專利名稱：不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法
技術領域：
本發明涉及種環形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了不銹鋼錐形環鍛 件的輾軋成形方法。
背景技術：
采用不銹鋼(如0CrllNi2MoVNb等材料牌號)制造的地面燃氣輪機的錐形 環鍛件，如渦輪外環、機匣等零部件由于長期在高溫下工作，要求鍛件具有較 好的性能及組織穩定性。"大型錐形環件成型制造新工藝及其數值模擬"(王澤武等，《核動力工程》， 第28巻第2期，第69 72頁，2007年4月) 一文公開了一種錐形環件的成形 丁藝，該工藝包括制坯、加熱、軋制及后續加T.。采用該工藝軋制普通碳素鋼 的錐形環件時是把軋環機的主輥、芯輥和抱輥加工成錐形后再把錐形環坯軋制 成錐形環件的。采用該工藝軋制錐形環件，由于是靠主輥、芯輥和抱輥的錐面 形狀來確定錐形環件的錐面形狀，靠錐輥來軋制其高度，因此，只能乳制內外 環面為平整面的簡單錐形環件(如該文圖示的那樣)，而且對于錐度或高度不一 樣的錐形環件，需要更換輥型，正如該文所指出的"錐形環件不同于矩形截面環 件，在軸向上環件有一定斜度，需要重新設計主輥、芯輥和抱輥"。由此可知， 采用該工藝不可能軋制出內外環面為復雜曲面的錐形環件，而艮軋制不同形狀 的簡單錐形環件時頻繁更換輥型將會增加制造成本、延長生產周期和不利于設 備的維護保養。上述錐形環件成型制造新工藝并未公開軋制不銹鋼錐形環鍛件的具體工藝 步驟，若采用該工藝軋制不銹鋼錐形環鍛件，存在的問題如下不能軋制環面為復雜曲面并沿零件外形呈流線分布的錐形環鍛件，因此， 當需要軋制環面為復雜曲面的錐形環鍛件時，只能靠增大加工余量的方法先軋 制成該文所公布的環面為平整面的錐形環鍛件，再通過機加工成環面為復雜曲面的錐形環鍛件。這樣加工而成的錐形環鍛件，環鍛件毛坯的加工余量大，鍛件尺寸精度較差，鍛件的外形流線不能沿零件外形分布;由于加工量較大，既 費時費力和浪費大量的貴重不銹鋼材料，又切斷了鍛件的外形流線從而對鍛件 的組織和性能產生不利影響。軋制不銹鋼錐形環鍛件時，從合金棒料到最終軋制成錐形環鍛件，不銹鋼 的變形量對環鍛件的組織和性能影響很大，其變形量選擇不準，將會造成環鍛 件晶粒粗大、軋傷、軋裂、折疊、夾層等缺陷，從而影響鍛件的交付和使用。 特別是對于軋制重型燃氣輪機的機匣等大型(重量在1000kg以上)或特大型(重 量在10000kg以上)的不銹鋼錐形環鍛件，如何克服材料的熱變形抗力大，保 證材料的內部被鍛透、減少材料加工及消耗，獲得組織性能優良和沿零件外形 呈流線分布的錐形環鍛件，是當今制造業上的難題。有鑒于此，本發明提供了一種不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種準確的變形量來實現不銹鋼錐形環鍛 件精確輾軋成形的方法，采用該方法輾軋的錐形環鍛件沿零件外形呈流線分布， 并具有優良的組織和性能。為解決上述技術問題，本發明所述不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法，其 技術方案包括以下步驟把按規格下料的不銹鋼棒料加熱到變形溫度，經鐓粗使其變形75% 80% 得到實心圓餅；把所述實心圓餅沖孔使其孔徑尺寸是其外徑尺寸的15% 20% 后得到空心圓餅；加熱所述空心圓餅到變形溫度后使其被軋環變形30% 35%后得到矩形環 坯；把所述矩形環坯的上、下端面加工平整，內、外環面加工出斜度得到預軋 坯；加熱所述預軋坯到變形溫度，把所述預軋坯裝進軋環機輾軋模具，所述預 軋坯的縱向截而在輾軋模具的錐形孔型內被軋環機輾軋并按所述孔型產生連續局部塑性變形，所述預軋坯壁厚減小并沿徑向展寬被輾軋變形60% 70%后成為 錐形環鍛件。