軋制技術(shù)在石化筒體鍛件制造上的應(yīng)用

文/任秀鳳·山東伊萊特重工股份有限公司曲在文·第一重型機(jī)械集團(tuán)公司水壓機(jī)鍛造廠

軋制技術(shù)在石化筒體鍛件制造上的應(yīng)用

文/任秀鳳·山東伊萊特重工股份有限公司曲在文·第一重型機(jī)械集團(tuán)公司水壓機(jī)鍛造廠

任秀鳳，副總工兼技術(shù)研發(fā)中心總經(jīng)理。負(fù)責(zé)公司技術(shù)革新項(xiàng)目的策劃和實(shí)施，新產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量提升等工作。主持開發(fā)的《殺菌釜用法蘭鍛件項(xiàng)目》獲章丘市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，帶領(lǐng)的《大型精密鍛件成形技術(shù)與裝備》被評(píng)為濟(jì)南市優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。獲得實(shí)用新型專利18項(xiàng)，發(fā)明專利2項(xiàng)。

在當(dāng)今裝備制造業(yè)高速發(fā)展的時(shí)代，軋制技術(shù)不僅應(yīng)用在軋制鋼板、型材上，而且在軋制大型石化筒體鍛件上取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，采用水壓機(jī)、油壓機(jī)鍛造的大型石化筒體鍛件大有被鍛造+軋制的工藝所取代之勢(shì)。目前這種大型筒體軋制設(shè)備在意大利、韓國、中國已經(jīng)投入量產(chǎn)，并且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。大型筒體軋制設(shè)備主要有立式（圖1）和臥式（圖2）兩種，立式筒體軋制設(shè)備軋出的筒體鍛件有尺寸精確、表面光潔度好等特點(diǎn)，而臥式筒體軋制設(shè)備在筒體鍛件吊裝上比較方便。無論是立式還是臥式設(shè)備軋制的筒體鍛件在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)效率上都比傳統(tǒng)鍛造的筒體鍛件（圖3）有了一個(gè)質(zhì)的提高，鍛造+軋制的工藝生產(chǎn)筒體鍛件必然是未來的發(fā)展趨勢(shì)。下面對(duì)軋制筒體鍛件和鍛造筒體鍛件在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)效率等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 立式筒體軋機(jī)

鍛造方面

以外徑φ6000mm、內(nèi)徑φ5320mm、壁厚t=340mm、長(zhǎng)度L=2700mm、重量128t的筒體為例。

工藝流程對(duì)比

圖2 臥式筒體軋機(jī)

圖3 在壓力機(jī)上鍛造筒體

⑴鍛造筒體：切割下料→I火鐓粗沖孔→II火芯棒拔長(zhǎng)→III火預(yù)擴(kuò)孔、平整端面→IV預(yù)擴(kuò)孔→V擴(kuò)孔出成品。

⑵鍛造+軋制筒體：切割下料→I火鐓粗沖孔→II火芯棒拔長(zhǎng)→III火預(yù)擴(kuò)孔→IV軋制出成品。

前兩火次兩種方法完全一樣，由于筒體軋機(jī)（立式軋機(jī)）上、下有兩個(gè)軋制端面的錐輥，在軋制工作時(shí)可以起到平整端面的作用，所以筒體鍛件不需要在壓力機(jī)上去平整端面，這樣可以節(jié)省半個(gè)火次，約1小時(shí)的鍛造時(shí)間。且筒體軋機(jī)由于是機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，所以較壓力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度快、壓下量均勻、筒體尺寸易于控制，因此在擴(kuò)孔出成品時(shí)筒體軋機(jī)效率非常高，30分鐘即可完成成品火次。而壓力機(jī)鍛造筒體需要兩個(gè)火次才能完成擴(kuò)孔鍛造，特別是筒體最后接近成品尺寸時(shí)，鍛造時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，一般有1個(gè)小時(shí)，而且因?yàn)槊恳诲N壓下量不同，極易產(chǎn)生橢圓，最后又增加一次校圓工序。

