CN110465616A - 一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属锻造技术领域,公开了一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,所述锻造方法包括如下步骤:压钳把+预拔长、镦粗工序、拔长、二次镦粗、二次拔长、号印分料、初步拔长和拔长完工八个工序。本方法首先通过高温和大变形锻造技术,打碎柱状晶、改善宏观偏析、破碎铸态组织、焊合内部孔隙、得到合理的纤维方向分布、提高材料致密度,细化晶粒和均匀组织。同时,控制锻坯单火次变形率,平衡变形与再结晶过程,并避免单火次出现局部锻造情况,获得更均匀的晶粒组织。通过合理设置锻造成形工序,无需其他额外工装,有效的降低了产品成本,通过上述方法,得到尺寸准确、探伤合格、晶粒度优异的主管道成品件。
Description
技术领域
本发明涉及金属锻造技术领域,具体是一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法。
背景技术
CAP1400核电站是我国建设创新型国家的标志性工程之一,是由我国核工程有限公司在消化吸收我国引进的三代核电AP1000技术的基础上,通过再创新开发的具有我国自主知识产权、功率最大的非能动大型先进压水堆核电技术品牌。随着我国核电技术的不断升级,对核电设备提出了更高的要求,如主管道作为核岛七大关键设备之一,其力学性能、锻件质量及晶粒等级等要求都更严格。
CAP1400主管道采用整体锻造管,其中热段B为主管道系统中制造难度最大的锻件,其最大截面尺寸1320×2220mm,比AP1000主管道管嘴更长更宽更高,整体锻造需要的钢锭超过140T,国内外锻造如此重量的电渣锭均缺乏经验;且管嘴晶粒度要求与管身一致,设计要求均为2级以上,由于主管道热段B采用热弯技术,对晶粒度提出了更高要求,20 个指定点晶粒度均要求2.7级以上,因此,不仅要求将管嘴和管身整体锻造,还要求管嘴和管身的变形尽量一致,对锻造技术提出了新的要求。
CAP1400主管道采用奥氏体不锈钢TP316LN材料制造,由于奥氏体钢的特性,主管道锻件无法通过热处理相变来细化晶粒,而只能依赖锻造工序。锻造变形的有效性和均匀性将决定锻件的最终晶粒度。随着CAP1400主管道锻件所需钢锭的增大,不仅增加了锻造成形难度,同时也增加了钢锭本身的冶炼缺陷,这增加了锻件最终的探伤风险,难以满足锻件最终的晶粒度要求。
因此,锻件晶粒度的控制仍是主管道锻件的技术关键点,国内暂无能够制造出满足晶粒度2.7级以上要求的主管道锻件。本发明通过合理控制CAP1400主管道锻件锻造成形过程,获得了晶粒组织均匀细小的锻件。
发明内容
本发明提供一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,所述锻造方法包括如下步骤:
步骤一:压钳把+预拔长,将不锈钢钢锭加热到1220℃~1270℃,保温37±5h,轻压钢锭表面三次,制成锻坯A;
步骤二:镦粗工序,将锻坯A加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,制成锻坯B;
步骤三:拔长,将锻坯B进炉加热到1220℃~1270℃,采用WHF法拔截面至尺寸为2000±20mm,制成锻坯C;
步骤四:二次镦粗,将锻坯C加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,制成锻坯D;
步骤五:二次拔长,将锻坯D进炉加热到1100℃~1180℃,拔长成截面尺寸为1900×2700的大扁方,制成锻坯E;
步骤六:号印分料,将锻坯E加热至1100℃~1180℃,根据重量确定号印长度尺寸,进行分料,制成锻坯F;
步骤七:初步拔长,将锻坯F进炉加热到1100℃~1180℃,拔长直管段至尺寸为1400 ±10mm,制成锻坯G;
步骤八:拔长完工,将锻坯G加热到1050℃~1150℃,先拔长管嘴两端直段,再压平中间管嘴至锻件尺寸,形成矩形截面,滚圆直段和平整管嘴,最终锻造成形的锻件外形尺寸。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤一中,所述压钳把+预拔长中锻坯A的单面压下量为50~100mm。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤二中,所述镦粗工序的镦粗过程中保持锻坯A 的温度范围为1050℃~1270℃,镦粗比大于2.1。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤三中,所述拔长的拔比大于1.9。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤四中,所述二次镦粗的镦粗过程中保持锻坯C 的温度始终在1050℃~1270℃范围内,镦粗比大于1.9。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤五中,所述二次拔长的拔长过程中保持锻坯温度范围为850℃~1270℃,拔比大于1.4。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤六中,所述号印深度小于等于100mm。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤七中,所述初步拔长的拔长过程中保持锻坯F 的温度大于等于850℃,锻造比大于2.6。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤八中,所述拔长完工的拔长过程中保持锻坯E 的温度大于等于850℃。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤八中,所述中间管嘴两端的直段采用分步拔长,管嘴段在完工火次采用扁方压平的方式成型,锻造比达到1.6以上。
