一种核电主管道用直管锻坯的模具工装以及锻造方法

摘要

本发明公开了一种核电主管道用直管锻坯的模具工装，包括用于锻造形砧的上模和用于修整管嘴的下模，上模和下模通过定位槽匹配连接。本发明还公开了一种核电主管道用直管锻坯的锻造方法，包括如下步骤，以奥氏体不锈钢为坯料，车削钢锭引锭板和钢锭表层，并碳刨倒圆角；然后对车白后的钢锭表面预变形；然后将锻坯两次次镦粗、拔长并号印开坯；预成型管身和管嘴法兰，回炉保温950℃～1050℃；然后对得到的锻坯修整。采用本发明提供的核电主管道用直管锻坯的模具工装对锻坯的修整操作，操作简单，既能修整锻坯外形，减少锻造加工余量，缩短产品加工周期，降低产品制造成本；还能保证管嘴足够的变形量有效的控制和细化晶粒，提高产品的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电主管道用直管锻坯的模具工装以及锻造方法。

背景技术

美国西屋公司设计的第三代先进AP1000压水堆核电技术是目前世界上二代、二代加核电技术的更新换代机型，其主要优点是使用寿命从以前的40年增加到了60年，单堆装机容量达到125万千瓦。AP1000主管道由二代、二代加的不锈钢分段铸件焊接形式改为超低碳加氮奥氏体不锈钢带管嘴一体化大口径弯管，每个回路包括两根热段、四根冷段、五根波动管，而且由于采用整体锻造管，不存在焊缝，也大大降低了核电站在役检查工作量。AP1000主管道设计理念的创新，对钢的化学成分、晶粒度控制以及后续弯管的椭圆度、减薄量等技术指标提出了更高的要求，堪称世界级的技术难题。按常规的制造方法虽可满足要求，但制造难度大，加工余量大，生产周期长。

主管道锻件由于没有同素异构转变，晶粒度尺寸不能用热处理方法细化，只能靠所选用的锻造过程的工艺参数来控制；避免无锻比锻造和控制终锻温度是保证主管道锻件晶粒组织合格的两种常用方法。

主管道锻件在锻造温度区间晶粒容易长大，如锻造时没有足够的变形量，晶粒将迅速长大到不可接受的程度。且主管道锻件可锻性差，最后一火的变形量往往难以保证；而主管道锻件热处理时没有相变，不能通过后续热处理来细化晶粒，锻压时的终锻温度≥850℃。

现有锻压技术中一直采用1镦2拔工序，具体工序为：拔长→镦粗、拔长→号印拔长→完工。锻造过程中因变形量大，锻件容易产生裂纹，并且采用空气冷却，裂纹清理周期长，最后一火，也就是第八火的变形量往往难以保证。且实际产品晶粒度仅为3.5-4级，比要求的≥2.7级富裕量稍不足。这种方法生产锻件加工余量大，产品制造成本高，生产周期长。

发明内容

为了简化锻造工艺，节约生产成本，提高产品质量，缩短产品加工周期，本发明提供一种核电主管道用直管锻坯的模具工装以及锻造方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种核电主管道用直管锻坯的模具工装，包括用于锻造形砧的上模和用于修整管嘴的下模，所述上模和所述下模通过定位槽匹配连接。

作为优选，所述定位槽设置在所述上模上。

作为优选，所述定位槽设置在所述下模上。

为了解决以上技术问题，本发明还公开了一种核电主管道用直管锻坯的锻造方法，包括如下步骤，

步骤(1)：以奥氏体不锈钢为坯料，车削钢锭引锭板和钢锭表层，并碳刨倒圆角；

步骤(2)：对步骤(1)对车白后的钢锭表面预变形；

步骤(3)：对步骤(2)得到的锻坯两次次镦粗、拔长并号印开坯；

步骤(4)：对步骤(3)得到的锻坯，预成型管身和管嘴法兰，然后回炉保温950℃～1050℃，

步骤(5)：采用权利要求1所述的核电主管道用直管锻坯的模具工装对步骤(4)得到的锻坯修整。

作为优选，步骤(1)中采用冷态车白的方式去除钢锭以及钢锭引锭板表面的黑皮。

作为优选，步骤(2)中变形量为30～50mm。

作为优选，步骤(3)包括以下步骤：将所述锻坯冷却至室温，清理锻造过程中锻坯产生的裂纹。

作为优选，采用水冷的方式将所述锻坯冷却至室温。

作为优选，所述步骤(5)中对步骤(4)得到的锻坯修整过程是：将所述锻坯放入下模中，将所述下模和所述锻坯整体放置在压机的台面上，对准后，安装所述上模，所述上模通过定位槽配合所述下模，所述上模和所述下模共同包容锻坯，露出所述锻坯的管嘴，采用压机施压；待压好一面后，翻转锻坯，再对锻坯压另一面施压，重复上述动作，至将管嘴法兰修整成矩形，使产品成型，满足所需尺寸。