在上述步驟中，所述預軋坯的縱向截面在所述錐形孔型內按多火次輾軋變 形，最好是二至三個火次，每火次變形量是30% 40%，變形溫度是1000°C 1050。C，當構成上述錐形孔型的輾軋模具的錐形面是曲面時，輾軋成形的錐形環鍛 件的環面為曲面；當構成上述錐形孔型的輾軋模具的錐形面是平整面時，輾軋 成形的錐形環鍛件的環面為平整面。輾軋吋，上述預軋坯沿徑向的展寬速度是2mm/s 15mm/s，受到的徑向軋 制力是40000 kg 220000kg。與現有技術相比，木發明的有益效果如下本發明把按規格下料的不銹鋼棒料從鐓粗、沖孔、制矩形環坯、制預軋坯 到輾軋成錐形環鍛件的整個工藝過程，通過選用準確的變形量和使用輾軋模具 來使錐形環鍛件成形，獲得了組織均勻和性能優良的錐形環鍛件。以牌號為0CrllNi2MoVNb的不銹鋼為例，經檢測該合金錐形環鍛件不同部位的金相低倍 組織，未發現有粗晶、裂紋、傷痕、折疊、夾層等缺陷；經檢測該合金錐形環 鍛件的室溫拉伸性能，其抗拉強度為920MPa 925MPa (大于使用要求的885 MPa),其伸長率為0.2%時的屈服強度為815MPa 830MPa(大于使用要求的735 MPa)，斷后伸長率為18%(大于使用要求的12%)，斷面收縮率為69% 71%(大 于使用要求的55%);經檢測該合金錐形環鍛件的沖擊性能，其沖擊功為63J 64J (大于使用要求的55J);經檢測該合金錐形環鍛.件的布氏硬度為285 292， 滿足了使用要求。從該合金錐形環鍛件的理化檢測結果可知，釆用上述方法輾 軋成形的該合金錐形環鍛件取得了預料不到的技術效果，大大滿足了其使用要 求。本發明采用大變形鐓粗制作矩形環坯，能夠使原材料的內部被鍛透，進而 改善坯料的內部質量；預軋坯采取多火次的變形方式并通過選擇合理的每火次 變形量和變形溫度使其在輾軋過程中產生動態再結晶，從而可以實現大型或特大型不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形。本發明還通過在軋環機上安裝輾軋模具來實現不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成 形，即在軋環機的芯輥上安裝芯輥模，在其主輥上安裝主輥模，芯輥模與主輥 模合模后能夠形成用于輾軋錐形環鍛件的錐形孔型，從而把錐形環鍛件的成形 方式由主輥、芯輥和錐輥輾軋成形改進為主要由模具輾軋成形，并且通過改變 構成所述錐形孔型的輾軋模具的錐形面的形狀，便可輾軋成形不同環面形狀的 錐形環鍛件，從而使該模具能輾軋出環面為曲面或平整面的錐形環鍛件。并且，采用本方法輾軋不銹鋼錐形環鍛件，可以獲得沿零件外形分布的環面 為復雜曲面流線的錐形環鍛件，提高了錐形環鍛件的尺寸精度，從而可以實現 精確軋制，減少錐形環鍛件的機械加工余量和貴重不銹鋼材料的浪費；當輾軋 不同環面形狀的環鍛件時，只需更換輾軋模具上形成所述錐形孔型的模塊即可， 而不必更換軋環機的主輥、芯輥和抱輥等部件，從而可以降低錐形環鍛件的制 造成本、縮短生產周期并有利于設備的維護保養。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一歩詳細說明。圖1是矩形環壞的制坯工藝流程圖。圖2是預軋坯沿其中心線的縱剖面圖。圖3是預軋坯裝進輾軋模具的結構圖。圖4是預軋坯輾軋成錐形環鍛件的工藝過程圖。圖5是圖4所示的輾軋工藝過程的俯視方向示意圖。圖6是輾軋成形的錐形環鍛件-沿其中心線的縱剖面圖。圖7 (a)是圖6所示a部位的金相低倍組織圖。圖7 (b)是圖6所示b部位的金相低倍組織圖。圖8 (a)是第二種結構的輾軋模具孔型圖。圖8 (b)是采用圖8 (a)所不的輾軋模具孔型軋成的錐形環鍛件沿其中心線的縱剖面圖。圖9 (a)是是第三種結構的輾軋模具孔型圖。圖9 (b)是采用圖9 (a)所示的輾軋模具孔型軋成的錐形環鍛件沿其中心 線的縱剖面圖。圖10 (a)是第四種結構的輾軋模具孔型圖。圖10 (b)是采用圖10 (a)所示的輾軋模具孔型軋成的錐形環鍛件沿其屮 心線的縱剖面圖。
