轧制技术在石化筒体锻件制造上的应用

GXF360 2017-12-30

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轧制技术在石化筒体锻件制造上的应用

文/任秀凤·山东伊莱特重工股份有限公司曲在文·第一重型机械集团公司水压机锻造厂

任秀凤，副总工兼技术研发中心总经理。负责公司技术革新项目的策划和实施，新产品研发、产品质量提升等工作。主持开发的《杀菌釜用法兰锻件项目》获章丘市科技进步三等奖，带领的《大型精密锻件成形技术与装备》被评为济南市优秀创新团队。获得实用新型专利18项，发明专利2项。

在当今装备制造业高速发展的时代，轧制技术不仅应用在轧制钢板、型材上，而且在轧制大型石化筒体锻件上取得了突飞猛进的进步，采用水压机、油压机锻造的大型石化筒体锻件大有被锻造+轧制的工艺所取代之势。目前这种大型筒体轧制设备在意大利、韩国、中国已经投入量产，并且取得了巨大的经济效益。大型筒体轧制设备主要有立式（图1）和卧式（图2）两种，立式筒体轧制设备轧出的筒体锻件有尺寸精确、表面光洁度好等特点，而卧式筒体轧制设备在筒体锻件吊装上比较方便。无论是立式还是卧式设备轧制的筒体锻件在产品质量、经济效益、生产效率上都比传统锻造的筒体锻件（图3）有了一个质的提高，锻造+轧制的工艺生产筒体锻件必然是未来的发展趋势。下面对轧制筒体锻件和锻造筒体锻件在产品质量、经济效益、生产效率等方面进行对比分析。

图1 立式筒体轧机

锻造方面

以外径φ6000mm、内径φ5320mm、壁厚t=340mm、长度L=2700mm、重量128t的筒体为例。

工艺流程对比

图2 卧式筒体轧机

图3 在压力机上锻造筒体

⑴锻造筒体：切割下料→I火镦粗冲孔→II火芯棒拔长→III火预扩孔、平整端面→IV预扩孔→V扩孔出成品。

⑵锻造+轧制筒体：切割下料→I火镦粗冲孔→II火芯棒拔长→III火预扩孔→IV轧制出成品。

前两火次两种方法完全一样，由于筒体轧机（立式轧机）上、下有两个轧制端面的锥辊，在轧制工作时可以起到平整端面的作用，所以筒体锻件不需要在压力机上去平整端面，这样可以节省半个火次，约1小时的锻造时间。且筒体轧机由于是机械转动，所以较压力机转动速度快、压下量均匀、筒体尺寸易于控制，因此在扩孔出成品时筒体轧机效率非常高，30分钟即可完成成品火次。而压力机锻造筒体需要两个火次才能完成扩孔锻造，特别是筒体最后接近成品尺寸时，锻造时间相对较长，一般有1个小时，而且因为每一锤压下量不同，极易产生椭圆，最后又增加一次校圆工序。

锻造余量

⑴锻造筒体：在粗加工取样图的基础上加锻造余量。粗加工图尺寸（是指筒体锻件在满足粗加工图的基础上去调质热处理，内、外径尺寸是考虑到热处理变形量，而长度则是加上检验试料尺寸）是外径φ6025mm、内径φ5285mm、壁厚t=370mm、长度L=2840mm、粗加工重147t。

筒体锻件尺寸是外径φ6105mm、内径φ5165 mm、壁厚t=470mm、长度L=3040mm。锻件重199t。所需钢锭重：306t，如图4所示。

⑵锻造+轧制筒体：外径φ6060mm、内径φ5250mm、壁厚t=405mm，长度L=2890mm。锻件重：163t。所需钢锭重：250t。

因为轧制筒体锻件（图5）表面光洁度非常好，特别是立式轧制筒体锻件表面几乎没有氧化钢皮，可以直接调质热处理，而不影响锻件的热处理性能，所以轧制筒体锻件在生产流程上可以取消粗加工，轧制筒体锻件可以直接在精加工图上加、减外、内圆余量，长度上由轧机上、下锥辊的控制，只加50mm余量。

图4 压力机锻造的筒体

图5 筒体轧机轧制的筒体

热处理方面

工艺流程对比

⑴锻造筒体：锻后热处理→粗加工→探伤→焊缓冲块→调质热处理→性能检验→半精加工→精加工。

⑵锻造+轧制筒体：锻后热处理→焊缓冲块→调质热处理→性能检验→半精加工→探伤→精加工。

机械性能对比

由于轧制筒体锻件最后一火次是靠轧机轧制而成，相对压力机锻造来讲，单道次压下量小，平均每道次约为3～5mm，业界对轧制筒体的性能有的持怀疑的态度，但实际上筒体锻件在前三火次都是大变形量锻造，在机理上已经完成了铸造组织的打碎、疏松的压实、晶粒的细化，完全实现的锻造纤维组织，可以通过热处理实现筒体锻件的各项理化检验。

表1 21/4Cr-1Mo-1/4V力学性能指标

技术指标 σ0.2/MPa σb/MPa σs454℃/MPa -30℃冲击/J要求 585～760 415～620 ≥338 三个试样平均值≥54，允许其中一个试样最低值≥47

表2 5件筒节力学性能对比分析

名称工艺壁厚/mm 常温拉伸/MPa σs454℃/MPa -30℃冲击/J 模拟状态试料金相σ0.2 σb 组织晶粒度482 600 416 190/240/238 Max A 100%B 6 540 645 455 146/203/186 Min 488 605 413 265/182/178 Max B 100%B 6 535 645 453 150/67/58 Min筒节1 轧制 500 495 620 421 130/179/134 Max A 100%B 6.5 545 665 457 124/62/133 Min 505 625 421 158/157/144 Max B ＞90%B 6.5 555 665 459 126/140/72 Min筒节2 轧制 500 461 585 388 272/190/270 Max A 100%B 7 503 615 411 256/248/172 Min 456 585 391 98/247/266 Max B 100%B 7 497 613 416 238/243/268 Min筒节3 锻制 500 480 599 404 230/192/148 Max A 100%B 7 519 632 437 72/216/160 Min 479 600 402 184/165/223 Max B 100%B 7 497 622 437 160/50/274 Min筒节4 锻制 500 474 591 403 248/273/273 Max A ＞90%B 6.5 530 637 449 271/178/58 Min 488 603 410 276/280/280 Max B ＞90%B 6.5 538 645 450 156/261/279 Min筒节5 锻制 520

以材质21/4Cr-1Mo-1/4V为例，选取同一项目中的5件筒节（2件轧制、3件锻制）进行力学性能对比分析,详见表1,2。