CN109590417A - 一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锻造技术领域，其公开了一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备。所述锻造工艺包括如下工艺步骤：步骤10、下料；步骤20、镦粗前加热；步骤30、镦粗；步骤40、冲孔；步骤50、碾环前加热；步骤60、碾环；步骤70、缓冷；所述不锈钢环件在各锻造工序中及在工序之间的转移均使用锻造机械手，所述锻造机械手的前端安装有用于在线测量坯料温度的红外线测温仪以及用于对坯料进行在线加热保温的火焰加热装置，且所述锻造机械手在转移坯料的过程中开启火焰加热装置，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。本发明实现了不锈钢环件的坯料在锻造过程中的温度的良好控制，从而提高了锻件质量，并降低了锻造的能耗。

Description

一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备
技术领域
本发明涉及锻造技术领域，具体涉及一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备。
背景技术
不锈钢环件在工业领域应用较为广泛，典型的一种不锈钢环件其材质为1Cr13不锈钢锻件(相当于美国ASME标准中A473系列中的410不锈钢、日本标准的SUS410不锈钢)，其具有耐高温、耐高压等优点，可应用于内燃机、核电汽轮机等场合。
由于1Cr13不锈钢属于马氏体不锈钢，其塑性低、变形抗力大、锻造温度区间窄、导热性差等特点，因此需要对锻造的各过程进行严格的过程控制，以防止马氏体不锈钢环件在锻造与辗环时出现裂纹等缺陷。
现有技术中，对于1Cr13不锈钢环件的锻造存在以下问题：
一是由于锻造温度区间窄(通常始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃)，锻造过程中温度很容易下降到终锻温度以下，导致需要多次回炉加热，造成能耗增加且使得生产效率大幅度降低。
二是在锻造过程中，不锈钢环件的坯料需要在各锻造设备之间转移，例如从压力机转移到加热炉，从加热炉转移到辗环机等，不锈钢环件的坯料在转移过程中没有保温措施，容易导致不锈钢环件的坯料表面冷却速度较快而产生表面裂纹。
三是1Cr13不锈钢环件锻造后的冷却常采用空冷，其冷却速度较快，容易产生延迟裂纹(经过一段较长的时间后才会产生的裂纹)，从而可能给设备的后续运行造成严重的质量事故隐患。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，旨在实现不锈钢环件的坯料在锻造过程中的温度的良好控制，从而提高锻件质量，并降低锻造的能耗。具体的技术方案如下：
一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，包括如下工艺步骤：
步骤10、下料：钢锭锯切，作为锻造的坯料；
步骤20、镦粗前加热：采用加热炉，对坯料进行镦粗前的加热；
步骤30、镦粗：采用锻造机械手，将坯料从加热炉取出并转移至压力机上，通过压力机对坯料进行滚圆和镦粗；
步骤40、冲孔：镦粗后在压力机上用冲头进行冲孔；
步骤50、碾环前加热：采用锻造机械手将坯料转移至加热炉内，开启加热炉，对坯料进行碾环前的加热；
步骤60、碾环：采用锻造机械手，将坯料已送至碾环机上，开启碾环机，将坯料碾环成型；
步骤70、缓冷：采用锻造机械手，将碾环成型的坯料转移至缓冷装置内，使得坯料缓慢冷却；
其中，所述锻造机械手的前端安装有用于在线测量坯料温度的红外线测温仪以及用于对坯料进行在线加热保温的火焰加热装置，且所述锻造机械手在转移坯料的过程中开启火焰加热装置，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。
上述锻造工艺中，所述不锈钢环件在各锻造工序中及在工序之间的转移采用了锻造机械手，通过在锻造机械手的前端设置火焰加热装置，可以实现不锈钢环件的坯料在转移过程中的在线加热和保温，从而使得不锈钢环件的坯料在锻造的全过程都得到良好的控制，有利于提高锻件质量。
作为本发明的优选方案之一，在所述步骤30的镦粗工序及步骤40的冲孔工序中，设置允许的最低锻造温度，且在坯料的温度下降至最低锻造温度之前开启火焰加热装置，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。
