CN107671219A - 一种大直径长管坯的挤压锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大直径长管坯的挤压锻造方法，包括依次经过下述步骤：制坯、反挤压冲孔及漏料和管坯拔长步骤：所述的制坯过程为，将电渣锭经加热后进行镦拔，再将两端切除；所述的反挤压漏料过程为，利用接力冲子对坯料进行反挤压，当接力冲子的头部离模具小底盘的上端面距离达到200‑300mm时，停止反挤压操作，去掉模具小底盘，继续挤压，完成漏料后，形成管坯；所述的管坯拔长为，取出管坯中的接力冲子，并移走反挤压模具,利用上平砧和下V砧对预留拔长台阶处实施芯棒拔长。本发明的工艺方法简单，产品质量稳定。

Description

一种大直径长管坯的挤压锻造方法

技术领域

本发明涉及一种大直径长管坯的挤压锻造方法，属于金属加工技术领域。

背景技术

核电主管道是连接反应堆一次冷却剂系统主要设备的管道，在整个寿命周期中其健全性关系到核电系统的安全。为保证核电系统寿命60年的要求，核电主管道由两代半时的铸件主管道改进为三代锻件主管道。第三代核电主管道材质为316LN不锈钢，锻造时变形抗力大，工艺过程参数控制不当，易出现锻造裂纹。目前，生产管道的工艺尚存在大量的问题，产品的质量不能保证，如无管嘴的、用于弯制过渡段的直管锻件毛坯需采用保守的实心锻件，后期通过深孔套料和镗孔等机加工方式去除心部材料。这种工艺流程消耗了大量深孔加工设备工时，且材料的利用率较低，行业发展急需且有必要对现有直管锻件毛坯的热锻工艺进行改进。现有技术需锻造出实心锻件，后续需对其进行深孔套料和镗孔等机加工，缺点效率低，耗时间。而万吨水压机直接反挤压出大直径、长尺寸管坯受模具高度、挤压冲子预留摆放空间及水压机高度方向横梁行程空间等因素的影响，在实际操作上难点较多。

发明内容

针对这些缺点，本发明提出一种挤压和锻拔相结合的技术方案来实现水压机热锻制坯，用以解决水压机不能反挤压出大直径、长尺寸(5米左右) 管坯的技术难题，提高产品的效率，降低成本。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，经过如下的加工步骤：

第一步，制坯，将电渣锭经锻造加热炉加热到1180℃，保温10小时后，通过水压机在电渣锭上部端压制钳把，然后实施漏盘镦粗，之后，由操作机夹持、使用上平砧和下V砧对坯料拔长，对拔长后的电渣锭两端进行切除, 得到中间段的棒状实心坯料；

第二步，反挤压冲孔及漏料：将上述棒状实心坯料返炉加热到1220℃，保温8小时，利用反挤压模具对坯料进行反挤压冲孔，所述的反挤压模具包括上模、中模、下模、模具小底盘和接力冲子，中模的内径大于上模和下模的内径，摆放反挤压模具时先放置下模，在下模中心的底部漏料孔中放入模具小底盘，在下模上方放置中模，反挤压坯料放入中模的中孔内并放置在模具小底盘上、上模套装在坯料外面并定位放置在中模上方，最后在坯料顶部的中心定位摆放第一个接力冲子，反挤压冲孔采用接力冲子挤压冲孔，坯料与反挤压模具空腔之间的间隙为10-25mm；当第一个冲子的头部离模具小底盘的上端面达到200-300mm时，停止反挤压操作，利用水压机台车把上模、中模、下模及坯料移出水压机，再用行车或操作机把它们向上一起抬起，移走模具小底盘，之后再把反挤压模具上模、中模、下模及坯料移回水压机台车面的位置，把水压机台车在其移动方向上复位到原先标示的位置，继续将接力冲子压入，产生漏料，坯料在漏料部位被剪断后，完成反挤压冲孔，形成中部为台阶状的管坯；在反挤压前将上模、中模、下模以及模具小底盘进行预热，预热温度应在300℃；

第三步，管坯拔长：反挤压冲孔后，取出所有接力冲子，移走反挤压模具，水压机换上上平砧和下V砧，将芯棒从预留拔长台阶侧插入管坯，由操作机夹持，利用上平砧和下V砧对预留拔长台阶处实施芯棒拔长，制得直管坯。

为了能够更好的实现本发明的技术方案，进一步的保证采用本方法加工的大直径长管坯的质量，对上述的技术方案进一步的加以限定及改进：

进一步，所述的第一步制坯中，电渣锭经过1-2次镦拔，且单次镦粗锻比控制在1.5-1.8、单次拔长锻比要保证在2以上，对拔长后的电渣锭两端进行切除，是指将经过镦拔的电渣锭的上部的切除率≥6％，下部的切除率≥ 3％；

