压力容器用大型锥形环锻件自由锻造新工艺

付有余 孙 嫘

(中国第二重型机械集团公司锻造厂 ，四川618013)

石化工业等压力容器产品中，有一种上下直径不同的等壁厚锥形环锻件。随着压力容器设备向大型化发展，对这类锻件的性能提出了更严格的要求。锥形环锻件的成型属于大型异形锻件锻造，成形难度大。长期以来，我们一直采用将传统的直壁环形锻件机加工出锥形环锻件的工艺方法。这种方法不仅材料浪费极大，加工工时长，而且改变了锥形环锻件金属的纤维流线，筒体内外层相对致密的锻造区域也被机加工掉，造成锻件组织性能不佳，热处理工序压力增大。为此，我们针对热高压分离器设备过渡环锻件开展了一系列研究工作，着力实现锥形环整体异形锻造。

1 工艺方案比较

锥形环锻件的粗加工图见图1。根据新工艺设计的锻件图见图2，根据传统工艺设计的锻件图见图3。由此图算得锻件的锻件重量：G=53 t。

对以上两种工艺方案进行比较可知，新工艺设计的锥形环锻件与传统工艺设计的直壁环锻件相比，锻件重量减少29 t，可节约钢水约50 t。

2 大型锥形环锻件新工艺介绍

2.1 工艺过程

图1 锥形环锻件粗加工图Figure 1 The tapered ring's rough machining scheme

图2 新工艺锻件图Figure 2 The tapered ring forging scheme by the new method

图3 传统工艺锻件图Figure 3 The forging scheme by the conventional method

(a)第一火：压钳口、倒棱、下坯料

(b)第二火：镦粗、冲孔

(c)第三火：芯棒拔长、平整

(d)第四火：马杠扩孔、出成品图4 大型锥形环锻件的锻造工艺Figure 4 The new forging processes

大型锥形环锻件的锻造工艺见图4。

2.2 工艺分析

(1)工艺采用钢锭直接气割水冒口下料。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完全冲掉，通过对镦粗高度的控制，选取了较大的冲孔尺寸。

(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，形成带锥度的环。

2.3 技术难点

(1)锻件制坯尺寸的测算

准确计算锻件中间坯的尺寸，保证两端的变形量，制坯过程中仔细测量，确保按工艺尺寸下料。这是保证锻件尺寸的关键。

(2)中间坯的尺寸控制

采用上平、下V砧锻出带孔的锥形坯料难度是很大的。实际操作中必须使用芯棒进行局部拔长，并严格控制坯料的角度，才能保证两端的壁厚分配达到工艺要求。

(3)在扩孔过程中保证锥度

在扩孔过程中，由于受轴向伸长、坯料扭转等因素的影响，扩孔过程的锥度将很难保证，无论工艺或操作上都必须要有足够的措施加以保证。

2.4 工艺参数及操作要点

(1)为了使锻件组织均匀、枝晶破碎，除在炼钢和热处理方面采取措施外，在锻造过程中对锻比也进行了规定。

(2)以体积不变做为贯穿始终的计算基础，通过理论分析和数值模拟，分别确定大小端对轴向伸长量的贡献，在制坯时进行工艺参数补偿。

(3)锻造加热温度选为1 220～1 250℃。

3 结语

(1)生产实践验证，采用新开发的大型异形环锻件整体锻造工艺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。用该方法完全可以实现压力容器用大型锥形环锻件的锻造。

(2)大型锥形环锻件锻造过程中最关键的问题就是要确保锻件在扩孔过程中的锥度，这一要求贯穿了整个制坯和成形过程。

(3)大型锥形环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。

(4)大型锥形环锻件在成形过程中的扭转也是不容忽视的问题，必须采取特别措施予以控制。

(5)与直壁环锻件工艺方案相比，大型锥形环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，而且由于这种锻造方式使筒体纤维连续，因此使产品质量也得到了进一步提高。我们的实践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。