CN114453539A - 一种管板锻件改锻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管板锻件改锻工艺，包括以下步骤：(1)使用加热设备加热内部存在缺陷的管板锻件；(2)在加热后的管板锻件表面覆盖保温层，使用锻压设备锻压管板锻件，锻压设备每次锻压管板锻件时，需要让管板锻件的高度变形量大于或等于10％，保压时间大于或等于10min,使管板锻件的内部缺陷得到焊合；(3)使用加热设备将锻压后的管板锻件加热，使管板锻件内部的焊合位置的原子扩散，加热完成后进行冷却；(4)将冷却后的管板锻件进行锻后热处理。本发明能够对中心部位存在疏松、缩孔等宏观缺陷的管板锻件进行改锻，让疏松、缩孔等宏观缺陷成形焊合，来改善缺陷，减少报废，以便于降低成本，节约资源。

Description

一种管板锻件改锻工艺

技术领域

本发明涉及管板锻件热加工工艺技术领域，具体为一种管板锻件改锻工艺。

背景技术

管板锻件属于实心锻件。管板锻件主要应用于压力容器设备，并且，管板锻件的主要作用是支撑固定压力容器设备中的列管。

大规格的管板锻件通常采用模铸钢锭作为原材料，作为原材料的模铸钢锭需经过冶金、锻造工序才能得到管板锻件。由于管板锻件为实心锻件，所以管板锻件的中心部位通常存在冶金、锻造过程中的疏松、缩孔等宏观缺陷，所以管板锻件难以满足超声波检测的要求而报废，以至于增大了成本，浪费了资源。

超声波检测是利用材料内部缺陷的声学性质对超声波传播的影响，非破坏性地探测材料内部缺陷的大小、形状、分布状况。在进行超声波检测时，管板锻件中心部位的缺陷通过超声波以缺陷波的形式反射到荧光屏上，其中缺陷波的波形和波幅都与缺陷的形状有关，因此可以根据缺陷波来了解管板锻件中心部位的缺陷情况。

故而，如何能够改善管板锻件中心部位的缺陷，来减少报废，是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种管板锻件改锻工艺，本发明能够对中心部位存在疏松、缩孔等宏观缺陷的管板锻件进行改锻，让疏松、缩孔等宏观缺陷成形焊合，来改善缺陷，减少报废。

为实现上述目的，发明提供如下技术方案：

一种管板锻件改锻工艺，包括以下步骤：

(1)使用加热设备加热内部存在缺陷的管板锻件；

(2)在加热后的管板锻件表面覆盖保温层，使用锻压设备锻压管板锻件，锻压设备每次锻压管板锻件时，需要让管板锻件的高度变形量大于或等于10％，保压时间大于或等于10min,使管板锻件的内部缺陷得到焊合；

(3)使用加热设备将锻压后的管板锻件加热，使管板锻件内部的焊合位置的原子扩散，加热完成后进行冷却；

(4)将冷却后的管板锻件进行锻后热处理。

优选的，在所述步骤(1)中，加热管板锻件的温度为1220-1280℃，加热管板锻件的保温时间≥A×D；其中，A＝1h/100mm；D为管板锻件的厚度尺寸，单位为mm。

优选的，在所述步骤(2)中，所述锻压设备包括用于锻压管板锻件的上砧和用于承托管板锻件的工作台，上砧覆盖管板锻件内部存在缺陷的区域。

优选的，所述上砧的表面和所述工作台的表面均采用平面。

优选的，在所述步骤(2)中，所述保温层采用岩棉。

优选的，在所述步骤(3)中，加热锻压后的管板锻件的温度为1220-1280℃，管板锻件的加热保温时间大于或等于8h。

优选的，在所述步骤(3)中，加热后的冷却方式采用空冷，冷却至管板锻件的表面温度为300-500℃。

优选的，在所述步骤(4)中，锻后热处理依次包括正火处理和回火处理。

与现有技术相比，发明的有益效果是：

1、在本发明提供的一种管板锻件改锻工艺的步骤(2)中，通过在加热后的管板锻件表面覆盖保温层，能够让管板锻件在锻压锻造的过程中，减少管板锻件的散热，从而能让管板锻件内部的原子长时间保持较高的活性，继而能够在锻压过程中帮助疏松、锁孔等缺陷的焊合。