鍛造余量

⑴鍛造筒體：在粗加工取樣圖的基礎(chǔ)上加鍛造余量。粗加工圖尺寸（是指筒體鍛件在滿足粗加工圖的基礎(chǔ)上去調(diào)質(zhì)熱處理，內(nèi)、外徑尺寸是考慮到熱處理變形量，而長(zhǎng)度則是加上檢驗(yàn)試料尺寸）是外徑φ6025mm、內(nèi)徑φ5285mm、壁厚t=370mm、長(zhǎng)度L=2840mm、粗加工重147t。

筒體鍛件尺寸是外徑φ6105mm、內(nèi)徑φ5165 mm、壁厚t=470mm、長(zhǎng)度L=3040mm。鍛件重199t。所需鋼錠重：306t，如圖4所示。

⑵鍛造+軋制筒體：外徑φ6060mm、內(nèi)徑φ5250mm、壁厚t=405mm，長(zhǎng)度L=2890mm。鍛件重：163t。所需鋼錠重：250t。

因?yàn)檐堉仆搀w鍛件（圖5）表面光潔度非常好，特別是立式軋制筒體鍛件表面幾乎沒有氧化鋼皮，可以直接調(diào)質(zhì)熱處理，而不影響鍛件的熱處理性能，所以軋制筒體鍛件在生產(chǎn)流程上可以取消粗加工，軋制筒體鍛件可以直接在精加工圖上加、減外、內(nèi)圓余量，長(zhǎng)度上由軋機(jī)上、下錐輥的控制，只加50mm余量。

圖4 壓力機(jī)鍛造的筒體

圖5 筒體軋機(jī)軋制的筒體

熱處理方面

工藝流程對(duì)比

⑴鍛造筒體：鍛后熱處理→粗加工→探傷→焊緩沖塊→調(diào)質(zhì)熱處理→性能檢驗(yàn)→半精加工→精加工。

⑵鍛造+軋制筒體：鍛后熱處理→焊緩沖塊→調(diào)質(zhì)熱處理→性能檢驗(yàn)→半精加工→探傷→精加工。

機(jī)械性能對(duì)比

由于軋制筒體鍛件最后一火次是靠軋機(jī)軋制而成，相對(duì)壓力機(jī)鍛造來講，單道次壓下量小，平均每道次約為3～5mm，業(yè)界對(duì)軋制筒體的性能有的持懷疑的態(tài)度，但實(shí)際上筒體鍛件在前三火次都是大變形量鍛造，在機(jī)理上已經(jīng)完成了鑄造組織的打碎、疏松的壓實(shí)、晶粒的細(xì)化，完全實(shí)現(xiàn)的鍛造纖維組織，可以通過熱處理實(shí)現(xiàn)筒體鍛件的各項(xiàng)理化檢驗(yàn)。

表1 21/4Cr-1Mo-1/4V力學(xué)性能指標(biāo)

表2 5件筒節(jié)力學(xué)性能對(duì)比分析

以材質(zhì)21/4Cr-1Mo-1/4V為例，選取同一項(xiàng)目中的5件筒節(jié)（2件軋制、3件鍛制）進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比分析,詳見表1,2。

結(jié)論

⑴采用鍛造+軋制的工藝方案比鍛造的筒體節(jié)省材料18%。

⑵采用鍛造+軋制的工藝方案比鍛造的筒體生產(chǎn)周期可縮短10天（主要是加熱時(shí)間、由于鍛造余量的減少所縮短的加工時(shí)間、采用毛坯調(diào)質(zhì)所減少的一次粗加工時(shí)間及鍛件倒運(yùn)時(shí)間）。

⑶采用鍛造+軋制的工藝方案比鍛造的筒體可節(jié)約大量的加熱能源（由于鋼錠重量減少而縮短加熱保溫時(shí)間）。

⑷采用鍛造+軋制的工藝方案完全可滿足技術(shù)條件的要求，完全可以替代鍛造筒體，只是軋制筒節(jié)強(qiáng)度高于鍛制筒節(jié)強(qiáng)度約1～20MPa。軋制筒節(jié)沖擊平均值略低于鍛制筒節(jié)沖擊平均值，兩者沖擊值都高于技術(shù)指標(biāo)54J。