軋制技術在石化筒體鍛件制造上的應用

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

軋制技術在石化筒體鍛件制造上的應用

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

任秀鳳，副總工兼技術研發中心總經理。負責公司技術革新項目的策劃和實施，新產品研發、產品質量提升等工作。主持開發的《殺菌釜用法蘭鍛件項目》獲章丘市科技進步三等獎，帶領的《大型精密鍛件成形技術與裝備》被評為濟南市優秀創新團隊。獲得實用新型專利18項，發明專利2項。

在當今裝備制造業高速發展的時代，軋制技術不僅應用在軋制鋼板、型材上，而且在軋制大型石化筒體鍛件上取得了突飛猛進的進步，采用水壓機、油壓機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。目前這種大型筒體軋制設備在意大利、韓國、中國已經投入量產，并且取得了巨大的經濟效益。大型筒體軋制設備主要有立式（圖1）和臥式（圖2）兩種，立式筒體軋制設備軋出的筒體鍛件有尺寸精確、表面光潔度好等特點，而臥式筒體軋制設備在筒體鍛件吊裝上比較方便。無論是立式還是臥式設備軋制的筒體鍛件在產品質量、經濟效益、生產效率上都比傳統鍛造的筒體鍛件（圖3）有了一個質的提高，鍛造+軋制的工藝生產筒體鍛件必然是未來的發展趨勢。下面對軋制筒體鍛件和鍛造筒體鍛件在產品質量、經濟效益、生產效率等方面進行對比分析。

圖1 立式筒體軋機

鍛造方面

以外徑φ6000mm、內徑φ5320mm、壁厚t=340mm、長度L=2700mm、重量128t的筒體為例。

工藝流程對比

圖2 臥式筒體軋機

圖3 在壓力機上鍛造筒體

⑴鍛造筒體：切割下料→I火鐓粗沖孔→II火芯棒拔長→III火預擴孔、平整端面→IV預擴孔→V擴孔出成品。

⑵鍛造+軋制筒體：切割下料→I火鐓粗沖孔→II火芯棒拔長→III火預擴孔→IV軋制出成品。

前兩火次兩種方法完全一樣，由于筒體軋機（立式軋機）上、下有兩個軋制端面的錐輥，在軋制工作時可以起到平整端面的作用，所以筒體鍛件不需要在壓力機上去平整端面，這樣可以節省半個火次，約1小時的鍛造時間。且筒體軋機由于是機械轉動，所以較壓力機轉動速度快、壓下量均勻、筒體尺寸易于控制，因此在擴孔出成品時筒體軋機效率非常高，30分鐘即可完成成品火次。而壓力機鍛造筒體需要兩個火次才能完成擴孔鍛造，特別是筒體最后接近成品尺寸時，鍛造時間相對較長，一般有1個小時，而且因為每一錘壓下量不同，極易產生橢圓，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上去調質熱處理，內、外徑尺寸是考慮到熱處理變形量，而長度則是加上檢驗試料尺寸）是外徑φ6025mm、內徑φ5285mm、壁厚t=370mm、長度L=2840mm、粗加工重147t。

筒體鍛件尺寸是外徑φ6105mm、內徑φ5165 mm、壁厚t=470mm、長度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、內徑φ5250mm、壁厚t=405mm，長度L=2890mm。鍛件重：163t。所需鋼錠重：250t。

因為軋制筒體鍛件（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，可以直接調質熱處理，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、內圓余量，長度上由軋機上、下錐輥的控制，只加50mm余量。

圖4 壓力機鍛造的筒體

圖5 筒體軋機軋制的筒體

熱處理方面

工藝流程對比

⑴鍛造筒體：鍛后熱處理→粗加工→探傷→焊緩沖塊→調質熱處理→性能檢驗→半精加工→精加工。

⑵鍛造+軋制筒體：鍛后熱處理→焊緩沖塊→調質熱處理→性能檢驗→半精加工→探傷→精加工。

機械性能對比

由于軋制筒體鍛件最后一火次是靠軋機軋制而成，相對壓力機鍛造來講，單道次壓下量小，平均每道次約為3～5mm，業界對軋制筒體的性能有的持懷疑的態度，但實際上筒體鍛件在前三火次都是大變形量鍛造，在機理上已經完成了鑄造組織的打碎、疏松的壓實、晶粒的細化，完全實現的鍛造纖維組織，可以通過熱處理實現筒體鍛件的各項理化檢驗。

表1 21/4Cr-1Mo-1/4V力學性能指標

表2 5件筒節力學性能對比分析

以材質21/4Cr-1Mo-1/4V為例，選取同一項目中的5件筒節（2件軋制、3件鍛制）進行力學性能對比分析,詳見表1,2。

結論

⑴采用鍛造+軋制的工藝方案比鍛造的筒體節省材料18%。

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

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

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