进一步，所述的坯料的重量按照直管管坯计算重量放量6％-10％；

进一步，对棒状实心坯料进行粗加工见光探伤。

附图说明

图1为反挤压中坯料与反挤压模具摆放位置关系示意图；

图2为反挤压过程中接力冲子挤压过程中坯料变形状态示意图；

图3为去掉模具小地盘做好漏料准备状态示意图；

图4为反挤压过程中漏料即将结束时状态示意图；

图5为管坯与上下平砧放置位置示意图；

图6为图5中的管坯拉拔成直管坯的示意图.。

附图标记记录如下：1接力冲子，2模具小底盘，3上模，4中模，5下模，6坯料，7中间锻件，8锻件，9管坯，10平砧，11芯棒，12等直径管坯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，经过如下的加工步骤：

第一步，制坯，将电渣锭经锻造加热炉加热到1180℃，保温10小时后，通过水压机在电渣锭上部端压制钳把，然后实施漏盘镦粗，之后，由操作机夹持、使用上平砧和下V砧对坯料拔长，对拔长后的电渣锭两端进行切除, 得到中间段的棒状实心坯料；

第二步，反挤压冲孔及漏料：将上述棒状实心坯料返炉加热到1220℃，保温8小时，利用反挤压模具对坯料进行反挤压冲孔，所述的反挤压模具包括上模、中模、下模、模具小底盘和接力冲子，中模的内径大于上模和下模的内径，摆放反挤压模具时先放置下模，在下模中心的底部漏料孔中放入模具小底盘，在下模上方放置中模，反挤压坯料放入中模的中孔内并放置在模具小底盘上、上模套装在坯料外面并定位放置在中模上方，最后定位摆放第一个接力冲子在坯料的顶部的中心，反挤压冲孔采用接力冲子挤压冲孔，坯料与反挤压模具空腔之间的间隙为10-25mm；当第一个冲子的头部离模具小底盘的上端面达到200-300mm时，停止反挤压操作，利用水压机台车把上模、中模、下模及坯料移出水压机，再用行车或操作机把它们向上一起抬起，移走模具小底盘，之后再把反挤压模具上模、中模、下模及坯料移回水压机台车面的位置，把水压机台车在其移动方向上复位到原先标示的位置，继续将接力冲子压入，产生漏料，坯料在漏料部位被剪断后，完成反挤压冲孔，形成中部为台阶状的管坯；在反挤压前将上模、中模、下模以及模具小底盘进行预热，预热温度应在300℃；

第三步，管坯拔长：反挤压冲孔后，取出所有接力冲子，移走反挤压模具，水压机换上上平砧和下V砧，将芯棒从预留拔长台阶侧插入管坯，由操作机夹持，利用上平砧和下V砧对预留拔长台阶处实施芯棒拔长，制得直管坯。

为了能够更好的实现本发明的技术方案，进一步的保证采用本方法加工的大直径长管坯的质量，对上述的技术方案进一步的加以限定及改进：

进一步，所述的第一步制坯中，电渣锭经过1-2次镦拔，且单次镦粗锻比控制在1.5-1.8、单次拔长锻比要保证在2以上，对拔长后的电渣锭两端进行切除，是指将经过镦拔的电渣锭的上部的切除率≥6％，下部的切除率≥ 3％；

进一步，所述的坯料的重量按照直管管坯计算重量放量6％-10％；

进一步，对棒状实心坯料进行粗加工见光探伤。

为了能更好的对本申请的大直径长管坯的挤压锻造方法做出更加具体的说明，下面以一个具体的大直径长管坯的挤压锻造过程加以说明：

第一步，制坯：

采用直径1200mm、高度2800mm、316LN材质的电渣锭(重量25吨)，经锻造加热炉加热到1180℃，保温10小时后。在1.2万吨水压机上使用宽度850mm的上平砧和下V砧在电渣锭上部端200mm长度上压制直径480mm的钳把，钳把长度留700mm，然后实施漏盘镦粗。镦粗高度1500mm、镦粗锻比 1.6。之后，由操作机夹持、使用宽度850mm的上平砧和下V砧对坯料拔长，拔长至直径1000mm、长度4030mm的棒料，拔长锻比2.4。电渣锭上部端总切除1.8吨,电渣锭下部端去除1.2吨,得到中间段长度为3600mm的棒状实心坯料(重量22吨)。

