CN105033132A - 一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，钢锭优先选择电渣锭，第一火：钢锭经过扒皮、清伤后，入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，依次进行镦粗、冲孔、滚外圆；第二火：坯料入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；采用芯棒拔长后为空心坯料；第三火至第五火：坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，坯料中孔插入芯棒分段拔长，得到带两个法兰的空心坯料；第六火：空心坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温锻造的方式预锻管咀；第七火：将坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温工艺冷却法兰内孔挤压终锻；对坯料进行修正，修正后的管坯利用弯曲模具压弯成形。

Description

一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法

技术领域

本发明涉及一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，属于材料锻造工艺技术领域。

背景技术

反应堆冷却剂管道（ReactorCoolantPiping），也称为主管道，它是核电厂冷却剂系统的主动脉。世界范围内压水堆冷却剂主管道的设计及制造有如下几种选择：不锈钢分段铸造（直管段采用离心铸造）、加工、焊接成形；低合金钢分段锻造、内层堆焊不锈钢、焊接成形；低合金钢分瓣铸造、内层堆焊不锈钢、焊接成形；不锈钢分段锻造、加工、焊接成形；不锈钢整体锻造、加工（弯压）成形。设计寿命为60年的AP1000/CAP1400主管道用钢为316LN（超低碳控氮奥氏体不锈钢），该钢种热塑性差、变形抗力大、又无法通过热处理细化晶粒，而其最终晶粒度要求≥2级。其中规格最大的热段又要求整体（含两个互成45°角且位于不同截面的超长管咀）锻造。制造难度极大。

随着我国核电事业的规模化发展，具有我国自主知识产权的CAP1400核电技术将成为我国核电站建设的主力堆型之一，作为核电站关键设备的CAP1400主管道产品具有巨大的市场发展空间。CAP1400主管道要求带管咀整体锻造，管咀不能焊接。带管咀的主管道弯曲成形前所用坯料分为实心锻件和空心锻件两大类。实心锻件余量大，机加工时间长，且锻比较小，晶粒度难以满足要求。空心锻件具有内孔余量小、管坯机加工时间短的优点。但目前空心锻件也无法单独锻造出全流线仿形的管咀，空心锻件管咀部位通常做成环带而后用机加工方法成形管咀，大截面环带锻造时锻透条件变差、截面心部(对应于管咀根部)晶粒度也不容易达标。为了缩短主管道的机加工时间，增加主管道的锻比，细化并均匀晶粒尺寸，有必要开发新的带超长管咀的不锈钢主管道空心锻件整体仿形锻造成形工艺。

发明内容

为了克服主管道锻造过程中实心锻件锻造比较小、晶粒度难以满足要求、空心锻造无法单独锻造出全流线管咀的难题，本发明提供了一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，该方法能保证锻件获得均匀变形，获得细小均匀的晶粒度，锻造出超长管咀。

本发明解决其技术难题所采用的技术方案是：本发明为一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，该方法是通过以下步骤实现：

第一步：钢锭优先选择电渣锭，第一火：钢锭经过扒皮、清伤后，入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，依次进行镦粗、冲孔、滚外圆。

镦粗前在坯料上、下端面分别放置高温垫板，高温垫板的温度在1100~1220℃之间。

坯料冲孔后外圆处仍存在少量鼓肚，通过滚外圆工序对外圆进行规整，消除外圆处的鼓肚。

第二步：第二火：坯料入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，采用芯棒拔长后为空心坯料；由于主管道带两个管咀，坯料在轴向分料成五段，其中Ⅱ、Ⅳ段用于成形管咀。

第三步：第三火至第五火：坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，坯料中孔插入芯棒分段拔长，得到带两个法兰的空心坯料。

两个法兰Ⅱ、Ⅳ处外圆直径大，用于挤压成形两个管咀。而Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ处直径小，变形量大，不能在一火次内完成拔长。因此，该工序共分为三个火次完成拔长过程。

