核电异形管板锻件的锻造工艺研究.pdf

大型铸锻件 HE AVY C AS T I NG AND F OR GI NG No 4 J u l y 2 0 1 5 核 电异形管板锻件 的锻造 工艺研究 李 雪 高 伟 宋现洲 。 杜 军 杨跃飞 徐航 涛 岳振 宇 ( 1 中信重工机械股份有限公司， 河南 4 7 1 0 3 9 ； 2 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司， 河南 4 7 1 0 3 9 ) 摘要： 针对 2 0 Mn M o钢锻件的规格及性能要求， 分析了锻造工序的难点， 采用仿形法与旋压法结合， 并对变 形过程进行数值模拟， 制定出了合理的制造工艺， 成功锻造出核电异形管板锻件。 关键词： 2 0 Mn Mo ； 异形管板； 锻造工艺 中图分类号 ： T G 3 1 6 3 文献标 志码 ： B Re s e a r c h o n F o r g in g Pr o c e s s o f Nu c l e a r P o we r S p e c ia l s h a p e d Tu b e S h e e t Fo r g in g s Li Xu e，Ga o W e i，S o n g Xi a n z h o u，Du J u n，Ya n g Yu e f e i，Xu Ha n g t a o，Yu e Zh e n y u Ab s t r a c t ： Ag a in s t t h e s p e c ifi c a t io n a n d t h e p e r f o r ma n c e r e q u ir e me n t s o f 2 0 Mn Mo s t e e l f o r g in g s ，t h e d iffi c u l t ie s o f f o r g in g p r o c e s s h a v e b e e n a n a l y z e d B y c o mb in in g t h e p r o fi l in g me t h o d a n d t h e s p in n in g me t h o d，t h e n u me r ic a l s imu l a - t io n o f d e f o r ma t io n p r o c e s s h a s b e e n p e r f o rm e d Me a n wh il e ，t h e r e a s o n a b l e ma n u f a c t u ri n g p r o c e s s h a s b e e n p r e p a r e d a n d t h e n u c l e a r p o w e r s p e c i a l - s h a p e d t u b e s h e e t f o r g i n g s h a v e b e e n ma n ufa c t u r e d s u c c e s s f u l l y Ke y wo r d s： 2 0 Mn Mo ；s p e c ial s h a p e d t u b e s h e e t ；f o r g in g p r o c e s s 汽水分离再热器 ( MS R) 是核电站常规岛设 备再热系统中的一个大型关键设备， 而汽水分离 再热器的管板组合系统作为该装备的关键部件， 结构复杂 ， 技术要求十分严格。因此 ， 我公司针对 此批管板的外形特点， 在传统的管板锻造工艺基 础上 ， 结合仿形锻造法 ， 成功锻造出带有凹槽 的异 形管板锻件。 1 异形管板传统锻造工艺 管 板 粗 加 工 尺 寸 如 图 1所 示。材 质 为 2 0 M n M o 。用户要求在水口端取样做性能检测， 因 此， 水口端凹槽处存有试环， 壳程侧( 冒口端) 内 有 2 2 4 0 mm1 5 0 mm的凹槽。按采购规范要 求 ， 管板整个截面上的金属应锻透 ， 并宜锻至接近 成品零件 的形状和尺寸。传统的管板锻造工艺主 要 以镦粗旋压为主， 锻成圆饼子形状后 ， 再机械加 工去除凹槽处坯料。这样 ， 不但 增加了锻件 的成 本及加工工时， 而且破坏了锻件的纤维流线 ， 减短 了锻件的使用寿命。 2 异形管板仿形锻造数值模拟 l管 程 侧才 端 试 样 区 J n 、 J 1 1 曩 壳 程 侧 1 b 2 2 4 0 一 I 图 1 核电管板粗加工尺寸图 F ig u r e 1 Dime n s io n a l d r a w in g f o r r o u g h ma c h in in g o f n u c l e a r p o w e r t u b e s h e e t 需把此侧锻成平面， 而将壳程侧的凹槽压制成型。 我公 司首次采用仿形锻造工艺， 因此利用 D E F O R M软件对异形管板的成形过程进行了数值模 拟。上砧采用 9 0 0 m m窄锤 头， 下模为专用辅具 ， 其规格为O2 0 0 0 m E1 5 0 F i lm。锻造过程中采 用上砧旋压 的方案对异形管板 的成形过程进行数 值模拟。