由于在锻造机械手的前端设置有火焰加热装置和红外线测温仪，锻造过程中可以随时对坯料的温度进行监测，并根据需要进行坯料的加热，从而可以延缓坯料的冷却速度，减少坯料回炉加热的次数，进而降低锻造的能耗，并提高了生产效率。
作为本发明的优选方案之二，所述步骤60的碾环工序中，在所述碾环机上安装有U型加热装置，所述U型加热装置包括U型加热槽，且在碾环过程中所述坯料旋转时其位于所述U型加热槽内的部分得到加热保温。
优选的，所述U型加热装置为火焰加热装置。
或者更优选的，所述U型加热装置为电磁感应结构的U型加热装置。
优选的，所述U型加热装置上设置有用于测量坯料温度的红外温度传感器。
上述在碾环机上U型加热装置的设置，可以减小不锈钢环件的坯料在碾环时其内部与外表面的温差，从而提高碾环时变形的均匀性，也更好地避免了碾环时裂纹的产生，且可以提高不锈钢环件在碾环后其端面的平整性。
作为本发明的优选方案之三，所述缓冷装置包括容器和设置在所述容器内的缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉，所述坯料置于所述混合粉中实现缓冷。
上述缓冷剂采用煤渣粉和石灰粉并进行合理的配比，其利用煤渣粉和石灰粉良好的缓冷特性，以及煤渣粉本身的疏松特性，并通过优选配比来控制散热速度，从而有效提高缓冷的效果，防止锻件冷却后延迟裂纹的产生。
优选的，所述容器为金属丝网容器，且所述金属丝网容器的周边及底部通过框架进行加固，所述框架底部通过垫块垫高。
上述缓冷装置采用金属丝网容器并在下面垫高，可以使得不锈钢环件的坯料在缓冷的过程中散热更加均匀，从而可以更好地避免延迟裂纹的产生。
作为本发明的优选方案之四，在所述步骤40的冲孔工序与步骤50的碾环前加热工序之间还依次设置有扩孔工序和平整工序。
通过设置扩孔工序和平整工序，可以进一步提高锻件的尺寸精度。
优选的，所述耐高温耐高压不锈钢环件为1Cr13不锈钢环件。
优选的，所述不锈钢环件在锻造完成及冷却后，还可以设置软化退火处理工序以消除内应力，降低硬度，便于后续机械加工。其中，软化退火处理的温度优选为680℃～780℃、保温2～4小时。
一种上述耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺的设备，包括锻造机械手、碾环机和缓冷装置，所述锻造机械手上设置有火焰加热装置，所述碾环机上设置有U型加热装置，所述缓冷装置包括金属丝网容器，且所述金属丝网容器内设置有缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，所述不锈钢环件在各锻造工序中及在工序之间的转移采用了锻造机械手，通过在锻造机械手的前端设置火焰加热装置，可以实现不锈钢环件的坯料在转移过程中的在线加热和保温，从而使得不锈钢环件的坯料在锻造的全过程都得到良好的控制，有利于提高锻件质量。
第二，本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，由于在锻造机械手的前端设置有火焰加热装置和红外线测温仪，锻造过程中可以随时对坯料的温度进行监测，并根据需要进行坯料的加热，从而可以延缓坯料的冷却速度，减少坯料回炉加热的次数，进而降低锻造的能耗，并提高了生产效率。
第三，本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，在碾环机上U型加热装置的设置，可以减小不锈钢环件的坯料在碾环时其内部与外表面的温差，从而提高碾环时变形的均匀性，也更好地避免了碾环时裂纹的产生，且可以提高不锈钢环件在碾环后其端面的平整性。
第四，本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，缓冷剂采用煤渣粉和石灰粉并进行合理的配比，其利用煤渣粉和石灰粉良好的缓冷特性，以及煤渣粉本身的疏松特性，并通过优选配比来控制散热速度，从而有效提高缓冷的效果，防止锻件冷却后延迟裂纹的产生。
第五，本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺及设备，缓冷装置采用金属丝网容器并在下面垫高，可以使得不锈钢环件的坯料在缓冷的过程中散热更加均匀，从而可以更好地避免延迟裂纹的产生。
附图说明
图1是本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺的工艺流程图；
图2是安装了火焰加热装置的锻造机械手的结构示意图；
图3是在碾环机上设置U型加热装置的结构示意图；
图4是图3中涉及U型加热装置的俯视图；