第四步：第六火：空心坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温锻造的方式预锻管咀。

冷却装置对坯料法兰内壁喷水冷却，差温锻造过程为：首先，在坯料内侧通水15至20分钟，冷却两个法兰的内孔位置；而后，坯料内部插入芯棒预锻外圆管咀；预锻管咀变形过程：采用差温工艺冷却法兰内孔，先后在两个法兰处，利用上、下锤头在0°和180°位置对法兰外圆进行径向挤压，使法兰90°和270°位置向外凸起，完成两个管咀的预锻成形。

第五步：第七火：将坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温工艺冷却法兰内孔，而后利用专用模具分别对修整后的两个法兰处的预锻管咀进行挤压终锻，使管咀处的长度和变形量进一步增加，完成超长全流线整体管咀的锻造。

第六步：采用机加工方式对弯管咀的坯料进行修正，修正后的管坯利用弯曲模具压弯成形。

本发明的有益效果是：本发明实现了带超长管咀的不锈钢主管道空心锻件整体仿形锻造，在坯料镦粗时上、下端面分别放置高温垫板，减少了坯料端面的降温，增加了坯料端面附近金属流动性，从而降低了坯料镦粗时的鼓肚程度；利用差温锻造，在控制内孔椭圆度的同时增加了管咀根部的变形量，有利于晶粒细化和性能提高；通过预锻和终锻锻造出了全流线的独立超长管咀，完成了不锈钢主管道空心锻件的整体仿形锻造。解决了实心锻件锻造比较小、晶粒度难以满足要求，空心锻造无法单独锻造出全流线整体管咀的难题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明坯料上、下端面加高温垫板镦粗示意图。

图2是本发明坯料镦粗鼓肚示意图。

图3是本发明坯料冲孔完成后的示意图。

图4为坯料芯棒拔长、分料示意图。

图5为坯料利用芯棒分段拔长后的形状示意图。

图6为差温锻造法兰内孔冷却装置示意图。

图7为预锻管咀和终锻成形管咀示意图。

图中1、垫板，2、坯料，3、鼓肚，4、钢管，5、支撑柱，6、喷水孔，7、预锻管咀，8、成型后的管咀。

具体实施方式

本发明为一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，该方法是通过以下步骤实现：

第一步：钢锭优先选择电渣锭，第一火：钢锭经过扒皮、清伤后，入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，依次进行镦粗、冲孔、滚外圆。

如图1所示，镦粗前在坯料2上、下端面分别放置高温垫板1，高温垫板1的温度在1100~1220℃之间。

如图3所示，坯料冲孔后外圆处仍存在少量鼓肚3，通过滚外圆工序对外圆进行规整，消除外圆处的鼓肚3。

第二步：第二火：坯料入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，如图4所示，采用芯棒拔长后为空心坯料；由于主管道带两个管咀，坯料在轴向分料成五段，其中Ⅱ、Ⅳ段用于成形管咀。

第三步：第三火至第五火：坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，坯料中孔插入芯棒分段拔长，如图5所示，得到带两个法兰的空心坯料。

两个法兰Ⅱ、Ⅳ处外圆直径大，用于挤压成形两个管咀。而Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ处直径小，变形量大，不能在一火次内完成拔长。因此，该工序共分为三个火次完成拔长过程。

第四步：第六火：空心坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温锻造的方式预锻管咀7。

如图6所示，冷却装置对坯料法兰内壁喷水冷却，差温锻造过程为：首先，在坯料内侧通水15至20分钟，冷却两个法兰的内孔位置；而后，坯料内部插入芯棒预锻外圆管咀；预锻管咀7变形过程：采用差温工艺冷却法兰内孔，先后在两个法兰处，利用上、下锤头在0°和180°位置对法兰外圆进行径向挤压，使法兰90°和270°位置向外凸起，完成两个管咀的预锻成形。