在设置保温层的基础上，在锻压管板锻件时，让每次锻压有保压一定时间，且让管板锻件有足够的高度变形，能够利用足够的高度变形和保压时间让焊合位置的原子状态更稳定更牢固。

从而，在设置保温层、有足够的保压时间、有足够的高度变形量的共同作用下，管板锻件内部的缺陷能够得到充分的焊合，也就能够让管板锻件的内部缺陷得到愈合改善。

让得到焊合的管板锻件加热，能够让焊合位置附近的原子进一步彼此扩散，从而让焊合牢固，提高了焊合的强度和质量，从而提高了改善缺陷的效果。

所以，本发明提供的一种管板锻件改锻工艺，能够对中心部位存在疏松、缩孔等宏观缺陷的管板锻件进行改锻，让疏松、缩孔等宏观缺陷通过高温高压变形焊合，来改善缺陷，减少报废，从而能够降低成本，节约资源。

2、本发明通过在步骤(1)中，让管板锻件的加热温度为1220-1280℃，能够提高原子的活性，从而在接下来的步骤(2)的锻压变形中更有利于焊合缺陷。如果加热温度低于这一区间，原子的活性降低，将不利于焊合缺陷。如果加热温度高于这一区间，将会使管板锻件过热或过烧，过热或过烧会使管板锻件的塑性与冲击韧性显著降低，从而将妨碍缺陷的顺利焊合，也就将降低改锻效果。

3、本发明通过让上砧覆盖管板锻件内部存在缺陷的区域，不仅能够简化锻压操作，提高工作效率，还能够提高改锻效果。如果上砧不能覆盖管板锻件的缺陷范围，就需要多次调整管板锻件的位置，从而使锻压操作繁琐，降低工作效率，并且，操作越繁琐，管板锻件的温度散失越多，焊合的效果就越低，从而会降低改锻的效果。

4、本发明通过让上砧和工作台的表面都采用平面，能够让锻压出来的管板锻件中心部位缺陷压实效果更好，锻件表面也更平整，以便于减轻后续对管板锻件的粗加工、精加工的加工强度。

5、本发明通过采用岩棉作为步骤(2)中的保温层，能够方便取材、节约成本。

6、本发明通过让步骤(3)加热管板锻件的温度为1220-1280℃，能够提高管板锻件内的原子活性，以便于让焊合位置的原子进一步扩散，从而有利于提高改锻效果；如果温度低于这一区间，将会降低原子的活性，降低焊合的效果，从而将会降低改锻的效果；如果温度高于这一区间，将会出现过热或过烧，继而也将会降低改锻效果。

本发明通过让管板锻件的加热保温时间大于或等于8h，能够避免因为保温时间短，而导致原子不能充分扩散，继而导致缺陷的焊合效果降低，进而避免降低改锻效果。

7、因为空冷的冷却速度快、效率高，所以在步骤(3)加热后采用空冷的方式能够提高改锻效率。通过让空冷冷却至管板锻件的表面温度为300-500℃，能够避免因为温度过低，而导致氢原子析出产生的白点缺陷，从而也有利于提高改锻效果。

8、锻后热处理中的正火处理和回火处理能够细化晶粒，提高锻件质量。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1：

在本实施例中，管板锻件采用模铸钢锭作为原材料。

模铸钢锭作为铸造件，其内部存在疏松、缩孔等缺陷。疏松、缩孔等缺陷是铸造件的常见缺陷，尤其是在铸造件的中心部位，是存在疏松、锁孔等缺陷的高发区域。

为了改善模铸钢锭的内部缺陷，需要对模铸钢锭进行如下所述的锻造工序来改善，才能得到管板锻件。在得到管板锻件之后，需要进行超声波检测，才能判断哪些管板锻件不合格而需要改锻，哪些管板锻件合格而不需要改锻。