从模拟结果 可以看 出， 管板 的凹槽变形 情况可 以满足工艺要求 ， 如图 2所示。从金属变 形的过程及纤维流线分布的情况来看， 壳程侧的 纤维流线沿着产品的形状分布， 锻件力学性能得 到提高， 延长了产品的使用寿命。 用户要求在管程侧凹槽处取一试环， 锻造时 3 管板仿形锻造生产过程 收稿 日期 ： 2 O 1 4 一 l 1 6 作者简介 ： 李雪 ( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 ， 工程师 ， 主要研究 方向 为大型核电加氢锻件。 锻造生产中， 以数值模拟结果为参考依据， 采 用规格为02 0 0 0 mm x 1 5 0 ml n的圆板辅具锻压 出凹槽部分 E 1 ， 并对锻造过程进行 了调整 ， 成功 3 7 NO 4 J u l y 2 0 1 5 大型铸锻件 HE AVY C AS rI I NG AND F OR GI NG 大块渣铁块状渣铁 碎铁 粒铁 下 t t t f f f 存 f 电炉渣一落锤破碎_ + 磁盘初选一 _ + 二道锷破 + 二 道 筛 选 一 尾 渣 ( 3 0 m m ) 萎 螺 旋 锥 破 _ 粒 渣 ( 10 m m ) l I l 山 转炉渣一水淬J 铁粉一 磁选料一 铁泥 图 3 钢渣破碎磁选 F ig u r e 3 C r u s h a n d ma g n e t ic s e l e c t io n f o r s t e e l s l a g 匝匿 j 困一医 一医 至 圃 3 。 两种 原因 促使了 余留 钢尾 渣量在7 万吨 左 I 自 堕整I 迨鉴垫鉴 l 图4白渣造球流程图 F ig u r e 4 T h e fl o w c h a r t o f w h it e s l a g p e l l e t iz in g 圃 圆 薹 一 圆一 匿圃 一 圃 匮 莶 口 匦 圃 匪 垂 垂 圃一匡至 亘 亘 困 图 5 湿法压球机流程图 F igu r e 5 T h e fl o w c h a r t o fw e t me t h o d p F e s s u T e b a l l ma c h in e 炼炉造渣材料。采用干式压球机将一定配比的白渣 和白灰面制成白渣球供冶炼厂初炼炉使用， 见图4 。 2 5 炼钢除尘灰分为两部分 1 0 0 利用。 2 5 1 转炉O G泥( 除尘灰) + 氧化铁皮+ 粘结剂按 _定比 例混合， 经湿式压球机生产污泥球或发泡球脱 水后供炼钢造渣脱P或造发泡渣埋弧使用， 见图5 。 2 5 2 电炉除尘灰及剩余 的转炉 O G泥直送高 炉烧结料厂 ， 做烧结原料。 2 6 钢尾渣外循环 我公司钢渣 以热废方式处置 ， 因此钢渣 自身 体积不稳定 ， 存在 自由氧化钙 ( f - C a O) ， 自由氧化 镁 ( f - M g O) 。由于渣结构致密水化很慢 ， f - C a O遇 水形成 C a ( O H) ： ， f - Mg O遇水形成 Mg( O H) ： ， 体 积膨胀 1 4 8 ， 不能直接用于建材原料 ， 故必须使 f - C a O 、 f - M g O充分消解后才能使用。 另外冶炼时对氧化渣前后放渣期的控制还没 有实现按 P成分分类存贮。渣 中 P含量平均在 0 2 以上 ， 而高炉 8 0 采用 的是俄罗斯铁精粉 ， P含量平均在 0 1 左右 ， 故配入量 仅在 1 右， 因此必须外销到钢渣深加工行业 ， 将渣充分 自 解后， 用于筑路、 制不烧砖等建材领域。 3 钢、 铁渣综合利用技术开发 技术开发本着所有固体废弃物资源以“ 全利 用 、 零排放” 最大限度地回收创利为宗 旨。 3 1 高炉水 冲渣 ， 采用立磨磨粉工艺 ， 生产 比表 面积大于 4 2 0( 3 m g的矿渣微粉 ， 直供水泥 、 商砼 或高速铁路基础建设 ， 使之获得更大的经济收益。 3 2 冶炼钢渣采取热焖工艺 ， 即红渣一热焖入缶 一打水焖渣一渣出坑一抓渣入料仓 破碎一磁选 一加工利用。 目的是将钢渣 中游离 的 C a O、 Mg O 彻底水化 自解 ， 为尾渣后期利用创造条件 。 3 3 转炉实施双渣双缶放渣操作， 将前期高 P 渣 与后期低 P渣分开管理。高 P渣分选后做铺路 原料 ， 后期低 P渣分选后全部 回用于高炉烧结溶 剂。将尾 渣 应 用 率 由 1 3 提 高 至 8 一 1 0 ， 在烧结循环利用工序 中， 达到更加理想的降 本增效结果。 3 4 螺旋 圆锥破碎代替球磨机， 将尾渣全部破碎 至 1 0 m m以下 ， 将渣 中的 F e分选得更彻底 ， 把固 体废弃物充分分解 ， 变废为宝 。 总之 ， 公司通过不断地将设备更新 改进 和不 断地对冶金废弃物进行无害化研究， 为促进资源 综合利用和清洁化生产 ， 打造绿色环保企业保驾 护航。同时也为企业本身带来更多新的经济增长 点。 编辑李韦萤 ( 上接第 3 8页) 锻件 冷却 出炉后 ， 经尺寸检验 合格发往机加工厂进行粗加工， 然后对锻件整体 进行超声检测， 一次性检验全部合格。 5 结 论 通过对这批核电异形管板锻件合理的锻造工 艺策划， 采用仿形法与旋压法