具體實施方式
實施本發明所述的不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法需要提供鍛造加熱 爐、壓力機、軋環機、吊裝機等設備。下面以牌號為0CrllM2MoVNb的不銹鋼為例來詳細說明該方法的具體實施方式
；該不銹鋼的主要化學元素含量(重量百分比)為.*含C量0.05% 0.09%、 含Cr量10.05% 12.00%、含Mo量0.35% 0.50 /。、含Nb量0.05% 0.15%、 含V量0.15% 0.25%、含Ni量1.40% 1.80%、含Si量^0.60%、含Mn量^0.60°/0、 含Cu量^).300/。、含S量50.020/。、含P量50.03n/。、此外還含有其他微量元素、 余量為Fe。該合金從棒料到生產出合格的錐形環鍛件的工藝步驟如下步驟1:矩形環壞的制坯。如圖1所不，把按規格下料的牌號為0CrllNi2MoVNb的不銹鋼棒料1在鍛造加熱爐內加熱到1000°C 1180°C，在鍛 壓機上鐓粗使其變形75% 80%得到到實心圓餅2，接著把實心圓餅2用沖頭4 沖出中心孔得到空心圓餅3，所述空心圓餅3的內徑尺寸是其外徑尺寸的15% 20%;把空心圓餅3再加熱到上述溫度后裝進軋環機輾軋使其變形30% 35%后 得到矩形環坯5。在上述步驟1中，采用上述變形方式制作的矩形環坯5能夠獲得均勻的組 織，避免產生晶粒粗大、裂紋等缺陷，特別是大變形鐓粗能夠使原材料的內部被鍛透，進而改善坯料的內部質量。步驟2:預軋坯的制坯。如圖2所示，采用機加工把矩形環坯5的上、下端面去掉毛邊和加工平整，并把其內環面加工成具有高度b的直面和斜度為p的斜面，把其外環面加丁成具有高度h2的直面和斜度為卩的斜面，制成帶斜度的 預軋坯IO，所述高度^和h2根據錐形環鍛件的尺寸和形狀確定，所述斜度卩的值為8° 12°。在上述步驟2中，把預軋坯10加工成帶有8° 12°的斜度，既不會浪費太多 的合金材料，又滿足了輾軋錐形環鍛件的斜度要求。 步驟3:錐形環鍛件的輾軋成形先把預軋坯iO在鍛造加熱爐內加熱到1000。C 118(TC后裝迸由主輥模和芯 輥模組成的輾軋模具，如圖3所示，把該預軋坯10吊裝在芯輥模的內型模塊16 上并平放在軋環機的底盤上(圖中未示出)，所述芯輥模由內型模塊16、芯套 21、壓環22通過螺母23和芯輥鍵24固定在芯輥12上；啟動軋環機使其主輥 13按圖3所示方向旋轉，然后使芯輥12向主輥13方向平移靠近主輥13后芯輥 模與主輥模合模，所述主輥模由下端蓋19、外型模塊17、上端蓋18通過主輥 套20和主輥鍵25固定在主輥13上，所述內型模塊16和外型模塊17的外周面 與所述上、下端蓋18和19圍成錐形孔型11，預軋坯10的縱向截面處于該錐形 孔型11內；同時由軋環機驅動上、下錐輥14和15按圖3所示方向轉動并準備 夾持住預軋坯10的上、下端面，使軋環機的兩個抱輥26 (如圖5所示)扶持住 預軋坯10外周面的底部大岡周面；主輥13驅動預軋坯10、芯輥12和兩個抱輥26按圖4和圖5所示的方向轉 動，這時轉動的上、下錐輥14和15夾持住轉動的預軋坯10的上、下端面與其 一起轉動；芯輥12沿徑向朝主輥13方向作進給運動使芯輥12和主輥13以 40000kg 220000kg的軋制力在其錐形孔型11內輾軋預軋坯10，預軋坯10以 2mm/s i5mm/s的速度沿徑向展寬，其壁厚逐漸減小，上、下錐輥14和15以 及兩個抱輥26隨著預軋壞10的徑向展寬而外移；預軋坯10在錐形孔型11內被輾軋產生連續局部塑性變形，預軋坯10經過二至三個火次的輾軋變形并把每火次變形量控制在30% 40%，變形溫度控制在 100(TC 105(TC，最后預軋坯IO在錐形孔型11內變形60% 70%后成為錐形環 鍛件27，所冇轉動部件停止后移開主輥13、錐輥14和15、兩個抱輥26以及壓 在芯輥12頂部的軋環機懸臂，從芯輥頂部取出錐形環鍛件27。