作为优选，所述步骤(5)对锻坯修整的温度为950℃～1050℃。

与现有技术相比，本发明提供的核电主管道用直管锻坯的锻造方法，操作简单，采用本发明提供的核电主管道用直管锻坯的模具工装对锻坯的修整操作，操作简单，既能修整锻坯外形，减少锻造加工余量，缩短产品加工周期，降低产品制造成本；还能保证管嘴足够的变形量，锻造的核电主管道直管锻坯压下量增加150～300mm，最后一火的临界变形量增加了7％～10％，也就是最后一火的临界变形量可以达到27％～30％，有效的控制和细化晶粒，提高产品的质量。

附图说明

图1a是本发明一具体实施例的核电主管道用直管锻坯的模具工装的结构示意图；

图1b是上模的结构示意图；

图1c是下模的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例的核电主管道用直管锻坯的锻造方法流程图；

图3是步骤(4)得到的锻坯的结构示意图；

图4是核电主管道用直管锻坯的结构示意图。

图中所示：1、上模，2、下模，3、定位槽，4、管嘴，5、管嘴法兰，6、管身，7、倒圆角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

请参考图4，一种核电主管道用直管锻坯的模具工装，用于锻造核电主管道用直管锻坯，核电主管道用直管锻坯包括管嘴4、管嘴法兰5、管身6，管身6两端设有倒圆角7。

请参考图1a至图1c，该核电主管道用直管锻坯的模具工装包括用于锻造形砧的上模1和用于修整管嘴4的下模2，所述上模1和所述下模2通过定位槽3匹配连接。所述定位槽3设置在所述上模1上，也可以设置在所述下模2上。

请参考图2，一种核电主管道用直管锻坯的方法，其流程为冷态车白倒圆角→轻压滚圆→两次镦粗、拔长→号印拔长→完工→修整尺寸，具体如下：

步骤(1)：以奥氏体不锈钢为原料，车削钢锭引锭板和钢锭表层，并碳刨倒圆角7，保证钢锭冒口和底部一定的切除率，有效防止锻坯在后续锻造过程中开裂，消除裂纹源避免产生裂纹。

步骤(2)：第一火，对步骤(1)车白后的钢锭轻压滚圆，对钢锭表面预变形，变形量为30～50mm，预变形可以有效避免锻坯产生裂纹。

步骤(3)：第二至四火，请参考图3，对步骤(2)得到的锻坯两次镦粗、拔长并号印开坯。步骤(1)和步骤(2)锻坯的变形量较小，步骤(3)增大锻坯的变形量，采取有效的锻造比，压实锻坯中心，焊和缺陷，打碎铸造粗晶，确保锻坯符合技术要求，提高锻坯内部组织的质量。

奥氏体不锈钢锻造过程中，极易产生裂纹，一旦裂纹出现，必须将裂纹清理干净，避免随着变形量加大裂纹增大，且只能采取冷清理。本发明采用水冷方法将锻坯冷却至室温，可以缩短冷却时间，提高清理速度；加大固溶过冷度，细化晶粒，提高产品质量。

步骤(4)：第五至七火，对步骤(3)得到的锻坯，预成型管身6和管嘴法兰5，然后回炉保温950℃～1050℃，为后续使用锻造模具工装修整锻坯做准备。

步骤(5)：第八火，采用本发明提供的锻造模具工装对步骤(4)得到的锻坯修整，修整的温度为950℃～1050℃，将步骤(4)得到的锻坯放入下模2中，将下模2和锻坯整体放置在压机的台面上，对准后，安装上模1，上模1通过定位槽3配合下模2，上模1和下模2共同包容锻坯，露出锻坯的管嘴4，采用压机施压。待压好一面后，翻转锻坯，再对锻坯压另一面施压，重复上述动作，至将管嘴法兰5修整成矩形，压圆管身6，拔长至工艺尺寸，使产品成型，满足所需尺寸。

在实际锻造过程中，可以将锻坯的无锻比或小锻比部分在1050℃以下回炉保温，避免晶粒急剧长大，即可使锻件材料晶粒组织满足修整要求。

综上所述，采用本发明提供的核电主管道用直管锻坯的模具工装对锻坯的修整操作，操作简单，既能修整锻坯外形，减少锻造加工余量，缩短产品加工周期，降低产品制造成本；还能保证管嘴4足够的变形量，锻造的核电主管道直管锻坯压下量增加150～300mm，最后一火，也就是第八火的临界变形量增加了7％～10％，也就是最后一火的临界变形量可以达到27％～30％，有效的控制和细化晶粒，提高产品的质量。

本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。