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

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

表2 5件筒节力学性能对比分析

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。

结论

⑴采用锻造+轧制的工艺方案比锻造的筒体节省材料18%。

⑵采用锻造+轧制的工艺方案比锻造的筒体生产周期可缩短10天（主要是加热时间、由于锻造余量的减少所缩短的加工时间、采用毛坯调质所减少的一次粗加工时间及锻件倒运时间）。

⑶采用锻造+轧制的工艺方案比锻造的筒体可节约大量的加热能源（由于钢锭重量减少而缩短加热保温时间）。

⑷采用锻造+轧制的工艺方案完全可满足技术条件的要求，完全可以替代锻造筒体，只是轧制筒节强度高于锻制筒节强度约1～20MPa。轧制筒节冲击平均值略低于锻制筒节冲击平均值，两者冲击值都高于技术指标54J。