本实施案例后续的反挤压过程中用于反挤压的坯料形状较为简单，为圆柱形实心棒料，由电渣锭经常规的镦拔工艺制得。因后期反挤压过程变形量大，坯料内部的缺陷很容易在大变形量的变形过程中扩展而造成废品，镦拔时的锻比必须能保证能充分消除电渣锭中的孔洞类缺陷并彻底打碎铸态组织使其成为热塑性更好的锻态组织。根据电渣锭质量水平，选择镦拔1-2 次，单次镦粗锻比控制在1.5-1.8、单次拔长锻比要保证在2以上。同时因为电渣锭的上部和下部存在较大收缩孔洞和夹渣的可能性高，上部的切除率控制在6％以上，下部的切除率控制在3％以上。镦拔、切除到位的坯料可以选择进行粗加工见光探伤，以利于保障后期反挤压操作时的坯料对中，接力冲子压入时也不宜走偏，特别是能尽早通过探伤筛除缺陷严重、不宜进入反挤压工序的坯料。

坯料的重量按照直管管坯计算重量放量6％-10％考虑，在这个基础上结合坯料直径算出坯料需要的长度。重量放量低于6％时，难以保证直管管坯的长度要求。重量放量超过10％，材料浪费大虽不是主要问题，但增加坯料长度后给水压机反挤压操作增加了难度

第二步，反挤压穿孔、漏料：

完成拔长后，将上述坯料返炉加热到1220℃，保温8小时，利用分解为上、中、下和小底盘四部分的组合反挤压模具(反挤压模具型腔内径1020mm、总高4000mm)对上述坯料进行反挤压。压入的接力冲子外径740mm，当压入总高度达到3700后，取掉小底盘实施漏料操作。

反挤压坯料直径的选取可按照反挤压模具的内径来选取，它与反挤压模具空腔之间的间隙选取单边10-25mm，小于10时不利于装入反挤压模具的操作，大于25时管坯在反挤压模具中的定位困难，容易挤偏。

反挤压过程(参见图1-图4)。图1为反挤压坯料及反挤压模具摆放就位状态示意图。其摆放顺序为放置下模5、在下模5中部漏料孔中放入模具小底盘2、在下模5上放置中模4、在模具小底盘2上放置坯料6、上模3 套装在坯料6外面，并定位放置在中模4上方，最后定位摆放第一个接力冲子1。下模5、中模4、上模3之间要设置带锥面的定位止口以保证它们能在摆放时顺利嵌合且中心线相互保持一致。

本发明采用的是反挤压+热锻拔长的工艺模式，因此反挤压和拔长工序最好在一个火次中完成，否则在下一火次的锻造加热时非预留拔长区域的材料组织在晶粒长大后因没有后续的锻造变形，极易形成粗晶而造成报废。因操作上的困难等客观因素必须再增加单独的拔长火次时，在返炉热加前必须用厚度80以上的陶瓷纤维保温棉被把非预留拔长区域彻底包裹严实，并且严格控制再加热炉温和保温时间。再加热炉温应控制在1050℃以下，保温时间以能热透非预留拔长区域为度，越短越好。

为了保证坯料在完成反挤压工序后紧接着能在同一火次把预留拔长区域拔长到位，建议对反挤压模具的下模5、中模4、上模3以及模具小底盘2 进行预热，预热温度应在300℃以上。

同样，为了保证坯料在完成反挤压工序后紧接着能在同一火次把预留拔长区域拔长到位，坯料尽可能地增加蓄热量。坯料及热温度应选择在1150℃以上，建议加热到1220℃并保证心部热透。为防止过热造成在反挤压时出现境界开裂现象，炉温要控制在1230℃以下。

随着冲子的头部完全进入坯料(参见图2)，水压机载荷出现峰值，这个峰值一直保持到第一个冲子即将进入上模3的下方直径扩大处，之后因型腔空隙的卸载，载荷下降，水压机横梁下降速度加快，水压机操作上可以选择换档较低压力继续施压。

当第一个冲子头部进入下模5时，材料因反挤压的作用向上流动，在摩擦力的作用下，中模4和上模3有可能出现少量的抬起现象，这是个短暂的过程，不影响整个的成形操作，水压机操作者不必担心，可以继续施压。需要注意的是，这时离反挤压结束已经不远，应控制施压速度准备及时停止施压。

当第一个冲子的头部离模具小底盘2的上端面距离达到200-300mm时，应停止反挤压操作。水压机台车把下模5、中模4、上模3及中间锻件7移出水压机，利用行车或操作机把它们向上一起抬起，移走模具小底盘。之后再把下模5、中模4、上模3及中间锻件7移回原先在水压机台车面的位置，把水压机台车在其移动方向上复位到原先标示的位置。这时，下模5、中模 4、上模3及中间锻件7回到原位后的情况如图3所示，做好了漏料的准备。