图5是缓冷装置的结构示意图。
图中：11、碾环机主辊，12、不锈钢环件，13、碾环机定心辊，14、碾环机芯辊，15、碾环机信号辊，16、U型加热装置，17、火焰加热喷头，18、红外温度传感器；
图中：21、锻造机械手，22、火焰加热装置，23、气瓶，24、移动底座，25、驱动装置，26、锻造机械手控制系统，27、红外线测温仪；
图中：31、金属丝网容器，32、框架，33、垫块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至5所示为本发明的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺的实施例，包括如下工艺步骤：
步骤10、下料：钢锭锯切，作为锻造的坯料；
步骤20、镦粗前加热：采用加热炉，对坯料进行镦粗前的加热；
步骤30、镦粗：采用锻造机械手21，将坯料从加热炉取出并转移至压力机上，通过压力机对坯料进行滚圆和镦粗；
步骤40、冲孔：镦粗后在压力机上用冲头进行冲孔；
步骤50、碾环前加热：采用锻造机械手21将坯料转移至加热炉内，开启加热炉，对坯料进行碾环前的加热；
步骤60、碾环：采用锻造机械手21，将坯料已送至碾环机上，开启碾环机，将坯料碾环成型；
步骤70、缓冷：采用锻造机械手21，将碾环成型的坯料转移至缓冷装置内，使得坯料缓慢冷却；
其中，所述锻造机械手21的前端安装有用于在线测量坯料温度的红外线测温仪27以及用于对坯料进行在线加热保温的火焰加热装置22，且所述锻造机械手21在转移坯料的过程中开启火焰加热装置22，对不锈钢环件12的坯料进行加热保温。
上述锻造工艺中，所述不锈钢环件12在各锻造工序中及在工序之间的转移采用了锻造机械手21，通过在锻造机械手21的前端设置火焰加热装置22，可以实现不锈钢环件12的坯料在转移过程中的在线加热和保温，从而使得不锈钢环件12的坯料在锻造的全过程都得到良好的控制，有利于提高锻件质量。
作为本实施例的优选方案之一，在所述步骤30的镦粗工序及步骤40的冲孔工序中，设置允许的最低锻造温度，且在坯料的温度下降至最低锻造温度之前开启火焰加热装置22，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。
由于在锻造机械手22的前端设置有火焰加热装置22和红外线测温仪27，锻造过程中可以随时对坯料的温度进行监测，并根据需要进行坯料的加热，从而可以延缓坯料的冷却速度，减少坯料回炉加热的次数，进而降低锻造的能耗，并提高了生产效率。
作为本实施例的优选方案之二，所述步骤60的碾环工序中，在所述碾环机上安装有U型加热装置16，所述U型加热装置16包括U型加热槽，且在碾环过程中所述坯料旋转时其位于所述U型加热槽内的部分得到加热保温。
优选的，所述U型加热装置16为火焰加热装置。
或者更优选的，所述U型加热装置16为电磁感应结构的U型加热装置。
优选的，所述U型加热装置16上设置有用于测量坯料温度的红外温度传感器18。
上述在碾环机上U型加热装置16的设置，可以减小不锈钢环件12的坯料在碾环时其内部与外表面的温差，从而提高碾环时变形的均匀性，也更好地避免了碾环时裂纹的产生，且可以提高不锈钢环件12在碾环后其端面的平整性。
作为本实施例的优选方案之三，所述缓冷装置包括容器和设置在所述容器内的缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉，所述坯料置于所述混合粉中实现缓冷。
上述缓冷剂采用煤渣粉和石灰粉并进行合理的配比，其利用煤渣粉和石灰粉良好的缓冷特性，以及煤渣粉本身的疏松特性，并通过优选配比来控制散热速度，从而有效提高缓冷的效果，防止锻件冷却后延迟裂纹的产生。
优选的，所述容器为金属丝网容器31，且所述金属丝网容器31的周边及底部通过框架32进行加固，所述框架32底部通过垫块33垫高。
上述缓冷装置采用金属丝网容器31并在下面垫高，可以使得不锈钢环件12的坯料在缓冷的过程中散热更加均匀，从而可以更好地避免延迟裂纹的产生。
作为本实施例的优选方案之四，在所述步骤40的冲孔工序与步骤50的碾环前加热工序之间还依次设置有扩孔工序和平整工序。
通过设置扩孔工序和平整工序，可以进一步提高锻件的尺寸精度。
优选的，所述耐高温耐高压不锈钢环件为1Cr13不锈钢环件。
优选的，所述不锈钢环件在锻造完成及冷却后，还可以设置软化退火处理工序以消除内应力，降低硬度，便于后续机械加工。其中，软化退火处理的温度优选为680℃～760℃、保温2～4小时。
实施例2：