在上述步驟3中，把預軋坯10的多火次變形的每火次變形量控制在30% 40%，變形溫度控制在1000°C 1050°C，可以充分利用該合金較寬的變形溫度 范圍使其在輾軋過程中產生動態再結晶，從而獲得良好的組織和性能。 在上述步驟1和步驟3中，該不銹鋼的終軋溫度不小于850°C 。 如圖6所示，錐形環鍛件27的外環面是由其上部c的外環直面、中部d的 外環斜面以及下部e的外環直面按照c、 d、 e的順序通過岡弧自然過渡連接在一 起的曲面，其內環面是由其上部c的內環直面、中部d的內環斜面以及下部e 的內環直面按照c、 d、 e的順序通過圓弧自然過渡連接在一起的曲面。按照GB 226《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗方法》檢測，該合金錐形環鍛 件的金相低倍組織如7 (a)、圖7 (b)所示，圖7 (a)和圖7 (b)的試樣分別 取自圖6中的a和b部位，在上述低倍組織圖上均未發現有粗晶、裂紋、傷痕、 折疊、夾層等缺陷。按照GB/T 228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》檢測，該合金錐形環鍛件的 室溫抗拉強度為920MPa 925MPa，其伸長率為0.2%時的屈服強度為815MPa 830MPa，斷后伸長率為18%,斷面收縮率為69% 71%。按照GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》檢測，該錐形環鍛件的沖擊 功為63 J 64J。按照GB/231《金屬布氏硬度試驗方法》檢測，該錐形環鍛件的布氏硬度為 285 292。上述理化檢測結果表明，采用上述方法輾軋成形的該合金錐形環鍛件具有 優良的內部組織和性能，完全滿足了該合金鍛件的使用要求。圖8 (a)示出了軋制圖8 (b)所示的錐形環鍛件27a的輾軋模具的錐形孔 型ir的結構，在圖8 (a)中，只需把圖3或圖4中的內型模塊16和外型模塊17分別換成內型模塊163和外型模塊17"即可，輾軋成形的錐形環鍛件273的內 外環面均為平整面。圖9 (a)示出了軋制圖9 (b)所示的錐形環鍛件27b的輾軋模具的錐形孔 型llb的結構，在圖9 (a)中，只需把圖3或圖4中的內型模塊16和外型模塊 17分別換成內型模塊16b和外型模塊17b即可。錐形環鍛件27b的外環面是由其 上部c'的凸起環的外環面、中部cT的外環斜面以及下部e'的凸起環的外環面通 過圓弧自然過渡連接在一起的復雜曲面，其內環面是由上部c'的內環直面和中 部d'、下部e'的內環斜面通過圓弧自然過渡連接的曲面。圖10 (a)示出了軋制圖10 (b)所示的錐形環鍛件27e的輾軋模具的錐形 孔型lie的結構，在圖10(a)中，只需把圖3或圖4中的內型模塊16和外型模 塊17分別換成內型模塊16e和外型模塊171卩可。輾軋成形的錐形環鍛件27、 其內環面是由該鍛件g、 i、 k部位的內環直面和h、 j部位的內環斜面以g、 h、 i、 j、 k部位的順序通過圓弧自然過渡連接的曲面，其外環面是山該鍛件g、 i、 k 部位的外環直面和h、 j部位的外環斜面以g、 h、 i、 j、 k部位的順序通過圓弧自 然過渡連接的曲面。從圖8 (a)、圖9 (a)和圖10 (a)可以看出，采用上述輾軋成形方法和輾 軋模具輾軋不同截面的不銹鋼錐形環鍛件是很方便的。當輾軋成形的錐形環鍛 件的尺寸不大時，上述步驟2可以通過脹形得到錐形預軋坯再輾軋成錐形環鍛 件；當輾軋成形的錐形環鍛件的尺寸和錐度不大時，上述步驟2中的預軋坯可 以是矩形預軋坯，即從矩形預軋坯直接輾軋成錐形環鍛件。本發明所述的輾軋 成形是把環鍛件的預軋坯通過輾軋模具軋制成環鍛件的成形方式。