漏料操作与反挤压类似，继续使用接力冲子压入。坯料在漏料部位被剪断后，冲子开始松动时即可结束。图4所示为漏料即将结束时的情况。

结束漏料操作后，水压机台车把下模5、中模4、上模3及锻件8移出水压机。利用行车或操作机把上模3向上抬起、移走，使得锻件8露出后即可取出锻件。期间，接力冲子因重力自行脱离。为防止冲子卡在锻件中，可以在水压机台面上预先准备冲子顶杆，必要时借助水压机和冲子顶杆来取出卡在锻件中的冲子。

第三步，管坯拔长：

漏料完成，取出所有接力冲子后，移走所有反挤压模具。水压机换上宽度850的上平砧和下V砧。将直径720mm、3000mm长的芯棒从预留拔长台阶侧插入管坯，利用上平砧和下V砧对预留拔长台阶处实施芯棒拔长。拔长后制得外径1020mm、内经740mm、长度5000mm以上的直管坯(重量15.5吨)。

脱模后，如图5所示，放平带台阶的管坯9，在其中插入拔长芯棒11，撤去所有反挤压模具，使用上、下平砧或上平砧、下V型砧，由操作机夹持实施预留台阶处的芯棒拔长。直至把锻件拔长成图6所示的等直径管坯12，经过拔长后其长度已能达到过渡段主管道直管毛坯需要的长度。

由于拔长只在一段的局部进行，芯棒11的长度没必要按最终锻件长度来考虑。其长度应控制在不小于这个长度再减去不拔长部分的长度。

由于前期的制坯镦拔、反挤压等大变性量锻造过程已经将材料的组织由铸态改变为塑性很好的锻态组织，材料的可锻性得到充分的提升。局部的芯棒拔长载荷不大且剩余的锻拔工作量不多，因此可以在较低的温度下进行。只要在脱模后管坯拔长部位的表面温度不低于800℃的前提下，在拔长过程中拔长部位管坯表面不下降到低于700℃，都可以实施拔长锻造。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，经过如下的加工步骤：

第一步，制坯，将电渣锭经锻造加热炉加热到1180℃，保温10小时后，通过水压机在电渣锭上部端压制钳把，然后实施漏盘镦粗，之后，由操作机夹持、使用上平砧和下V砧对坯料拔长，对拔长后的电渣锭两端进行切除,得到中间段的棒状实心坯料；

第二步，反挤压冲孔及漏料：将上述棒状实心坯料返炉加热到1220℃，保温8小时，利用反挤压模具对坯料进行反挤压冲孔，所述的反挤压模具包括上模、中模、下模、模具小底盘和接力冲子，中模的内径大于上模和下模的内径；摆放反挤压模具时先放置下模，在下模中心的底部漏料孔中放入模具小底盘，在下模上方放置中模，反挤压坯料放入中模的中孔内并放置在模具小底盘上,上模套装在坯料外面并定位放置在中模上方，最后定位摆放第一个接力冲子在坯料的顶部的中心，反挤压冲孔采用接力冲子挤压冲孔，坯料与反挤压模具空腔之间的间隙为10-25mm；当第一个冲子的头部离模具小底盘的上端面达到200-300mm时，停止反挤压操作，利用水压机台车把上模、中模、下模及坯料移出水压机，再用行车或操作机把它们向上一起抬起，移走模具小底盘，之后再把反挤压模具上模、中模、下模及坯料移回水压机台车面的位置，把水压机台车在其移动方向上复位到原先标示的位置，继续将接力冲子压入，产生漏料，坯料在漏料部位被剪断后，完成反挤压冲孔，形成中部为台阶状的管坯；在反挤压前将上模、中模、下模以及模具小底盘进行预热，预热温度应在300℃；

第三步，管坯拔长：反挤压冲孔后，取出所有接力冲子，移走反挤压模具，水压机换上上平砧和下V砧，将芯棒从预留拔长台阶侧插入管坯，由操作机夹持，利用上平砧和下V砧对预留拔长台阶处实施芯棒拔长，制得直管坯。

2.根据权利要求1所述的大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，所述的第一步制坯中，电渣锭经过1-2次镦拔，且单次镦粗锻比控制在1.5-1.8、单次拔长锻比要保证在2以上，对拔长后的电渣锭两端进行切除，是指将经过镦拔的电渣锭的上部的切除率≥6％，下部的切除率≥3％。

3.根据权利要求2所述的大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，所述的坯料的重量按照直管管坯计算重量放量6％-10％。

4.根据权利要求1所述的大直径长管坯的挤压锻造方法，其特征在于，对棒状实心坯料进行粗加工见光探伤。