CN113798420B - 一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法 - Google Patents
一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及护环锻造技术领域,提供了一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,包括锻造前将坯料加热保温、镦粗冲孔、预扩孔、一次芯轴拔长、旋转镦粗、二次芯轴拔长以及扩孔成型。本发明通过先镦粗冲孔,并在预扩孔后使得坯料成为空心的环形件,此时坯料中部无拉应力集中点,从而有效降低坯料在后续的一次芯轴拔长、旋转镦粗、二次芯轴拔长以及扩孔成型阶段产生锻造裂纹的风险,提高锻造后的成品的质量;同时,从第二火次之后采用阶梯式降温的方式控制坯料的锻造温度,既能为坯料的锻造变形提供塑性保障,又能避免温度过高导致的二次加热粗晶,影响成品的最终质量。
Description
技术领域
本发明涉及护环锻造技术领域,具体而言,涉及一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法。
背景技术
1Mn18Cr18N无磁护环是一种主要用于汽轮发电机上的零部件,其属于奥氏体钢,特点是合金含量高、可锻温度区间窄(约900-1180℃)、变形抗力大,采用一般的锻造方式极易开裂,需采用热锻+固溶+冷扩+消应的方式才能满足性能和使用要求,其对压机设备吨位要求很高。
现有的热锻方法有以下几种:
其一是记载于“1Mn18Cr18N钢无磁性护环锻件的试制”一文中的锻造方法,其采用三次镦粗+镦粗冲孔+扩孔+芯棒拔长+扩孔的锻造方法锻造护环;
其二是公开号为CN104338880A以及公开号为CN113275494A的两项专利文献中记载的锻造方法,上述两项专利文献中均记载了采用镦粗+冲孔+扩孔+芯棒拔长+扩孔+芯棒拔长的锻造方法锻造护环。
无论是采用上述哪种锻造方法,都是在对钢锭进行整体镦粗后再进行冲孔、扩孔或芯棒拔长的,也就是镦粗和冲孔是在不同的火次下完成的。然而,在整体镦粗过程中坯料的中心极易产生裂纹,在反复镦粗以及后续锻造过程中裂纹会进一步扩展延伸,导致锻造后的产品上残留裂纹甚至使得锻造过程无法继续进行,影响最终成品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其能够有效降低锻造过程中坯料产生裂纹的风险,提高锻造后成品的合格率以及生产效率,降低制造成本以及操作难度。
本发明的实施例通过以下技术方案实现:
一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,包括以下步骤:
S1.锻造前将坯料加热保温;
S2.锻造;
第一火次:将步骤S1中加热保温后的坯料镦粗并冲孔,并将镦粗冲孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热3h;
第二火次:对第一火次锻制得到的坯料进行预扩孔,并将预扩孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热2h;
第三火次:对第二火次锻制得到的坯料进行一次芯轴拔长,并将一次芯轴拔长后的坯料返炉后按1140℃的加热温度加热3h;
第四火次:对第三火次锻制得到的坯料进行旋转镦粗,并将旋转镦粗后的坯料返炉后按1100℃的加热温度加热2h;
第五火次:对第四火次锻制得到的坯料进行二次芯轴拔长,将二次芯轴拔长后的坯料返炉按1050℃的加热温度加热一定时间后平整坯料端面,并将平整后的坯料再次返炉按1050℃的加热温度加热1h;
第六火次:对第五火次锻制的坯料扩孔成型,并将成型后的坯料进行水冷却。
可选的,在第一火次中,采用球面镦粗板对坯料进行镦粗,使得坯料的上端面呈现高凸面;其中,镦粗比≥2。
可选的,在第五火次中,二次芯轴拔长时的单次压下量≥30mm;同时,平整坯料端面前返炉按1050℃的加热温度加热时的加热时间≤30min。
可选的,在第二火次中,将预扩孔后的坯料返炉前采用热清理的方式将坯料的内孔尖角倒钝。
可选的,在第三火次中,一次芯轴拔长的单次压下量≤20mm,并先压坯料两端后压坯料中部。
可选的,在第四火次中,旋转镦粗时的压下量为30-40mm。
可选的,在第六火次中,在进行扩孔成型前,先将坯料空冷至表面温度为980-1000℃时再进行扩孔成型。
可选的,步骤S1中,将坯料按三段式升温加热,最高加热温度为1180℃,保温时间为9-12h。
可选的,在各火次锻造前均对所需要使用的工装模具预热至300-400℃。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:
1、本发明提供的锻造方法通过先镦粗冲孔,并在预扩孔后使得坯料成为空心的环形件,此时坯料中部无拉应力集中点,从而有效降低坯料在后续的一次芯轴拔长、旋转镦粗、二次芯轴拔长以及扩孔成型阶段产生锻造裂纹的风险,提高锻造后的成品的质量。
2、本发明提供的锻造方法从第二火次之后采用阶梯式降温的方式控制坯料的锻造温度,既能为坯料的锻造变形提供塑性保障,又能避免温度过高导致的二次加热粗晶,影响成品的最终质量。
