CN104607578A - 不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法 - Google Patents

不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其步骤为:先将中间坯设计成靠近内壁处具有凸台的异形环坯;再根据等体积原则计算出异形环坯的各个尺寸;根据异形环坯的形状及尺寸设计专用模具;再将不锈钢棒材加热到变形温度后,经镦粗、冲孔、预轧,并在专用模具的作用下制备成异形环坯;将该异形环坯重新加热至变形温度,并配合合适的轧制参数,将异形环坯轧制成厚壁环锻件。该方法,能够有效地解决厚壁环锻件轧制过程中出现的凹槽、折叠等缺陷,提高厚壁环锻件的轧制质量。该方法用于厚壁环锻件的轧制成形。

Description

不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法,特别是涉及了不锈钢厚壁环锻件的轧 制成形方法。
背景技术
[0002] 环件的轧制成形是指在主辊和芯辊轧制力的作用下,壁厚减小,内外径增大的塑 性成形方式。这种成形方式在生产厚壁环锻件时,靠近环件内壁和外壁的金属材料的流动 速度要高于中间部位金属材料的流动速度,而且壁厚越大,两者之间的差异也越大,如果采 用矩形环坯轧制成形时,会导致成形后的厚壁环锻件的上端面出现凹槽,即靠近外壁部分 和靠近内壁部分的高度要大于中间部分的高度。
[0003] 目前,这类环件缺陷的解决方法通常有两种:一是放大锻件高度方向尺寸,然后机 加车除端面凹槽或者折叠的方法;二是加大锥辊的下压速度,防止靠近内壁和外壁两侧的 高度增长过快。第一种方法会破坏锻件端面的金属流线,降低环件的强度,而且浪费材料。 第二种方法虽然内壁和外壁两侧的高度增长得到了抑制,却也容易使过量的金属材料流向 内壁和外壁两侧上端,并在此处积压形成折叠;而且如果锥辊的下压速度过快,还会使锻件 端面出现严重的温升现象,严重影响锻件质量。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种采用靠近内壁处具有凸台的异形环坯成形 为厚壁环锻件的方法,该方法能够避免锻件端面出现凹槽或折叠等缺陷,并且提高环件的 性能和材料利用率。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明所述不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其技术方 案包括以下步骤:
[0006] 把按规格下料的不锈钢棒材在锻造加热炉内加热到1140°C〜1180°C的变形温 度,镦粗、冲孔、预轧成矩形环坯;
[0007] 把矩形环坯放在压力机的砧板上,再将专用模具均匀放在矩形环坯上,以F = 400KN〜3800KN的下压力驱动压锤向下移动,并将矩形环坯压成所需异形环坯,其中,异形 环坯的外壁高度h/j、于厚壁环锻件的高度h,异形环坯的内壁高度h 2要大于厚壁环锻件的 高度h ;异形环坯的凸台上端面厚度d2是异形环坯总厚度d ^勺0. 25〜0. 35倍,下端面厚 度d3要大于或等于0. 4倍异形环坯的总厚度d 1;
[0008] 将异形环坯重新加热到1140 °C〜1180°C的变形温度后装入环轧机,设定主辊转 速为I. Orad/s、锥棍转速为0. 9rad/s,当异形环还被咬入进行乳制后,控制径向乳制力为 300KN〜2800KN、轴向轧制力为220KN〜2600KN,分别驱动主辊以V 1 = 2. 00mm/s〜4. OOmm/ s径向进给速度、锥棍以V2= I. 10mm/s〜2. 20mm/s的轴向进给速度进行乳制成形;
[0009] 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件所需尺寸;控制锥辊不 再向下作进给运动,调整径向进给速度为0. 40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形,最终 成形为矩形的厚壁环锻件。
[0010] 所述主辊的径向进给速度V1和锥辊的轴向进给速度V 2满足关系如下:
[0011]
Figure CN104607578AD00041
[0012] 式中吨异形环坯的总厚度、h2为异形环坯内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h 厚壁环锻件的高度。
[0013] 所述专用模具的上、下两端分别设计了形状相同、尺寸不同的两个模具型腔。
[0014] 所述不锈钢为ICrllNi2W2MoV合金。
[0015] 与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0016] 本发明所述不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,通过采用靠近内壁处具有凸台的 异形环坯成形为厚壁环锻件,该异形环坯的优点在于,终轧成形的时候,异形环坯外壁的上 端是一个放空状态,不受外力作用,在轧制力的作用下,金属材料除了部分金属材料会沿切 线方向流动,使环件的内径、外径增大,壁厚减小外,还有一部分金属材料会沿轴向和径向 流动,填充异形部分的空腔,而不会在内壁和外壁两侧上端处积压形成折叠。而且经计算, 该异形环坯轧制成厚壁环锻件,其变形量为30 %〜50 %,能够满足变形量要求。
[0017] 本方法采用主棍以V1= 2. 00mm/s〜4. 00mm/s径向进给速度、锥棍Wv2= I. IOmm/ s〜2. 20mm/s的轴向进给速度的进给方式,使他们满足公式
Figure CN104607578AD00042
