超大型复杂环锻件的研制

2020-11-09 16:00:12 山西中信重工 9

大型环锻件有着广泛的应用 ,其生产能力与技术水平是衡量一个国家的重工业发展水平与重大关键技术装备自给能力的主要标志之一 。我国十分重视大型环锻件制造业的发展 ,虽然40多年 来投入了大量的资金和人力使得该产业由小到大 ,从低到高发生了重要的变化 ,但到目前为止 ,国产大型环锻件的制造能力和技术水平与国外相比还有较大差距 。我公司为提高公司制造力度 ,提升市场应变能力 ,研制了妒9m超大型复杂环锻件。从尺寸来看是国内首次尝试 ,且试制达到了技术要求。妒9m超大型复杂环锻件的生产工艺为 :原材料采购 一 原材料检验 一 下料 一加热一制坯一轧环一热处理一检验一机加工 。

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1.原材料

采用42CrMoA钢锭 ,冶炼方法采用电炉+炉外精炼+真空脱气 。原材料化学成分 、表面质量及力学性能需满足一定要求,应进行检验 ,防止因原材料质量问题而影响后续的热加工。

2.锻造  

用G42180自动锯床机锯切下料 : 直径800mm,长1965mm连铸坯 ,重8000kg。采用 日RTD3000/3000/1500天然气炉加热钢锭 ,锻造时,加热过程是 一个十分重要的环节,可以提高坯料的塑性,降低变形抗力 ,使毛容易变形流动,能够顺利进行塑性变形 。钢在加热过程中要适当的在某一温度段保温。 因为坯料过大 ,在加热过程中表面和心部的温差较大 ,若不保温 ,会使材料内部产生较大的内应力 ,致使材料在锻造时或在后续热处理和机加工过程中产生裂纹而报废。采用60000km的YTD961600油压机对料进行锻造 。锻造制坯分两火完成 。第一火包括坯料一次镦粗至1000mm,以及一次坯料拔长1300mm。第二火包括坯料次镦粗至850mm】妒400mm冲头冲孔 ,冲孔偏心 ≤20mm。

3.轧环 

在RAM9000径轴向轧环机上进行轧制 ,初轧温 度 ≤1150℃ ,终轧温度 ≥850℃。 因为环件过大 ,为保证锻坯在轧制过程中有足够的塑性 ,初轧至~2400mm×1600mm×600mmI时 ,需回炉加热。然后第 二火轧制成9020mm× 8690mm X230mm。轧制过程 中密切关注工件的 变形情况 ,如发现表面出现 凹陷、拉皮及烧损等缺陷时 ,应立即停止轧制 ,待工件冷却 、修复处理后再重新加热 、轧制。轧制时 ,初轧温度偏始锻温度下限 。轧制前期 ,为消除偏心壁厚差,径向进给速度应小 ,轴向可不进给(因为此时环件温度偏高 ,晶粒度较大 ,塑性 变形对晶粒度影响较小 )。当温度降至终锻温度以上 (900~950℃ ),迅 速增加进给速度 ,径向、轴向同时轧制(此温度下产生的较大塑性变形 ,使晶粒在连续的局部剪切力作用下细化 ),当尺寸接近锻件尺寸时 ,降低进给量 ,最后只进行径向整圆。

4.热处理 

在9m×9m×3m的RTD一5000天然气热处理炉中对环件进行加热 ,按热处理调质曲线对环件进行调质处理 。热处理过程中应控制大锻件的淬火加热速度,以避免温差过大, 使内部原有缺陷 (如微裂纹、夹杂及疏松等)进一步扩大。在加热过程中 ,表面和心部会出现两次温差高峰 。第一次温差高峰出现在表面温度为600~ 700℃,这时锻件表面已进入塑性状态 ,而心部温度只有350~500℃,仍处于弹性状态 ,此时热应力较大,工件很容易在心部形成裂纹或使原有显微裂纹扩大 。故采用阶梯加热 ,在6000以下应控制加热速度 ,以减小表面与心部的温差,从而减小热应力。650℃附近进行保温 ,使表面与心部温度相近 。第二次温差高峰发生在表面温度为800℃附 近 ,此时心部温度为600℃或稍高 ,材料已进入塑性状态 ,温差热应力可得到明显松弛 ,工件开裂 、 变形的倾向很小 。大锻件淬火后应立即回火 ,中间停留一般不超过2~3h。一 方面是由于大锻件淬火后内应力大 ;另一方面 ,其心部在淬火后尚有未完全转变的过冷奥氏体 ,迅速将工件转入回火炉在低 温进行保持 ,可使心部继续冷却。

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环件表面的力学性能数值超过了研制指标 ,而心部的力学性能指标低于研制标 ,说明材料的力学性能由表及里呈递减趋势 ,其中屈服强度的衰减尤为显著。