3、本发明提供的锻造方法在最后的扩孔成型阶段采用控温锻造的方式,使得坯料在锻造过程中主要受压应力,从而确保坯料在最后的控温锻造阶段不会产生裂口且使得锻造后的成品具有很好的晶粒度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的第一火次锻制后坯料的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的第二火次锻制后坯料的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的第三火次锻制后坯料的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的第四火次锻制后坯料的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的第五火次锻制后坯料的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的第六火次锻制后坯料的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
本实施例提供了一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,包括以下步骤:
S1.锻造前将坯料按三段式升温加热,最高加热温度为1180℃,保温时间9-12h;其中三段式升温加热的具体参数可参照上述背景技术中提到的现有技术中的具体参数,在此不做过多赘述。
需要说明的是,在对坯料进行升温加热前,还应将坯料的表面打磨干净并去除表面结疤。为了便于理解本实施例的锻造方法,本实施例以锻造直径为φ600mm、高度为1320mm的原始坯料进行说明。
S2.锻造,共分为六个火次,具体包括:
第一火次:将步骤S1中加热保温后的坯料镦粗并冲孔,并将镦粗冲孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热3h;镦粗冲孔所用的工装模具包括镦粗板、下平台、上下平砧、冲头以及漏模等。
其中,镦粗板为球面镦粗板,镦粗时采用球面镦粗板对坯料的上端面进行镦粗,使得坯料的上端面呈现一高度约为50mm的高凸面;镦粗比≥2;镦粗后立即用冲头先冲坯料的高凸面,并使得冲头下降约400mm深,当冲头拉起时,冲头的拉料刚好将高凸面拉平,随即将坯料翻转180°后再次利用冲头对中冲坯料的另一端面并冲穿,得到如图1所示的呈轻微单鼓型的带孔坯料,且坯料在镦粗变形时的高径比由2.2降至约0.8,此时坯料直径为φ900mm,内孔直径为φ300mm,高度为650mm,。
第二火次:对第一火次锻制得到的坯料进行预扩孔,并将预扩孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热2h;预扩孔所用的工装模具包括马架和马杠等。
通过预扩孔将镦粗冲孔后锻制得到的带孔坯料的弧形面压平,同时使得整个坯料的壁厚均匀。同时,由于在预扩孔后坯料的内孔内壁容易形成尖角,因此在将预扩孔后的坯料返炉加热前,应采用热清理的方式将坯料的内孔内的尖角倒钝,以防止下一火次锻制前内孔存在尖角的部位温度快速下降从而产生裂纹并延伸。经预扩孔后的坯料如图2所示,此时坯料的直径为φ937mm,内孔直径为φ400mm。
第三火次:对第二火次锻制得到的坯料进行一次芯轴拔长,并将一次芯轴拔长后的坯料返炉后按1140℃的加热温度加热3h;一次芯轴拔长所用的工装模具包括上平砧、下V型砧以及锥度芯棒(轴)等。
考虑到坯料在第一火次的镦粗冲孔阶段以及第二火次的预扩孔阶段的变形量均有限,此时坯料中仍存在大量的铸态组织,塑性非常差。因此,在第三火次中,一次芯轴拔长时采用快速轻压的方式进行拔长,且单次压下量≤20mm,并先压坯料温度下降较快的两端,随后再压坯料的中部位置。此外,在进行返炉加热的过程中,应通过翻面加热的方式使得坯料的两个端面受热均匀,以利于后续进行旋转镦粗锻制。经一次芯轴拔长后的坯料如图3所示,此时坯料的直径为φ785mm,长度为980mm,内孔直径为φ400mm。
第四火次:对第三火次锻制得到的坯料进行旋转镦粗,并将旋转镦粗后的坯料返炉后按1100℃的加热温度加热2h;旋转镦粗所用的工装模具包括镦粗板、上下平砧以及旋转工作台等。
在第四火次中,考虑到旋转镦粗是靠坯料局部变形的积累实现的,镦粗时如果压下量太小则会导致效率低且坯料的温度下降较快,而如果压下量太大又容易使得坯料形成折叠或明显锤印。因此在实际旋转镦粗时,压下量应控制在30-40mm,优选为30mm、35mm或40mm,且需要先镦粗坯料的一个端面后再将坯料翻转180°以镦粗坯料的另一个端面。同时,考虑到旋转镦粗后的坯料端面棱角很尖锐,因此在返炉加热前需要热清理将坯料两端的内孔以及坯料外缘一圈的棱角倒钝。经旋转镦粗后的坯料如图4所示,此时坯料的直径为φ935mm,高度为650mm,内孔直径为400mm。
第五火次:对第四火次锻制得到的坯料进行二次芯轴拔长;将二次芯轴拔长后的坯料返炉按1050℃的加热温度加热一定时间后平整坯料端面,并将平整后的坯料再次返炉按1050℃的加热温度加热1h;二次芯轴拔长所用的工装模具包括上平砧、下V型砧以及芯棒等。
