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压力容器厚截面顶盖锻件制造工艺研究范文

时间:2022-11-29 05:19:09

压力容器厚截面顶盖锻件制造工艺研究

摘要:

压力容器整体顶盖,将管座、球形封头、大直径厚壁法兰进行一体化设计,顶盖截面形状复杂,结构多变,且锻件要求具有完整的金属流线。通过制造工艺改进及工艺薄弱环节的有效控制,锻件综合性能指称达到技术要求。

关键词:

压力容器;厚截面;工艺;锻造

0引言

整体顶盖主要特点是将球形封头、大直径厚壁法兰一体化设计,取消球形封头与法兰进行之间的环焊缝,节约了制造周期和制造成本,减少了在役检测量,提高了设备的安全性和可靠性。同时,整体顶盖能保留完整的锻造流线,具有更加优异的使用性能。由于整体顶盖取样位置复杂,螺栓孔取样位置壁厚达到了600mm,管座孔取样位置壁厚达到了500mm,基本达到了508-3钢的淬透性极限,制造难度大。常规的自由锻造工艺无法满足制造要求,整体顶盖在最终成型方案确定前,进行了板坯冲形、开式模锻以及胎膜锻3种成型方式的模拟对比。最终拟采用局部渐次模锻成形顶盖的工艺方案。同时对化学成分、热处理冷却方案进行优化,锻件综合性能指标满足了要求。

1制造流程

炼钢、铸锭→锻造(模锻)→锻后热处理(正火、退火、回火)→初粗加工(UT)→粗加工→淬火、回火→标记、取样→性能检验。

2锻造成型工艺方案研究

1)预制板坯成型过程,合理去除头、尾部切除量。第一火次:操作机夹持水口端,倒棱、拔长、压钳口、下料;第二火次:镦粗,继续拔长,清理锻件表面;第三火次:坯料水口端朝上,模锻成型。

2)不同成型方式对比。整体顶盖进行板坯冲形、开式模锻以及胎膜锻3种成型方式的模拟对比,如表1所示。

3)模锻成型及数值模拟。胎模锻冲型时,通过先墩平的方式,使钢锭下部具有平整的端面,在模内墩粗时能更好地定位,冲盲孔时,具有更加准确的位置精度。通过加装端面平整圈进行法兰填充成型,同时可使用条形锤头旋转锻造以填充法兰。通过优化成型辅具及成型板坯,实现新型顶盖一次模内成型,数据模拟能够达到满足性能指标要求的模锻成型。综合上述3种锻造成型情况分析,选择胎膜锻作为最优化方案。

3工艺薄弱环节及采取的技术质量控制措施

新型顶盖制造难度大,存在下述的薄弱环节,有针对性地采取必要的技术质量控制措施,主要包括:

1)化学成分设计。综合锻件性能指标及取样要求,制造难度在于大壁厚位置强度、韧性指标的满足。为此,成分设计上参照相应锻件制造经验对本锻件的成分进行合理优化;冶炼前严格控制炼钢原材料,应筛选低磷生铁、低铜废钢和残余元素少的优质精料。为了改善钢的韧性,在满足韧性要求下,Ni含量不宜过高,取中上限为宜,同时应尽量降低Cu和P的含量,当Cu的含量很低时,可以多加Ni使钢的淬透性和韧性得到改善。真空除气要充分,尽量减少气体含量尤其是H、O和N,以便减少白点和非金属夹杂物,提高钢纯洁度,但需注意铝与N的比值,来改善韧性。在满足强度要求下,C取中上限为好。为保证厚截面钢的韧性和强度,还要添加少量的V,控制在0.05%以下。

2)锻造成型。小尺寸锻件胎模成型,使锻件锻造完成后接近于最终形状,对优化成型辅具和成型参数,数据模拟进行质量控制,保证锻件具有足够的锻比和完整的流线;

3)热处理。优化热处理冷却方案,为保证厚截面顶盖性能合格,按照508-3材料冷却速率与性能对应关系,锻件心部温度在850~400℃之间的冷却速率应大于一定数值,对粗加工进行设计,在顶盖封头处管座孔位置加工7个准60mm通孔(包括球顶中心通孔),在法兰螺栓孔位置加工20个准60mm通孔,用于热处理时排气,避免盲封头淬火冷却时封头顶气体堆积,加快锻件整体冷却。同时,对浸水水槽循环搅拌系统进行优化,设计专用搅拌和冲刷设备,对锻件入水深度进行规定,以最大强度增强水流对锻件的冲刷,以强化冷却效果。奥氏体化温度不宜过高,应保证晶粒度不小于5级,热处理组织最好是下贝氏体。优化粗加工轮廓尺寸,最大程度提高锻件热处理冷却效果。

4对工艺装备、试验和检测设备等选择鉴定原则和方案

材料的性能是化学成分和微观结构的综合表现,其中成分和热处理是保证压力容器钢性能的基础;冶炼是决定钢材纯洁度和质量的前提。

1)采用113t钢锭,根据性能及成分控制要求,采用电弧炉冶炼并配合钢包真空精炼和真空浇注即双真空冶炼方式。

2)锻件采用胎模锻造成型,成型压力大、成型方式复杂,需单独设计锻造附具,对锻造设备要求严格,选用万吨以上水压机;锻造成型辅具使用期间,放置于加热炉附件,无需预热。

3)综合力学性能要求较高,锻件壁厚大,取样部位淬透性较差,热处理选择燃气炉加热,采用调质工艺,为强化淬火冷却效果,其淬火冷却将采用外壁浸水形式,内侧喷淋加快水流速度,充分循环冷却。采用门字形吊具起吊,减少料盘带来的额外热量。

4)锻件所有相关检验项目均按照国标和设计技术文件要求进行,在实验室完成,实验设备均应在检定有效期内,并由具有相应资质的检测人员操作。通过与现有产品制造过程获得的性能结果进行对比分析,优化新型顶盖成分设计和热处理冷却方案,锻造成型采用胎模锻造成型方式,采取局部渐次模锻成形顶盖的工艺方案并优化成型辅具和参数,总体方案针对性强,能满足新型顶盖性能要求。目前,新型顶盖锻件已胎模锻造、热处理结束,最终综合性能检测合格率达到了100%。

5结论

本尺寸规格锻件属于首次制造,锻件综合性能要求高。通过胎模一体成型锻造,新型顶盖性能指标合格率达到了100%。现该方案已准备在压力容器上应用,后续将根据实际执行情况进行优化并固化制造工艺,加强标准化控制管理,按工艺要求进行标准化操作,锻造成型辅具也将根据成型实际情况在后续产品制造中进行优化,最终确保产品质量稳步提升。

参考文献:

[1]聂洪轩.压力容器制造过程中的再热裂纹的预防[J].机械工程师,2013(6):195-196.

[2]汪程鹏.大型带法兰封头锻造工艺研究[D].秦皇岛:燕山大学,2009.

[3]王会波.锻造加工中摩擦特性评价方法的研究[J].机械工程师,2003(11):66-69.

[4]杨晓禹.特大型封头锻造新工艺研究[D].秦皇岛:燕山大学,2008.

[5]闫鹏程.20MnMo大型压力容器筒体的生产与检验[J].金属加工(热加工),2015(15):58-59.

作者:辛宇 单位:海军驻某地代表室

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