[发明专利]一种高合金钢大型环件细晶轧制成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型工件的机械加工方法，具体涉及一种高合金钢大型环件细晶轧制成形方法。

背景技术

直径超过Φ1000mm的高合金钢大型环件，广泛用作核电、石油化工装备中压力容器连接部件，其工作条件恶劣，需长期承受高温、高压，因此，对性能要求非常严格。环件轧制是生产大型环件的一种先进塑性加工工艺，它通过连续回转塑性变形可在较短时间内获得几何精度高、组织致密的高性能环件。其原理如图1所示：在驱动辊1的旋转和芯辊2的直线进给作用下，环件毛坯5连续咬入由驱动辊1和芯辊2构成的径向轧制孔型；同时，在上锥辊3和下锥辊4的旋转以及上锥辊3的向下进给作用下，环件毛坯5连续咬入由上、下锥辊构成的轴向孔型；环件5连续进径向和轴向轧制孔型，产生连续局部塑性变形而使其壁厚和高度减少、直径扩大、截面轮廓成形，获得规定的形状和尺寸。目前，环件轧制技术已广泛应用于碳素钢和低合金钢如Q345、42CrMn等材质大型环件生产，其工艺流程通常为：下料-加热-镦粗、冲孔、冲连皮制成环件毛坯-轧制成形。然而，对于高合金钢材质大型环件，由于材料热变形温度范围窄，变形抗力大，采用环件轧制工艺生产时，由于轧制过程是局部加载变形，其变形和温度分布不均匀，常导致制成形的环件存在粗晶现象，使环件性能不能满足要求。目前，高合金钢大型环件大都是采用传统的马架扩孔工艺加工，虽然能获得满足性能要求的环件，但是其工艺过程存在众多问题：(1)环件尺寸精度低，机加工余量大，加工工时消耗高；(2)需要经过多次扩孔，工人劳动强度大，生产效率低；(3)环件需要多次加热，能耗高、材料烧损量大；(4)噪音大，工作环境恶劣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高合金钢大型环件细晶轧制成形方法，该方法通过合理的锻造制坯和轧制过程优化控制，可获得晶粒细小且满足性能要求的轧制环件，提高生产效率和材料利用率、降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种高合金钢大型环件细晶轧制成形方法，其特征在于主要包括以下步骤：

(1)下料；(2)加热、保温：在加热炉中将料段从室温加热至设定的高塑性、低变形抗力的温度线Accm，并保温2小时以上；(3)锻造：将料段先滚圆拔长，然后进行第一次镦粗，再进行拔长；(4)回炉加热、保温：将拔长后锻棒回炉加热至Accm线以下50℃，保温0.5～1小时；(5)制坯：将热态锻棒镦粗、冲孔、冲连皮、平端面，制得环件毛坯；(6)轧制成形：将制好的环件毛坯放上轧环机进行轧制，轧制过程按预轧制、主轧制、整圆定径三个阶段结合温度和轧制速度进行控制。

按上述技术方案，上述高合金钢大型环件细晶轧制成形方法具体按如下步骤实现：

(1)下料：根据环件尺寸，结合火耗系数和连皮重量，计算所需下料的总重量，根据所要求的重量将原材料锯成料段；

(2)加热、保温：在加热炉中将料段从室温加热至设定的高塑性、低变形抗力的温度线Accm，并保温2小时以上；

(3)锻造：先将料段滚圆拔长，获得锻棒，长度为L＝(3～5)B，其中B为环件高度，拔长后与拔长前的长度之比也即拔长比不小于1.5，然后进行第一次镦粗，镦粗前与镦粗后的高度之比也即镦粗比不小于1.2，再进行一次拔长，拔长后锻棒的端面不能出现大于20mm的裂痕；

(4)回炉加热、保温：将拔长后的锻棒回炉加热至A_ccm线以下50℃，并保温0.5～1小时；

(5)制坯：将锻棒进行第二次镦粗，镦粗比不小于1.5，两次拔长比与两次镦粗的镦粗比的总和也即总锻造比不小于6，然后冲孔、冲连皮、平整端面，制得环件毛坯；

环件毛坯尺寸为：环件毛坯内径为d₀＝(1.05～1.15)D₂，其中D₂为芯辊工作直径；环件毛坯壁厚H₀＝λHB/B₀，其中H为目标环件壁厚，λ为轧制比，B为环件高度；为保证环件产生充分塑性变形而获得致密的晶粒组织，应取λ≥2；根据塑性变形体积不变原理可确定为其中d＝D-2H为目标环件内径，D为目标环件外径；通过计算可获得环件毛坯高度B₀和外径D₀；