文/張廣森，田子敬，白玉，劉壘·武漢重工鑄鍛有限責任公司

前言

目前，全球核電已進入了一個高速發(fā)展時期，為了改善能源結構，各工業(yè)發(fā)達國家和發(fā)展中國家都在積極致力于核電的發(fā)展。2020年前，全球每年至少需要二十多套核電鍛件，核電鍛件的市場前景非常廣闊。但是由于核電項目中對鍛件的品質要求高，并且鍛件重量較大，采用現(xiàn)有的鍛造方法無法實現(xiàn)核電設備錐形筒體的制造。

大型錐形筒體是核電設備中的重要零件，它是一種兩端直徑不同而壁厚相同的錐形筒體。這種零件由于其尺寸很大，并且對強度和材料都有特殊的要求，因此加工起來極為困難。我公司通過不斷探究和試驗，找到了一種大型核電錐形鍛件自由鍛造的方法。

鍛造方案探究

核電錐形鍛件（圖1）是我公司目前生產最大的錐形鍛件，該鍛件為異形環(huán)鍛件，錐度為20°，鍛件大端外徑為φ3250mm，小端外徑為φ2140mm，高度為1580mm。

該鍛件鍛造生產過程中參數難以控制，主要存在以下困難：

⑴馬架擴孔時保證鍛造錐度較困難。馬架擴孔時需要增加一端馬架高度來保證在鍛造過程中的壁厚均勻和錐度，增加了擴孔時的操作難度。

⑵錐環(huán)鍛件的同軸度問題成形困難。擴孔時，由于兩端直徑不同，翻轉時會發(fā)生鍛件扭轉，使其軸線發(fā)生偏轉而與芯棒不一致，導致鍛件的端面彎曲、直徑橢圓等情況發(fā)生。

⑶生產過程中的測量困難。鍛造過程中只能靠標尺、劃線和卡鉗等粗略測量各部分尺寸，準確測量時需要將鍛件反復從馬架上拿下來放平來測量錐度和直徑，不僅浪費大量時間且大大增加了工人勞動強度。

圖1 錐形鍛件示意圖

針對以上問題和困難，我們準備從制坯和擴孔兩個關鍵工序入手控制鍛件外形質量，生產出合格的產品。

⑴制坯。制坯是鍛件成形的關鍵，此次生產制成臺階坯料，在制坯過程中應嚴格控制大、小端的直徑差。

⑵擴孔。由于兩端直徑不同，馬杠翻轉一定角度后應及時糾正鍛件因馬杠翻轉帶來的扭轉。剛開始擴孔時一定要減小轉動幅度并采用小壓下量，增加轉動次數進行鍛造，在逐步消除壁厚上的斜度差中擴出鍛件的正確角度，擴孔過程勤轉輕壓，壓下量保持一致，保證壁厚均勻，防止出現(xiàn)橢圓、喇叭口等。

⑶測量。制作專用測量工具，使用鋼管制作兩端圓環(huán)截面工裝進行測量，鍛造時要勤卡勤量。

鍛造工藝過程

該錐形鍛件工藝實施過程如下。

下料過程

錐形環(huán)零件重量為34t，其鍛件重量為41.8t，采用62t鋼錠為原材料，材料利用率為67.4%，材質為35CrMo。鋼錠紅送后進加熱爐升溫至850℃保溫一段時間后出爐，利用工裝熱割，去除水口和冒口棄料，然后繼續(xù)進爐加熱。

加熱過程

為保證爐溫均勻性，加熱爐采用天然氣爐進行加熱，爐窯溫度設定為700℃，鋼錠500℃紅送進爐窯700℃爐溫保溫4h，升溫至850℃，保溫4h，出爐熱割水口和冒口1h，回爐保溫，850℃保溫3h后升溫至1200℃，保溫17h后出爐鍛造，保證高溫保溫時間充分。

鍛造設備選取

根據鍛造廠設備的實際情況，鍛造設備選取8000t自由鍛造油壓機，經過計算，鍛造能力滿足要求。

鍛造過程

鋼錠鍛造工藝設計為：拔長→鐓粗→拔長→鐓粗、沖孔→反復擴孔、鐓平、擴孔→精整成形。

鍛造溫度選擇

鍛件始鍛溫度1200℃，終鍛溫度850℃，在鍛造過程中當溫度接近終鍛溫度時，停止鍛造，進行二次加熱，將鍛坯高溫入爐，在1200℃爐溫下保溫4h出爐繼續(xù)鍛造。

成形過程

針對錐形環(huán)鍛件鍛造成形過程中可以預見的困難，制坯成臺階坯（圖2）。

圖2 臺階坯

⑴擴孔。在擴孔過程中通過抬高馬杠的方式進行大端的擴孔，這樣可以避免墊高馬架來調整擴孔錐度，但這增加了操作難度，在擴孔過程中要勤轉輕壓，及時調整鍛件扭轉情況。擴孔步驟見圖3。

⑵平端面。作業(yè)時增加了預擴后的平端面工步，由于在擴孔過程中大端部位走料較大，其壁厚變薄較快，需在預擴后進行一次平鐓工序。采用上平砧進行大端的平端面工作。平端面工步見圖4。

經過一系列的工作，最終得到的鍛件成品見圖5。

圖3 擴孔步驟

圖4 平端面步驟

圖5 鍛件成品

總結

此次錐形環(huán)鍛件在擴孔過程中采用小壓下量、均勻壓下量、多轉動的鍛造方式，保證均勻擴孔，避免了小端內外圓與大端內外圓不同心現(xiàn)象。在鍛件進行預擴孔后對兩端面進行平鐓，解決了錐形環(huán)鍛件的端面凹心問題，通過技術人員和操作人員反復測量控制，最終成功鍛造出該鍛件。此次錐形環(huán)鍛件生產的完成，不僅使我公司鍛造技術上了一個新臺階，同時也為我公司在核電錐形筒體鍛件生產方面打下了基礎。