对模铸钢锭进行锻造工序的具体步骤如下：

(1)加热模铸钢锭：为了让模铸钢锭更容易被锻造，需要使用加热设备将模铸钢锭加热，加热能够提高模铸钢锭的塑性，让模铸钢锭更容易被锻造。

具体的，可采用燃气加热炉作为加热设备，加热模铸钢锭的加热温度为1210-1250℃。

根据JB/T 6052标准，钢铁的奥氏体转变温度为960℃左右，奥氏体的特性较软，易于变形加工。在奥氏体状态下锻造后，晶格会重组，减少内应力的产生，也有利于焊合内部缺陷，更有利于保证锻件质量。

(2)锻造成形：为了能够让加热后的模铸钢锭的内部组织更为密实，以便于让疏松、锁孔等缺陷愈合，需要使用锻压设备锻压加热后的模铸钢锭。

具体的，可使用油压机作为锻压设备。

(3)锻后热处理：锻后热处理是为了细化晶粒，消除内部应力。

在经过上述步骤(1)-(3)之后，能够将模铸钢锭内部的缺陷进行改善，从而得到管板锻件。并且，上述步骤(1)-(3)为加工管板锻件的常规加工工序。

因为作为管板锻件原材料的模铸钢锭是实心的铸造件，所以上述锻造工序不一定能够将模铸钢锭的中心部位锻造透，从而模铸钢锭在锻造后得到的管板锻件的中心部位也容易遗留疏松、缩孔等缺陷。

接下来，需要对管板锻件的中心部位进行超声波检测。经检测，如果管板锻件合格，则无需对管板锻件进行改锻处理；如果管板锻件不合格，则需要对管板锻件进行改锻，改锻工艺在实施例2中具体介绍。

实施例2：

经过实施例1的超声波检测之后，会检测出中心部位存在缺陷的管板锻件。本实施例2提供的一种管板锻件改锻工艺，能够改善管板锻件中心部位的缺陷。

一种管板锻件改锻工艺，包括如下步骤：

(1)加热管板锻件：为了方便锻造中心部位有缺陷的管板锻件，需要使用加热设备加热管板锻件，加热后的管板锻件的塑性提高，能够让管板锻件更容易被锻造。

具体的，可采用燃气加热炉对管板锻件进行加热。

具体的，加热温度为1220-1280℃。在这一加热温度区间内，更有利于提高原子的活性，从而在接下来的锻压变形步骤中更有利于焊合缺陷。加热温度低于这一区间，原子的活性降低，将不利于焊合缺陷。加热温度高于这一区间，将会使管板锻件过热或过烧，过热或过烧会使管板锻件的塑性与冲击韧性显著降低，从而将妨碍缺陷的顺利焊合，也就将降低改锻效果。

具体的，加热保温时间≥A×D。其中，A＝1h/100mm，即，在1220-1280℃内的某一温度下，每100mm厚的管板锻件的保温时间为1h；D是管板锻件的厚度尺寸，单位为mm。

(2)锻压变形：为了能够让加热后的管板锻件的内部组织更为密实，以便于让疏松、缩孔等缺陷愈合，需要使用锻压设备对加热后的管板锻件进行锻压。

在锻压管板锻件使管板锻件变形之前，需要在管板锻件的表面覆盖保温层。在锻压管板锻件使管板锻件变形时，能够让覆盖有保温层的管板锻件的表面接受锻压设备的锻压。保温层的设置，能够让刚刚经过步骤(1)加热的管板锻件少散热、慢散热，从而能让管板锻件内部的原子长时间保持较高的活性，继而能够在锻压过程帮助管板锻件内部缺陷的焊合。在同样的锻压条件下，如果管板锻件的保温效果越好，管板锻件内部缺陷焊合的效果越好。

并且，在锻压管板锻件使管板锻件变形时，需要在每次锻压时，保压一段时间，以便于让管板锻件的内部缺陷有充分的时间焊合。在同样的锻压条件下，如果保压的时间越长，管板锻件内部缺陷焊合的效果越好。

再者，在锻压管板锻件使管板锻件变形时，需要在每次锻压时，让管板锻件的高度变形量足够大，以便于让管板锻件的内部缺陷能够充分焊合。在同样的锻压条件下，如果高度变形量越大，管板锻件内部缺陷的焊合效果就越好。