如图1至5所示为采用实施例1的不锈钢环件的锻造工艺的设备，包括锻造机械手21、碾环机和缓冷装置，所述锻造机械手21上设置有火焰加热装置22，所述碾环机上设置有U型加热装置16，所述缓冷装置包括金属丝网容器31，且所述金属丝网容器31内设置有缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉。
如图2所示，锻造机械手21安装在移动底座24上，锻造机械手21的前端设置有火焰加热装置22，锻造机械手21上还设置有红外线测温仪27，移动底座24上还设置有控制系统26、驱动装置25以及用于提供火焰加热装置22容器的气瓶23。
如图3、4所示，碾环机包括主辊11，定心辊13，芯辊14和信号辊15，不锈钢环件12设置在主辊11和芯辊14之间，且不锈钢环件12其单侧进入到U型加热装置16中的U型加热槽中，U型加热槽中的槽边设置有若干数量的火焰加热喷头17，U型加热装置16上还设置有红外温度传感器18以用于进行不锈钢环件温度的在线测量。
如图5所示，缓冷装置包括金属丝网容器31、金属丝网容器31固定在框架32内，框架32的下部设置有垫块33以方便底部散热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
步骤10、下料：钢锭锯切，作为锻造的坯料；
步骤20、镦粗前加热：采用加热炉，对坯料进行镦粗前的加热；
步骤30、镦粗：采用锻造机械手，将坯料从加热炉取出并转移至压力机上，通过压力机对坯料进行滚圆和镦粗；
步骤40、冲孔：镦粗后在压力机上用冲头进行冲孔；
步骤50、碾环前加热：采用锻造机械手将坯料转移至加热炉内，开启加热炉，对坯料进行碾环前的加热；
步骤60、碾环：采用锻造机械手，将坯料已送至碾环机上，开启碾环机，将坯料碾环成型；
步骤70、缓冷：采用锻造机械手，将碾环成型的坯料转移至缓冷装置内，使得坯料缓慢冷却；
其中，所述锻造机械手的前端安装有用于在线测量坯料温度的红外线测温仪以及用于对坯料进行在线加热保温的火焰加热装置，且所述锻造机械手在转移坯料的过程中开启火焰加热装置，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，在所述步骤30的镦粗工序及步骤40的冲孔工序中，设置允许的最低锻造温度，且在坯料的温度下降至最低锻造温度之前开启火焰加热装置，对不锈钢环件的坯料进行加热保温。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述步骤60的碾环工序中，在所述碾环机上安装有U型加热装置，所述U型加热装置包括U型加热槽，且在碾环过程中所述坯料旋转时其位于所述U型加热槽内的部分得到加热保温。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述U型加热装置为电磁感应结构的U型加热装置。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述U型加热装置上设置有用于测量坯料温度的红外温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述缓冷装置包括容器和设置在所述容器内的缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉，所述坯料置于所述混合粉中实现缓冷。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述容器为金属丝网容器，且所述金属丝网容器的周边及底部通过框架进行加固，所述框架底部通过垫块垫高。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，在所述步骤40的冲孔工序与步骤50的碾环前加热工序之间还依次设置有扩孔工序和平整工序。
9.根据权利要求1所述的一种耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺，其特征在于，所述耐高温耐高压不锈钢环件为1Cr13不锈钢环件。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的耐高温耐高压不锈钢环件的锻造工艺的设备，其特征在于，包括锻造机械手、碾环机和缓冷装置，所述锻造机械手上设置有火焰加热装置，所述碾环机上设置有U型加热装置，所述缓冷装置包括金属丝网容器，且所述金属丝网容器内设置有缓冷剂，所述缓冷剂为煤渣粉和石灰粉按2:1的重量比例组成的混合粉。
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