本发明具有以下有益之处:
本发明以自由锻的方式完成超大截面奥氏体不锈钢主管道的成形,最大截面达1320 ×2220mm。该方法首先通过高温和大变形锻造技术,打碎柱状晶、改善宏观偏析、破碎铸态组织、焊合内部孔隙、得到合理的纤维方向分布、提高材料致密度,细化晶粒和均匀组织。同时,控制锻坯单火次变形率,平衡变形与再结晶过程,并避免单火次出现局部锻造情况,获得更均匀的晶粒组织。本方法通过合理设置锻造成形工序,无需其他额外工装,有效的降低了产品成本,主管道锻件的各项考核指标均符合产品要求,其中UT检测未发现记录以上信号,20个检测点晶粒度均高于2.7级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中钢锭的尺寸示意图。
图2为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中经过第一次镦粗的锻件示意图。
图3为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中经过WHF法后拔长的锻件示意图。
图4为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中经过第二次镦粗的锻件示意图。
图5为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中经过号印分料后的锻件示意图。
图6为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中完工火次初步拔长后的锻件示意图。
图7为一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法中锻造后的锻件示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-7,一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,所述锻造方法包括如下步骤:
步骤一:压钳把+预拔长,将不锈钢钢锭加热到1220℃~1270℃,保温37±5h,将锻坯进炉加热到1220℃~1270℃保温一段时间后进行锻造,保温时间长短随单火次变形量变化,轻压钢锭表面三次,所述压钳把+预拔长中锻坯A的单面压下量为50~100mm,制成锻坯A,破碎钢锭表面柱状晶,促进表面晶粒发生动态再结晶,提高表面塑性、减小开裂倾向;本发明所涉及主管道热段B所用电渣锭外形尺寸如图1所示,其重量为140吨,图1大尺寸电渣锭,柱状晶发达、偏析严重、心部缺陷多,采用1270℃37±3h高温长时间保温后锻造发生热裂的裂纹源较多,通过修理钢锭表面、轻滚钢锭(单面压下量50~100mm)、预热与钢锭接触的工装以及保证锻造温度不低于850℃等措施,减小锻造时锻坯的热裂倾向;
步骤二:镦粗工序,将锻坯A加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,所述镦粗工序的镦粗过程中保持锻坯A的温度范围为1050℃~1270℃,镦粗比大于2.1,制成锻坯B,镦粗后外形示意图如图2所示;
步骤三:拔长,将锻坯B进炉加热到1220℃~1270℃,采用WHF法拔截面至尺寸为2000±20mm,其截面为正方形(图3),所述拔长的拔比大于1.9,制成锻坯C;
步骤四:二次镦粗,将锻坯C加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,所述二次镦粗的镦粗过程中保持锻坯C的温度始终在1050℃~1270℃范围内,镦粗比大于1.9,制成锻坯D,镦粗后外形示意图如图4所示,经过2次整体镦粗拔长过程,最大截面管嘴处总镦粗比2.1+1.9、总拔长比1.9+2.5,总锻比达到10以上;能够快速细化钢锭内部粗大晶粒,合理减少部分火次的加热时间,增加难变形区的锻造变形量,焊合钢锭内部缺陷,得到组织致密的锻坯;
步骤五:二次拔长,将锻坯D进炉加热到1100℃~1180℃,拔长成截面尺寸为1900×2700的大扁方,所述二次拔长的拔长过程中保持锻坯温度范围为850℃~1270℃,拔比大于1.4,制成锻坯E;
步骤六:号印分料,将锻坯E加热至1100℃~1180℃,根据重量确定号印长度尺寸,所述号印深度小于等于100mm,进行分料,分料时需考虑管嘴与直管段的台阶差,充分考虑大扁方管嘴与直管的过度区,准确号印,号印后如图5所示,制成锻坯F;
步骤七:初步拔长,将锻坯F进炉加热到1100℃~1180℃,拔长直管段至尺寸为1400 ±10mm,拔长中间管嘴成图6所示扁方,所述初步拔长的拔长过程中保持锻坯F的温度大于等于850℃,锻造比大于2.6,制成锻坯G;