1保证当外径尺寸 达到要求尺寸时,异形部分刚好被填充完整,避免了径向进给速度和轴向进给速度不匹配 而形成的缺陷,如径向进给速度过快导致异形部分填充不满等缺陷,或者轴向进给速度过 快而导致出现折叠或凹槽等缺陷。而且主棍的径向进给速度为V 1= 2. 00mm/s〜4. OOmm/ s、锥棍轴向进给速度为V2= I. 10mm/s〜2. 20mm/s不会造成温升现象。
[0018] 以牌号为lCrllNi2W2MoV的不锈钢厚壁环锻件为例:
[0019] 经检测该合金厚壁环锻件无凹槽、折叠等表面缺陷。
[0020] 经检测该合金厚壁环锻件的室温拉伸性能,其抗拉强度为1050MPa〜1060MPa (大 于设计使用要求的1〇2610^),伸长率为0.2%时的屈服强度为95010^〜96010^(大于设计 使用要求的841MPa),断后伸长率为17%〜18% (大于设计使用要求的9% ),断面收缩率 为71%〜73%(大于设计使用要求的40%),布氏硬度为321耶〜325耶(满足设计使用 要求的311HB〜388HB)。
[0021] 经检测该合金厚壁环锻件的高温拉伸持久试验的检测结果也均符合技术条件要 求。
[0022] 上述理化检测结果表明,采用改进后的中间坯轧制成形的lCrllNi2W2MoV厚壁环 锻件各项性能指标均符合要求,解决了端面凹坑、折叠等缺陷,并且其力学性能和组织性能 达到了厚壁环件的使用要求。
附图说明
[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0024] 图1是中间坯压型过程示意图。
[0025] 图2是中间坯的结构示意图。
[0026] 图3是专用模具的结构示意图。
[0027] 图4是轧制过程中中间坯的截面变化示意图。
[0028] 图5是厚壁环锻件结构示意图。
具体实施方式
[0029] 实施本发明所述的不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法需要提供锻造加热炉、压力 机、乳环机、机械手等设备。下面以我国材料牌号为lCrllNi2W2M 〇V的不锈钢为例来详细说 明该方法的具体实施方式:
[0030] 该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含C量0· 10%〜0· 16%、含Cr量 10. 50% 〜12. 00%、含 Ni 量 L 40% 〜L 80%、含 W 量 L 50% 〜2. 00%、含 Mo 量 0· 35% 〜 0· 50%、含 V 量 0· 18% 〜0· 30%、含 Mn 量彡 0· 60%、含 Si 量彡 0· 60%、含 S 量彡 0· 025%、 含P量< 0. 030%、余量为Fe。
[0031] 本方法的步骤如下:
[0032] 步骤1:制备中间坯
[0033] 把按规格下料的lCrllNi2W2MoV合金棒材在锻造加热炉内加热到1140°C〜 1180°C的变形温度,镦粗、冲孔、预轧成矩形环坯。
[0034] 把矩形环坯放在压力机的砧板300上,再将专用模具200均匀放在矩形环坯上,如 图1所示,以F = 400KN〜3800KN的下压力驱动压锤400向下移动,并将矩形环坯压成所 需异形环还100。
[0035] 由于厚壁环锻件500的尺寸是已知的,根据等体积原则,可以将异形环坯100设计 成如图2所示结构,其中,异形环坯100的外壁高度h/j、于厚壁环锻件500的高度h,异形 环坯100的内壁高度h2要大于厚壁环锻件500的高度h ;异形环坯100的凸台上端面厚度 d2是异形环还100总厚度d 0. 25〜0. 35倍,下端面厚度d 3要大于或等于0. 4倍异形环 坯100的总厚度Cl1。
[0036] 图3为制备中间坯100的专用模具200结构示意图。专用模具200的上、下两端 分别设计了形状相同、尺寸不同的模具型腔201和202,用于轧制不同规格的厚壁环锻件。
[0037] 步骤2:终轧成形
[0038] 将异形环坯100重新加热到1140°C〜1180°C的变形温度后装入环轧机,设定主辊 转速为I. 〇rad/s、锥棍转速为0. 9rad/s,当异形环还100被咬入进行乳制后,控制径向乳制 力为300KN〜2800KN、轴向轧制力为220KN〜2600KN,分别驱动主辊以V 1= 2. 00mm/s〜 4. 00mm/s径向进给速度、锥棍Wv2= I. 10mm/s〜2. 20mm/s的轴向进给速度进行乳制成形, 其中,主辊的径向进给速度V1和锥辊的轴向进给速度V 2满足关系如下:
[0039]
Figure CN104607578AD00051
[0040] 式中吨异形环坯的总厚度、h2为异形环坯内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h 厚壁环锻件的高度。
[0041] 在主辊和芯辊的配合下,异形环坯100如同处于一个半封闭式的型腔中,异形环 坯100靠近外壁处的上端面是一个放空状态,不受外力作用,在轧制过程中,异形环坯100 在径向轧制力以及施加在内壁处凸台上端的轴向轧制力的作用下,除了部分金属材料会沿 切线方向流动,使环件的内径、外径增大,壁厚减小外,还有一部分金属材料会沿轴向和径 向流动,填充异形部分的空腔,其填充过程如图4所示。
[0042] 步骤3:校圆、整形
[0043] 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件500所需尺寸;控制锥 辊不再向下作进给运动,调整径向进给速度为〇. 40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形, 最终成形为矩形的厚壁环锻件500,如图5所示。
[0044] 采用上述方法轧制成形的lCrllNi2W2MoV合金厚壁环锻件,其高厚比在0. 5〜1. 2 之间。