權利要求
1. 一種不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法，其特征在于，包括以下步驟把按規格下料的不銹鋼棒料加熱到變形溫度，經鐓粗使其變形75％～80％得到實心圓餅；把所述實心圓餅沖孔使其孔徑尺寸是其外徑尺寸的15％～20％后得到空心圓餅；加熱所述空心圓餅到變形溫度后使其被軋環變形30％～35％后得到矩形環坯；把所述矩形環坯的上、下端面加工平整，內、外環面加工出斜度得到預軋坯；加熱所述預軋坯到變形溫度，把所述預軋坯裝進軋環機輾軋模具，所述預軋坯的縱向截面在輾軋模具的錐形孔型內被軋環機輾軋并按所述孔型產生連續局部塑性變形，所述預軋坯壁厚減小并沿徑向展寬被輾軋變形60％～70％后成為錐形環鍛件。
2、 按照權利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預軋坯的縱向 截面在所述錐形孔型內按多火次輾軋變形，每火次變形量是30% 40%，變形溫 度是1000。C 1050。C。
3、 按照權利要求2所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預軋坯的縱向截面在所述錐形孔型內按二至三個火次輾軋變形。
4、 按照權利要求1或2所述的輾軋成形方法，其特征在于構成所述錐形孔型的輾軋模具的錐形面是曲面。
5、 按照權利要求1或2所述的輾軋成形方法，其特征在于構成所述錐形孔型的輾軋模具的錐形面是平整面。
6、 按照權利要求1或2所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預軋坯沿 徑向的展寬速度是2 mm/s 15mm/s。
7、 按照權利要求1或2所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預軋坯受 到的徑向軋制力是40000 kg 220000kg。
8、 按照權利要求6所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預軋坯受到的 徑向軋制力是40000 kg 220000kg。
全文摘要
本發明公開了一種不銹鋼錐形環鍛件的輾軋成形方法，為獲得組織和性能優良的該合金錐形環鍛件和實現精確軋制，該方法包括以下步驟合金棒料經加熱鐓粗變形75％～80％制成實心圓餅再沖孔使其孔徑尺寸是其外徑尺寸的15％～20％后制成空心圓餅；所述空心圓餅經加熱軋環變形30％～35％后制成矩形環坯并把該環坯加工成帶斜度的預軋坯；所述預軋坯經加熱裝進軋環機輾軋模具并在該模具的錐形孔型內輾軋變形60％～70％后成形為錐形環鍛件。輾軋時，上述預軋坯沿徑向的展寬速度是2mm/s～15mm/s，受到的徑向軋制力是40000kg～220000kg。該方法主要用于地面燃氣輪機錐形環鍛件的成形，采用該方法可以獲得沿零件外形呈流線分布的環面為復雜曲面的錐形環鍛件。
文檔編號B21H1/06GK101279347SQ20081006872
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月23日 優先權日2008年4月23日
發明者劉朝輝, 吳永安, 田永軍 申請人:貴州航宇科技發展有限公司