[发明专利]一种无磁钢厚壁环形锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机组或核电站用的锻件，特别涉及一种无磁钢厚壁环形锻件的制造方法。

背景技术

护环锻件是汽轮发电机组的主要部件之一，套装在转子两端部，它对转子端部绕组起着固定、保护、防止变形、位移和偏心作用。护环锻件承受转子绕组端部及自身的巨大离心力、弯曲应力及热套应力等，同时还须防止转子端部因漏磁造成损耗而影响电机效率。它是汽轮发电机组承受应力最高的部件。为了保证机组的安全运转，要求护环锻件要有足够高的强度和塑性指标、均匀的力学性能和最小的残余应力，以及具有低磁性或无磁性。具备以上条件的护环锻件必须用奥氏体无磁钢材料来制造，由于无相变奥氏体钢，不能通过传统的材料热处理方式来提高其强度，只能通过材料的冷变形强化来达到目的，冷变形强化是当护环这种环形无磁钢锻件的外形被拉长或压扁时，其内部晶粒的形状也随之被拉长或压扁，导致晶格发生畸变，使金属进一步滑移的阻力增大，因此金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，产生所谓“变形强化”现象。

现有护环锻件的冷变形强化，一般是采用高压由内向外进行“胀形”强化，内壁变形量较外壁大，由于其外圆是局部受力变形，造成了锻件内部会产生一定的残余应力，该残余应力会降低环形无磁钢锻件的实际强度、降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，还使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度，局部残余应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致锻件的破坏，因此降低和消除环形无磁钢锻件的残余应力十分必要。目前现有方法是在环形无磁钢锻件由内向外变形膨胀挤压后直接采用后期“消除应力热处理”工艺进行热处理，即将环形无磁钢锻件缓慢加热到较低温度（例如300～450℃），保温一段时间，使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。由于无磁钢锻件由内向外冷变形后残余应力较大，直接用热处理的方法只能去除部分残余应力，并不能将内应力完全去除，常常不能完全满足要求，且如果热处理次数过多、时间过长，即使残余应力值满足了要求，但是却造成了环形无磁钢锻件的强度不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的环形无磁钢锻件由内向外变形膨胀挤压后直接采用热处理工艺的制造方法容易导致环形无磁钢锻件局部残余应力还较高的上述不足，提供一种无磁钢厚壁环形锻件的制造方法,该制造方法加工出来的无磁钢厚壁环形锻件在保证强度的基础上，在很大程度上能降低锻件内部的残余应力。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种无磁钢厚壁环形锻件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、第一次由内向外冷扩，将所述环形无磁钢锻件进行第一次由内向外冷扩，控制所述环形无磁钢锻件内孔冷扩变形量，并保留一定的变形余量；

步骤二、外侧冷压，将所述环形无磁钢锻件进行外侧冷压，控制所述环形无磁钢锻件外径冷压变形量达到工艺规定尺寸要求；

步骤三、第二次由内向外冷扩，将所述环形无磁钢锻件进行第二次由内向外冷扩，使环形无磁钢锻件内孔变形余量冷扩变形至工艺规定尺寸要求；

步骤四、热处理，将冷变形强化过后的所述环形无磁钢锻件进行热处理。

优选地，所述环形无磁钢锻件进行步骤三中所述第二次由内向外冷扩后，若环形无磁钢锻件的外径不符合要求时，可以再次对环形无磁钢锻件进行所述外侧冷压，或者通过切割的方式，使环形无磁钢锻件满足工艺规定尺寸。

优选地，所述环形无磁钢锻件进行所述步骤一第一次由内向外冷扩和所述步骤三第二次由内向外冷扩时，将环形无磁钢锻件竖直放置在下冲模和上冲模之间，所述环形无磁钢锻件内孔、上冲模、下冲模相互配合，且所述环形无磁钢锻件内孔、上冲模、下冲模围成一个密封空腔，所述空腔内装有超高压液体，所述上冲模承载可调下压量的压机冲压。

环形无磁钢锻件进行的两次从内向外冷扩时，在环形无磁钢锻件内孔、上冲模、下冲模相互配合形成密封的空腔内设有超高压液体，在压机强大压力的作用下，上冲模、下冲模相向挤压环形无磁钢锻件内孔，空腔体积将会变小，进而空腔内的超高压液体体积也会相应变小而产生超高压，该超高压液体产生的超高压会反向挤压环形无磁钢锻件内孔，从而促使环形无磁钢锻件内孔直径向外变大，由于整个环形无磁钢锻件体积是一定的，则其相应的高度会变小。通过控制压机的压下量，可以实现控制环形无磁钢锻件内孔直径向外扩大的变形量，即可以实现环形无磁钢锻件第一次内孔冷扩变形并保留一定余量，第二次内孔冷扩至规定工艺尺寸。