Claims (5)

1. 一种不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其特征在于,包括以下步骤: 把按规格下料的不锈钢棒材在锻造加热炉内加热到1140 °C〜1180 °C的变形温度,镦 粗、冲孔、预轧成矩形环坯; 把矩形环坯放在压力机的砧板上,再将专用模具均匀放在矩形环坯上,以F= 400KN〜 3800KN的下压力驱动压锤向下移动,并将矩形环坯压成所需异形环坯,其中,异形环坯的外 壁高度4小于厚壁环锻件的高度h,异形环坯的内壁高度h2要大于厚壁环锻件的高度h;异 形环坯的凸台上端面厚度d2是异形环坯总厚度d^勺0. 25〜0. 35倍,下端面厚度d3要大 于或等于0. 4倍异形环坯的总厚度d1; 将异形环坯重新加热到1140°C〜1180°C的变形温度后装入环轧机,设定主辊转速 为1.Orad/s、锥棍转速为0. 9rad/s,当异形环还被咬入进行乳制后,控制径向乳制力为 300KN〜2800KN、轴向轧制力为220KN〜2600KN,分别驱动主辊以Vl = 2. 00mm/s〜4. 00mm/ s径向进给速度、锥棍以v2= 1. 10mm/s〜2. 20mm/s的轴向进给速度进行乳制成形; 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件所需尺寸;控制锥辊不再向 下作进给运动,调整径向进给速度为0. 40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形,最终成形 为矩形的厚壁环锻件。
2. 根据权利要求1所述的不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其特征在于,所述不锈 钢为lCrllNi2W2MoV合金。
3. 根据权利要求1或2所述的不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其特征在于,所述主 辊的径向进给速度vl和锥辊的轴向进给速度v2满足关系如下:
Figure CN104607578AC00021
式中吨异形环坯的总厚度、h2为异形环坯内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h厚壁 环锻件的高度。
4. 根据权利要求1或2所述的不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其特征在于,所述专 用模具的上、下两端分别设计了形状相同、尺寸不同的两个模具型腔。
5. 根据权利要求1或2所述的不锈钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其特征在于,所述厚 壁环锻件的高厚比在〇. 5〜1. 2之间。
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