从而，在设置保温层、有足够的保压时间、有足够的高度变形量的共同作用下，管板锻件内部的缺陷能够得到充分的焊合，也就能够让管板锻件的内部缺陷得到愈合改善。

优选的，保温层可采用岩棉、泡沫玻璃板、酚醛板、泡沫玻璃板等。本实施例优选使用岩棉，因为岩棉保温效果好、性价比高、容易购买。

优选的，保压的时间≥10min，如果保压时间小于10min，将会使管板锻件内部缺陷不能完全焊合，从而将会降低焊合效果，继而将不利于减少报废。

优选的，管板锻件的高度变形量≥10％。如果高度变形量小于10％，也将会使管板锻件内部缺陷不能完全焊合，从而将会降低焊合效果，继而将不利于减少报废。

锻压设备包括用于锻压管板锻件的上砧和用于承托管板锻件的工作台。上砧的表面和工作台的表面都采用平面，并且，上砧覆盖管板锻件内部存在缺陷的区域。

之所以让上砧和工作台的表面都采用平面，是因为能够让锻压出来的管板锻件中心部位缺陷压实效果更好，锻件表面也更平整，以便于减轻对管板锻件的粗加工、精加工的加工强度。

之所以让上砧覆盖管板锻件内部存在缺陷的区域，是因为如果不能覆盖管板锻件的缺陷范围，就需要多次调整管板锻件的位置，从而使锻压操作繁琐，降低工作效率，并且，操作越繁琐，管板锻件的温度散失越多，焊合的效果就越低，从而会降低改锻的效果。

具体的，锻压设备可采用油压机。油压机包括上砧块和下砧块，油压机的上砧块是用来锻压管板锻件的上砧，油压机的下砧块是用来承托管板锻件的工作台。

具体的，油压机的上砧块和下砧块的表面都需要采用平面，平面的平面度≤1mm。

具体的，油压机的上砧块需要覆盖管板锻件内部存在缺陷的范围，更具体的，为了让上砧块能尽量全部覆盖缺陷部位，上砧块的直径尺寸与缺陷范围的直径尺寸的比值≥1.1。

(3)加热扩散：管板锻件在经过上述步骤(2)的锻压变形之后，需要立即将管板锻件送入加热设备进行加热。加热能够让焊合位置附近的原子进一步扩散，从而让焊合牢固，提高了焊合的强度和质量，从而提高了改善缺陷的效果。

优选的，加热温度为1220-1280℃。在这一加热温度区间内，更有利于提高原子的活性，从而能够提高焊合效果。加热温度低于这一区间，原子的活性降低，对焊合效果的提高能力有限。加热温度过高，将会使管板锻件过热或过烧，过热或过烧会使管板锻件的塑性与冲击韧性显著降低，从而将妨碍缺陷的顺利焊合，也就将降低改锻效果。

优选的，加热保温时间≥8h。如果保温时间低于8h，可能会使缺陷不能完全焊合,造成中心部位仍存在少量超标缺陷。

具体的，加热设备还可采用燃气加热炉。

加热扩散结束后，将管板锻件从加热设备中取出冷却。

优选的，因为空冷的冷却速度快、效率高，所以冷却方式采用空冷。

并且，空冷时，需要空冷至管板锻件表面的温度为300-500℃，如果低于这一温度范围，就会使管板锻件的温度过低，管板锻件内部会因氢原子的析出出现白点缺陷。空冷至表面300-500℃之后，就要进行锻后热处理。

(4)锻后热处理：将加热扩散后的管板锻件依次进行正火和回火的热处理。正火和回火对管板锻件中心部位的疏松、锁孔缺陷不起作用，其目的是细化晶粒，为超声波检测做准备。

经过上述步骤(1)-(4)的改锻工艺处理之后，能够得到改锻后的管板锻件。

为了判断改锻后的管板锻件的中心部位的缺陷是否有改善，需要对改锻后的管板锻件进行超声波检测。

下面是改锻前后的超声波检测对比表：

其中，对于改锻后的管板锻件，在超声波探伤时反射到荧光屏上的缺陷波是平缓的，能够表明改锻后的管板锻件中没有缺陷。

故而，本发明提供的一种管板锻件改锻工艺，能够对中心部位存在疏松、缩孔等宏观缺陷的管板锻件进行改锻，让疏松、缩孔等宏观缺陷通过高温高压变形来形成焊合，来改善缺陷，减少报废，从而能够降低成本，节约资源。

