大型锻件的的工艺、发展和变化

      锻造工艺的主要作用是,产品外观初步成形, 破碎铸造组织.锻合内部孔隙性缺陷,防止内部萌生新裂纹,同时使晶粒细化、均匀化大型筒体锻件的锻造一般采用如下工艺流程:粗镦切除水冒口 ——镦粗冲孔——芯轴拔长——芯轴扩孔——精锻成形。当今大型筒体锻件成形制造的趋势主要体现在大型化和细观化两个方面.

      在大型化方面,大型简体锻件由于其应用产品的不断升级,筒体自身尺寸规格不断的提离成为了大势所趋.逐渐挑战水压机制造尺寸极限,因此,世界各家大型筒体锻件生产商也在研发新的成形技术以适应大外径尺寸产品的需求。20世纪80年代, 川埼制铁研发的“体外锻造法”,可以在其4400t水压机上生产外径达7.5 m的大型环段和筒体类锻造件,尺寸精度高达±5 mm, 20世纪90年代,日本制钢所室兰工厂也利用类似工艺生产了内径7.1m 的改良型沸水淸堆压力容器和外径8.4 m的加压重水堆压力容器等多件代表性产品。2005年,我国二重集团利用临时拆除水压机立柱护套,使开档尺寸增大到5.1m的方法,成功生产出尺寸规格为 1900mmx5030mm 的压力容器筒体锻件,打破了1.2万吨水压机5m 的尺寸极限。2006年4月,一重集团利用加装工辅具的方法,将总重312t的SA508cl.3钢锭整体锻造成650 MW核反应堆压力容器的筒身和接管段(如图6所示)。

筒类锻件

                   图6 一重 650MW 核电压力壳筒身和接管段进行立车加工

Fig. 6 Vertical lathe machining of 650 MW RPV cylinder forging in China First Heavy Industry

      空心钢锭也是解决大型筒体锻件产品大型化趋势的一个重要途径。空心钢锭进行大型筒体锻件生产中,钢锭利用率可以达到75%,同时可以简化加工步骤,缩短加工周期,降低能耗成本。更重要的是,空心钢锭生产大型筒体锻件,提高了现有设备的加工能力.以一重拟进行攻关的1000MW级核电筒体锻件为例,采用实心钢锭进行生产需要500t 以上钢锭,已经超出了现有吊装和锻造设备极限,而采用空心钢锭进行该类产品的制造,一重集团无需进行任何设备改造就可以进行产品生产.因此,对于大型筒形锻件生产而言,空心钢锭具有许多实心钢锭无法比拟的优势.重点发展以空心钢锭为基础的大型筒形锻件生产,是一条颇具前景的道路, 世界上采用空心钢锭生产大型筒体锻件最成功的企业是法国的法玛通核电集团克鲁索锻造厂.自20世纪70年代以来一直坚持采用空心钢锭生产核电压力売体锻件.日本川埼制铁在上世纪末停止了空心钢锭大型筒体锻件的生产,原因未见报道。我国一重集团利用空心钢锭生产大型加氢反应器筒体锻件产品质量基本过关.每年约生产该类产品5-7件,但从未进行过空心钢锭大型核电筒体锻件生产;二重集团已经开始空心钢锭锻造工艺的预研,并已经取得一定的理论成果。

筒类锻件

      细观化方面,世界上各大主要筒体锻件的生产企业在大型筒体锻件在锻造加工过程中,越来越重视晶粒结构对于产品最终性能的影响,并逐步采取工艺措施细化晶粒组织,均匀晶粒分布。其中,物理模拟和数值模拟相结合的研究方法带动了大型筒体锻件锻造工艺水平的迅速提高。1987年,德国 Kopp R首先将塑性加工的数值模拟划分为3个层次:第一层次是力、能、功等参数的宏观分析;第二层次为应力、应变等参数分布规律的局部分析;笫三层次則是细观分析,能得出塑性变形过程中材 料内部细观组织的变化。在大型锻造件领域内,由于大型锻造件生产成本高,更因为大型锻造件的晶粒结构在产品使用性能要求方面显得尤为重要,笫三层次,即细观组织模拟预测的应用则更为重要,通过近年来的云纹实验和数值模拟研究,为使产品筒体锻件内部晶粒结构最佳,筒体锻件的实心、空心镦粗工艺得到了优化,上平下V的砧型搭配取代了传统的上下平砧搭配方式;结合三点砧滚圆工艺, 兼顾产品外观成形和内部变形量,在大型筒体锻件生产中尤其是芯轴拔长和芯轴扩孔工艺中,显示了极强的优势。



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