需要说明的是,经过一次芯轴拔长以及旋转镦粗锻制后,此时坯料内部的铸态组织已经基本消除,坯料的塑性得到了明显改善。因此,为了便于获取到较细的晶粒,在第五火次中,二次芯轴拔长时的单次压下量≥30mm,且在拔长过程中预留部分量修整滚圆即可。同时,考虑到坯料两个端面的温度下降较快,因此还应在平整坯料端面前返炉按1050℃的加热温度加热一定时间,使得坯料的端面温度恢复到塑性温度区间范围内,使得平整后坯料的端面既平整又无开裂;作为优选地,在平整坯料端面前返炉加热的加热时间≤30min。经二次芯轴拔长后的坯料如图5所示,此时坯料的直径为φ780mm,长度为980mm,内孔直径为φ400mm。
第六火次:对第五火次锻制的坯料扩孔成型。考虑到在该火次下坯料的变形量偏小,因此在第六火次中,在进行扩孔成型前,先将坯料空冷至表面温度为980-1000℃时再进行扩孔成型,并将成型后的坯料立即入水并适当搅拌,以使得坯料快速冷却定型。扩孔成型所用的工装模具包括马架以及马杠等,且扩孔成型后的坯料如图6所示,坯料的长度为980mm,直径为φ900mm,内孔直径为φ610mm,此时的坯料即为锻造后的成品。
进一步的,在各火次锻造前应对所需要使用的工装模具进行预热,考虑到预热温度过低将使得锻造时坯料的温度下降过快,而预热温度过高将降低工装模具的强度。因此,本实施例在各火次锻造前均对所需要使用的工装模具预热至300-400℃,以提高锻造效果。
由此可见,本实施例提供的锻造方法通过先镦粗冲孔,并在预扩孔后使得坯料成为空心的环形件,此时坯料中部无拉应力集中点,从而有效降低坯料在后续的一次芯轴拔长、旋转镦粗、二次芯轴拔长以及扩孔成型阶段产生锻造裂纹的风险,提高锻造后的成品的质量。
同时,采用该锻造方法能够降低对压机的吨位要求,在一定程度上降低了制造成本,并提高了加工效率。此外,从第二火次之后采用阶梯式降温的方式控制坯料的锻造温度,既能为坯料的锻造变形提供塑性保障,又能避免温度过高导致的二次加热粗晶,影响成品的最终质量。在最后的扩孔成型阶段采用控温锻造的方式,使得坯料在锻造过程中主要受压应力,从而确保坯料在最后的控温锻造阶段不会产生裂口且有很好的晶粒度。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.锻造前将坯料加热保温;
S2.锻造;
第一火次:将步骤S1中加热保温后的坯料镦粗并冲孔,并将镦粗冲孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热3h;
镦粗时采用球面镦粗板对坯料的上端面进行镦粗,使得坯料的上端面呈现一高度值的高凸面;镦粗后立即用冲头先冲坯料的高凸面,并使得冲头下降一深度,当冲头拉起时,冲头的拉料刚好将高凸面拉平,随即将坯料翻转180°后再次利用冲头对中冲坯料的另一端面并冲穿,得到呈轻微单鼓型的带孔坯料;
第二火次:对第一火次锻制得到的坯料进行预扩孔,并将预扩孔后的坯料返炉后按1180℃的加热温度加热2h;
第三火次:对第二火次锻制得到的坯料进行一次芯轴拔长,并将一次芯轴拔长后的坯料返炉后按1140℃的加热温度加热3h;
第四火次:对第三火次锻制得到的坯料进行旋转镦粗,并将旋转镦粗后的坯料返炉后按1100℃的加热温度加热2h;
第五火次:对第四火次锻制得到的坯料进行二次芯轴拔长,将二次芯轴拔长后的坯料返炉按1050℃的加热温度加热一定时间后平整坯料端面,并将平整后的坯料再次返炉按1050℃的加热温度加热1h;
第六火次:对第五火次锻制的坯料扩孔成型,并将成型后的坯料进行水冷却。
2.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第五火次中,二次芯轴拔长时的单次压下量≥30mm;同时,平整坯料端面前返炉按1050℃的加热温度加热时的加热时间≤30min。
3.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第六火次中,在进行扩孔成型前,先将坯料空冷至表面温度为980-1000℃时再进行扩孔成型。
4.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第一火次中,采用球面镦粗板对坯料进行镦粗;其中,镦粗比≥2。
5.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第二火次中,将预扩孔后的坯料返炉前采用热清理的方式将坯料的内孔尖角倒钝。
6.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第三火次中,一次芯轴拔长的单次压下量≤20mm,并先压坯料两端后压坯料中部。
7.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在第四火次中,旋转镦粗时的压下量为30-40mm。
8.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,步骤S1中,将坯料按三段式升温加热,最高加热温度为1180℃,保温时间为9-12h。
9.根据权利要求1所述的汽轮发电机1Mn18Cr18N无磁性护环锻造方法,其特征在于,在各火次锻造前均对所需要使用的工装模具预热至300-400℃。
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