氢含量过高，热处理未充分扩氢而产生“白点”。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种锻造特大型管板的新工艺方法，可对特大型管板的钢中夹杂物的变形、分布进行有针对性、有目的的控制，避免形成大面积的片状密集缺陷，提高产品质量的可靠性、降低废品率。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案所述的锻造特大型管板的新工艺方法，控制钢中夹杂物的形貌变化及防止夹杂裂纹的出现；在管板用钢中主要夹杂物为硫化物和硅酸盐，利用它们在热加工成形温度范围内具有较好的塑性，使夹杂物作为刚性体参与到金属的流动中去，减少夹杂物本身的变形；其变形工艺为钢锭镦粗-WHF锻造法拔长下料—坯料预镦粗—旋压变形—滚锻外圆—继续旋压到一定尺寸—入炉加热到一定时间后空冷到一定温度—旋压成形，其具体工艺步聚如下1)、钢锭镦粗及WHF锻造法拔长下料首先压钳口，倒棱，锉钢锭尾巴；然后钢锭镦粗，再用WHF宽砧强力压下锻造法拔长下料，一般选择WHF拔长比≥2为宜；控制钢锭镦粗后的拔长比，保证坯料在此阶段充分锻透，使以后的变形工序不再承担金属的锻透作用。
2)、坯料预镦粗镦粗至一定高度，通过控制坯料的高径比，避免在锻造过程中产生RST刚性滑动撕裂效应；满足高度与直径之比≥1；3)、旋压成形阶段的工艺控制要点旋压镦粗至一定高度，控制直径与高度之比≤3.5，控制变形过程中的进砧量和压下量工艺参数，能够有效改善钢中夹杂物的分布状况，提高变形的均匀性；a、旋压过程中严格控制进砧量和压下量其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，在造成坯料的局部变形并在局部变形的情况下，根据最小阻力定律，金属基本以局部整体流动为主避，从而避免了片状密集缺陷；坯料中心很高的静水压力大大减少形成片状夹杂物缺陷的倾向；b、旋压变形过程中需翻转180°一次，保证了管板变形的均匀性。
4)、滚锻外圆其变形量为15％，平整其端面，修复在变形中趋于片状的夹杂物，利用夹杂物的强度在高温状态下一般小于基体这一特点，通过滚锻外圆最大程度地改善已变形趋于片状的夹杂物。
5)、第二次镦粗旋压镦粗至一定高度，其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，旋压变形过程中需再翻转180°一次。
6)、保温后镦粗成型中间入炉在高温下保温，通过加热工序采用高温扩散来修复晶间缺陷，减轻钢中偏析及扩散钢中氢气，有利于减轻显微偏析和扩散钢中氢气，并部分地改善枝晶间界的性质，为后续变形创造有利条件，同时通过高温状态下分子的运动，有效改进坯料的偏析，对于微小裂纹通过扩散得到修复有良好效果；出炉后空冷至一定温度，经旋压镦粗、修整、出成品，为下个变形工序和热处理工序提供了有利条件。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下优越性该锻造特大型管板的新工艺方法，由于通过对管板锻件废品的产生原因进行解剖分析，掌握了缺陷的性质、位置及形状，从而优化了管板的锻造工艺，制定出相应的工艺方案，采用了控制钢中夹杂物的形貌及防止夹杂裂纹的出现，满足超声波探伤标准的要求，是锻造工艺的主要因素，也是锻造工艺方案考虑的主要内容；管板用钢中主要夹杂物为硫化物和硅酸盐，利用它们在热加工成形温度范围内具有较好的塑性，使夹杂物作为刚性体参与到金属的流动中去，减少夹杂物本身的变形。
