压力容器厚截面顶盖锻件制造工艺研究范文

本站小编为你精心准备了压力容器厚截面顶盖锻件制造工艺研究参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

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