第五步：第七火：将坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温工艺冷却法兰内孔，而后利用专用模具分别对修整后的两个法兰处的预锻管咀进行挤压终锻，使管咀处的长度和变形量进一步增加，完成超长全流线整体管咀的锻造。

第六步：采用机加工方式对弯管咀的坯料进行修正，修正后的管坯利用弯曲模具压弯成形。

普通镦粗时坯料中部会出现鼓肚现象如图2所示，鼓肚3越大（即镦粗后坯料端部和中部的直径差越大），越不利于后续坯料的拔长。坯料与冷态模具直接接触是鼓肚产生的原因之一，这是由于坯料与冷态模具间存在接触传热，使得坯料端面产生温降，金属流动性越差，温度越低镦粗时的鼓肚越明显。与坯料与冷态模具直接接触相比，坯料与模具之间放置高温垫板1后，坯料端面温降的程度大大减小，金属的流动性增加，从而可以降低坯料镦粗时的鼓肚程度。

所述冷却装置为：钢管4的一端端头密封，在钢管4与法兰对应的管壁上预先打有数个喷水孔6，钢管伸入到坯料内部后，钢管内部通高压水，高压水通过多个孔向外喷射，冷却法兰内壁。为了防止钢管偏离坯料轴线、喷冷不均，达到限位的作用，在钢管上焊接两个支撑柱5。

所述管咀预锻7成形后的坯料形状如图7中虚线所示，预锻管咀7增加了管咀根部的变形量，有利于该处的晶粒细化和性能提高。

终锻管咀变形过程：采用差温工艺冷却法兰内孔，而后利用上、下锤头对图7虚线所示的90°位置扇形凸起坯料进行挤压，完成管咀的最终成形。单个管咀成形后的管咀8形状如图7中实线所示。

Claims (1)

1.一种带超长非对称管咀的主管道空心锻件仿形锻造方法，其特征是：该方法是通过以下步骤实现：

第一步：钢锭优先选择电渣锭，第一火：钢锭经过扒皮、清伤后，入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，依次进行镦粗、冲孔、滚外圆；镦粗前在坯料（2）上、下端面分别放置高温垫板（1），高温垫板（1）的温度在1100~1220℃之间；坯料冲孔后外圆处仍存在少量鼓肚（3），通过滚外圆工序对外圆进行规整，消除外圆处的鼓肚（3）；

第二步：第二火：坯料入炉加热至1180~1220℃保温6~10h；坯料出炉后，采用芯棒拔长后为空心坯料；由于主管道带两个管咀，坯料在轴向分料成五段，其中Ⅱ、Ⅳ段用于成形管咀；

第三步：第三火至第五火：坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，坯料中孔插入芯棒分段拔长，得到带两个法兰的空心坯料；

两个法兰Ⅱ、Ⅳ处外圆直径大，用于挤压成形两个管咀；而Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ处直径小，变形量大，不能在一火次内完成拔长；因此，该工序共分为三个火次完成拔长过程；

第四步：第六火：空心坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温锻造的方式预锻管咀（7）；

冷却装置对坯料法兰内壁喷水冷却，差温锻造过程为：首先，在坯料内侧通水15至20分钟，冷却两个法兰的内孔位置；而后，坯料内部插入芯棒预锻外圆管咀；预锻管咀（7）变形过程：采用差温工艺冷却法兰内孔，先后在两个法兰处，利用上、下锤头在0°和180°位置对法兰外圆进行径向挤压，使法兰90°和270°位置向外凸起，完成两个管咀的预锻成形；

第五步：第七火：将坯料入炉加热至1020~1060℃保温4~6h；坯料出炉后，采用差温工艺冷却法兰内孔，而后利用专用模具分别对修整后的两个法兰处的预锻管咀进行挤压终锻，使管咀处的长度和变形量进一步增加，完成超长全流线整体管咀的锻造；

第六步：采用机加工方式对弯管咀的坯料进行修正，修正后的管坯利用弯曲模具压弯成形。