步骤八:拔长完工,将锻坯G加热到1050℃~1150℃,先拔长管嘴两端直段,再压平中间管嘴至锻件尺寸,锻造比达到1.6以上,形成矩形截面,按锻件图滚圆直段和平整管嘴,以满足锻件设计要求,所述拔长完工的拔长过程中保持锻坯E的温度大于等于850℃,最终锻造成形的锻件外形尺寸如图7所示。
实施例二
本实施例的其它内容与实施例一相同,不同之处在于:步骤八中,所述中间管嘴两端的直段采用分步拔长,管嘴段在完工火次采用扁方压平的方式成型。
本发明首先通过对钢锭进行长时间高温保温,减小大尺寸钢锭成分偏析。采用控性锻造技术,严格控制锻造保温温度及时间,通过整体镦粗和宽砧强压相结合的方式快速细化钢锭内部粗大晶粒、焊合大钢锭内部缺陷。同时,控制单火次变形率与进炉保温条件,平衡锻造变形与动态再结晶过程,有利于保持细晶组织。采用控形技术,根据产品尺寸特点,合理设计分料尺寸,保证每火次锻件本体位置都有变形,提高晶粒组织的均匀性。通过上述方法,得到尺寸准确、探伤合格、晶粒度优异的主管道成品件。
本发明可以达到的效果是:
社会经济效果:CAP1400压水堆核电技术是我国拥有自主知识产权的国际先进的第三代核电技术,该技术的发展有力的支撑了我国核电发展战略,也发挥了环境保护的效用。而成功研制CAP1400核电主管道锻件,将为整个CAP1400压水堆核电示范工程提供有力的支持。
技术效果:本发明以自由锻的方式完成超大截面奥氏体不锈钢主管道的成形,最大截面达1320×2220mm。该方法首先通过高温+大变形锻造技术,打碎柱状晶、改善宏观偏析、破碎铸态组织、焊合内部孔隙、得到合理的纤维方向分布、提高材料致密度,细化晶粒和均匀组织。同时,控制锻坯单火次变形率,平衡变形与再结晶过程,并避免单火次出现局部锻造情况,获得更均匀的晶粒组织。本方法通过合理设置锻造成形工序,无需其他额外工装,有效的降低了产品成本,主管道锻件的各项考核指标均符合产品要求,其中UT检测未发现记录以上信号,20个检测点晶粒度均高于2.7级。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,所述锻造方法包括如下步骤:
步骤一:压钳把+预拔长,将不锈钢钢锭加热到1220℃~1270℃,保温37±5h,轻压钢锭表面三次,制成锻坯A;
步骤二:镦粗工序,将锻坯A加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,制成锻坯B;
步骤三:拔长,将锻坯B进炉加热到1220℃~1270℃,采用WHF法拔截面至尺寸为2000±20mm,制成锻坯C;
步骤四:二次镦粗,将锻坯C加热到1220℃~1270℃,镦粗至高度2000mm,制成锻坯D;
步骤五:二次拔长,将锻坯D进炉加热到1100℃~1180℃,拔长成截面尺寸为1900×2700的大扁方,制成锻坯E;
步骤六:号印分料,将锻坯E加热至1100℃~1180℃,根据重量确定号印长度尺寸,进行分料,制成锻坯F;
步骤七:初步拔长,将锻坯F进炉加热到1100℃~1180℃,拔长直管段至尺寸为1400±10mm,制成锻坯G;
步骤八:拔长完工,将锻坯G加热到1050℃~1150℃,先拔长管嘴两端直段,再压平中间管嘴至锻件尺寸,形成矩形截面,滚圆直段和平整管嘴,最终锻造成形的锻件外形尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤一中,所述压钳把+预拔长中锻坯A的单面压下量为50~100mm。
3.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤二中,所述镦粗工序的镦粗过程中保持锻坯A的温度范围为1050℃~1270℃,镦粗比大于2.1。
4.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤三中,所述拔长的拔比大于1.9。
5.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤四中,所述二次镦粗的镦粗过程中保持锻坯C的温度始终在1050℃~1270℃范围内,镦粗比大于1.9。
6.根据权利要求1或5所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤五中,所述二次拔长的拔长过程中保持锻坯温度范围为850℃~1270℃,拔比大于1.4。
7.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤六中,所述号印深度小于等于100mm。
8.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤七中,所述初步拔长的拔长过程中保持锻坯F的温度大于等于850℃,锻造比大于2.6。
9.根据权利要求1所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤八中,所述拔长完工的拔长过程中保持锻坯E的温度大于等于850℃。
10.根据权利要求9所述的一种超大截面轴类奥氏体管道控制晶粒度的锻造方法,其特征在于,步骤八中,所述中间管嘴两端的直段采用分步拔长,管嘴段在完工火次采用扁方压平的方式成型,锻造比达到1.6以上。
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GR01 | Patent grant | ||
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