有效地控制夹杂物形貌转变，防止夹杂物成为片状裂纹的产生，从而有针对性地避免、改善钢中夹杂物引起的夹杂性裂纹，缺陷的产生，克服了锻造过程中产生“RST”效应，即锻造过程中，变形区刚性区相交导致金属间撕裂，控制热处理未充分扩氢而产生“白点”。满足管板探伤要求，提高了锻件合格率，降低了损失，对钢中夹杂物的变形、分布进行了有针对性、有目的的控制，避免了形成大面积的片状密集缺陷。经过实践验证，采用这种工艺方案生产的特大型管板锻件合格率超过95％，内部质量完全满足探伤标准要求，取得了良好的社会效益和经济效益。
具体实施例方式该锻造特大型管板的新工艺方法，是根据研究管板废品的原因，对探伤报废的两块管板进行全面解剖分析；管板材料为20MnMo，尺寸为Φ1420×165、Φ2000×320的探伤显示位于管板中心部位2/3直径范围内存在大量片状密集缺陷，底波降低严重超标，高度方向上，缺陷位于高度的1/2部位；解剖后，根据高低倍分析发现，在垂直于变形方向存在着大量片状夹杂物，并层层相叠；这种性质的缺陷既影响探伤结果，也影响了零件的各向机械性能，造成抗拉强度、断面收缩率、冲击值的方向性差异。
通过对管板锻件废品的解剖分析，基本掌握了缺陷存在的位置、形状、性质，针对缺陷情况的特征，制定出了相适合的锻造工艺方案，控制钢中夹杂物的形貌变化及防止夹杂裂纹的出现；在管板用钢中主要夹杂物为硫化物和硅酸盐，利用它们在热加工成形温度范围内具有较好的塑性，使夹杂物作为刚性体参与到金属的流动中去，减少夹杂物本身的变形；其变形工艺为钢锭镦粗——WHF锻造法拔长下料——坯料预镦粗——旋压变形——滚锻外圆——继续旋压到一定尺寸——入炉加热到一定时间后空冷到一定温度——旋压成形，其具体工艺方法如下1)、钢锭镦粗及WHF锻造法拔长下料首先压钳口，倒棱，锉钢锭尾巴；然后将钢锭锻打镦粗，控制钢锭镦粗后的及WHF宽砧强力压下锻造法拔长下料的拔长比，保证坯料在此阶段充分锻透，使以后的变形工序不再承担金属的锻透作用，一般选择WHF拔长比≥2为宜，满足坯料的锻透效果，使后续工序不再承担锻透金属的作用，是WHF锻造法拔长下料工序的主要目的。
2)、坯料预镦粗然后坯料逐步达到预镦粗，镦粗至一定高度，通过控制坯料的高径比，满足高度与直径之比≥1，避免在锻造过程中产生RST刚性滑动撕裂效应。
3)、旋压成形阶段的工艺控制要点旋压镦粗至一定高度，控制直径与高度之比≤3.5，控制变形过程中的进砧量和压下量工艺参数，能够有效改善钢中夹杂物的分布状况，提高变形的均匀性；a、旋压过程中严格控制进砧量和压下量其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，在造成坯料的局部变形并在局部变形的情况下，根据最小阻力定律，金属基本以局部整体流动为主避，从而避免了片状密集缺陷；坯料中心很高的静水压力大大减少形成片状夹杂物缺陷的倾向；b、旋压变形过程中需翻转180°一次，保证了管板变形的均匀性。
经旋压变形有目的的控制变形过程中的进砧量和压下量等工艺参数，能够有效改善钢中夹杂物的分布状况，提高变形的均匀性；旋压变形是整个工艺方案的核心部分。
4)、滚锻外圆其变形量为15％，平整其端面，修复在变形中趋于片状的夹杂物，利用夹杂物的强度在高温状态下一般小于基体这一特点，通过滚锻外圆最大程度地改善已变形趋于片状的夹杂物，能够修复在变形中趋于片状的夹杂物，是工艺过程中重要的工序。
5)、第二次镦粗旋压镦粗至一定高度，其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，旋压变形过程中需再翻转180°一次。
6)、保温后镦粗成型最后中间入炉加热工序在高温下保温，通过加热工序采用高温扩散来修复晶间缺陷，减轻钢中偏析及扩散钢中氢气，有利于减轻显微偏析和扩散钢中氢气，并部分地改善枝晶间界的性质，为后续变形创造有利条件，同时通过高温状态下分子的运动，有效改进坯料的偏析，对于微小裂纹通过扩散得到修复有良好效果；出炉后空冷至一定温度，经旋压镦粗、修整、出成品，为下个变形工序和热处理工序提供了有利条件。