实施例3：

我公司(即本申请人)锻造的一批SA508-3材质的管板锻件经超声波检测后，发现在部分管板锻件的中心位置约Φ600mm区域内均出现了连续性密集缺陷，超过了ASMEⅧDiv.2的标准要求，导致管板锻件作废。

该批管板锻件的外径尺寸为3300mm，高度为260mm，下料重量达18.5吨。为减少报废损失，采用实施例2中的改锻工艺进行改锻，具体步骤如下：

(1)加热管板锻件：使用燃气加热炉加热作废的管板锻件，加热温度1250℃，保温时间4h(A＝1h/100mm,D＝260mm,A×D＝2.6h,取大于或等于2.6h的数值，本实施例取4h)。

(2)锻压变形：使用油压机锻压管板锻件，油压机的上砧块和下砧块的表面的平面度≤1mm。且使用锻压面直径为1.5m的上砧块(或者，在上砧块的锻压面为正方形或者长方形时，使用宽度为1.5m的上砧块)，足够覆盖锻件中心约Φ600mm缺陷范围(1.5m与600mm的比值为2.5，2.5大于1.1)。

在锻压管板锻件之前，在管板锻件的表面覆盖岩棉。在锻压管板锻件时，需要在每次锻压时，保压15min，并且需要让管板锻件的高度从260mm镦粗至220mm，高度变形量约为15％。

(3)加热扩散：管板锻件在经过上述步骤(2)的锻压变形之后，需要立即将管板锻件送入燃气加热炉进行加热。加热温度1250℃，在1250℃保温10h。加热结束后，将管板锻件从燃气加热炉中取出，空冷至管板锻件的表面约300℃。

(4)锻后热处理：将加热扩散后的管板锻件依次进行正火和回火的热处理。正火温度为920℃，保温时间为12h。回火温度为660℃，保温时间为20h。

经过上述步骤(1)-(4)的改锻工艺处理之后，能够得到改锻后的管板锻件。

为了判断改锻后的管板锻件的中心部位的缺陷是否有改善，需要对改锻后的管板锻件进行超声波检测。超声波检测的结果显示，管板锻件的中心部位无任何缺陷波显示，表明管板锻件中心部位的缺陷已经完全愈合。

通过本实施例3的实际试验可验证本发明提供的一种管板锻件改锻工艺的可行性。本发明提供的一种管板锻件改锻工艺，能够对中心部位存在疏松、缩孔等宏观缺陷的管板锻件进行改锻，让疏松、缩孔等宏观缺陷成形焊合，来改善缺陷，减少报废，解决了管板锻件报废率较高的难题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使用加热设备加热内部存在缺陷的管板锻件；

(2)在加热后的管板锻件表面覆盖保温层，使用锻压设备锻压管板锻件，锻压设备每次锻压管板锻件时，需要让管板锻件的高度变形量大于或等于10％，保压时间大于或等于10min,使管板锻件的内部缺陷得到焊合；

(3)使用加热设备将锻压后的管板锻件加热，使管板锻件内部的焊合位置的原子扩散，加热完成后进行冷却；

(4)将冷却后的管板锻件进行锻后热处理。

2.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，加热管板锻件的温度为1220-1280℃；

加热管板锻件的保温时间≥A×D；

其中，A＝1h/100mm；

D为管板锻件的厚度尺寸，单位为mm。

3.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述锻压设备包括用于锻压管板锻件的上砧和用于承托管板锻件的工作台，上砧覆盖管板锻件内部存在缺陷的区域。

4.如权利要求3所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，所述上砧的表面和所述工作台的表面均采用平面。

5.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述保温层采用岩棉。

6.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，加热锻压后的管板锻件的温度为1220-1280℃，管板锻件的加热保温时间大于或等于8h。

7.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，加热后的冷却方式采用空冷，冷却至管板锻件的表面温度为300-500℃。

8.如权利要求1所述的一种管板锻件改锻工艺，其特征在于，在所述步骤(4)中，锻后热处理依次包括正火处理和回火处理。