按以上工艺方案生产的特大型管板锻件有效地控制夹杂物形貌转变，防止夹杂物成为片状裂纹的产生，其合格率超过95％，内部质量完全满足超生波探伤的标准要求。
权利要求
1.一种锻造特大型管板的新工艺方法，控制钢中夹杂物的形貌变化及防止夹杂裂纹的出现；在管板用钢中主要夹杂物为硫化物和硅酸盐，利用它们在热加工成形温度范围内具有较好的塑性，使夹杂物作为刚性体参与到金属的流动中去，减少夹杂物本身的变形；其特征在于其变形工艺为钢锭镦粗-WHF锻造法拔长下料—坯料预镦粗—旋压变形—滚锻外圆—继续旋压到一定尺寸—入炉加热到一定时间后空冷到一定温度—旋压成形。
2.如权利要求1所述的锻造特大型管板的新工艺方法，其特征在于其具体工艺如下1)、钢锭镦粗及WHF锻造法拔长下料首先压钳口，倒棱，锉钢锭尾巴；然后钢锭镦粗，再用WHF宽砧强力压下锻造法拔长下料，一般选择WHF拔长比≥2为宜；控制钢锭镦粗后的拔长比，保证坯料在此阶段充分锻透，使以后的变形工序不再承担金属的锻透作用；2)、坯料预镦粗镦粗至一定高度，通过控制坯料的高径比，避免在锻造过程中产生RST刚性滑动撕裂效应；满足高度与直径之比≥1；3)、旋压成形阶段的工艺控制要点旋压镦粗至一定高度，控制直径与高度之比≤3.5，控制变形过程中的进砧量和压下量工艺参数，能够有效改善钢中夹杂物的分布状况，提高变形的均匀性；a、旋压过程中严格控制进砧量和压下量其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，在造成坯料的局部变形并在局部变形的情况下，根据最小阻力定律，金属基本以局部整体流动为主避，从而避免了片状密集缺陷；坯料中心很高的静水压力大大减少形成片状夹杂物缺陷的倾向；b、旋压变形过程中需翻转180°一次，保证了管板变形的均匀性；4)、滚锻外圆其变形量为15％，平整其端面，修复在变形中趋于片状的夹杂物，利用夹杂物的强度在高温状态下一般小于基体这一特点，通过滚锻外圆最大程度地改善已变形趋于片状的夹杂物；5)、第二次镦粗旋压镦粗至一定高度，其压下量控制为压前高度的15％，进砧量控制为压后高度的一半，旋压变形过程中需再翻转180°一次；6)、保温后镦粗成型中间入炉在高温下保温，通过加热工序采用高温扩散来修复晶间缺陷，减轻钢中偏析及扩散钢中氢气，有利于减轻显微偏析和扩散钢中氢气，并部分地改善枝晶间界的性质，为后续变形创造有利条件，同时通过高温状态下分子的运动，有效改进坯料的偏析，对于微小裂纹通过扩散得到修复有良好效果；出炉后空冷至一定温度，经旋压镦粗、修整、出成品，为下个变形工序和热处理工序提供了有利条件。
全文摘要
本发明涉及压力容器管板锻造技术领域，一种锻造特大型管板的新工艺方法，控制钢中夹杂物的形貌变化及防止夹杂裂纹的出现；在管板用钢中主要夹杂物为硫化物和硅酸盐，利用它们在热加工成形温度范围内具有较好的塑性，使夹杂物作为刚性体参与到金属的流动中去，减少夹杂物本身的变形；其变形工艺为钢锭镦粗—WHF锻造法拔长下料—坯料预镦粗—旋压变形—滚锻外圆—继续旋压到一定尺寸—入炉加热到一定时间后空冷到一定温度—旋压成形，可对特大型管板的钢中夹杂物的变形、分布进行了有针对性、有目的的控制，避免形成大面积的片状密集缺陷，提高产品质量的可靠性、降低废品率。
文档编号B21J5/06GK1748935SQ20051001807
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者许树森, 史宇麟, 陈钢, 禹兴胜, 黄国军 申请人:中信重型机械公司