文/紀(jì)長全，王赫·大連大鍛鍛造有限公司

《閥門類鍛件生產(chǎn)研究與實(shí)踐》(上)見《鍛造與沖壓》2021 年第1 期

閥門類鍛件典型材料介紹

我們企業(yè)鍛造生產(chǎn)過以下材料：

⑴碳鋼系列：20Mn、А105、LF2、А42АР、Р355NH、Р280GH；

⑵合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 系 列：F5、F11、1Cr5Mo、12Cr1MoV、30CrMo、4130、18CrNiMo7-6、34CrNiMo6；

⑶不銹鋼系列：1Cr13、2Cr13、F316、F316L、F304、F304L、F321、F347、F310、Z2CND18-12NS、Z2CN19-10、17-4；

⑷鎳基合金：660、630、690、625、哈氏合金、英科耐爾材料、蒙乃爾合金；

⑸銅合金；

⑹鈦合金。

材料變化，衍生了新的鍛造工藝和經(jīng)驗(yàn)方法，需要我們不斷地去探索與實(shí)踐。

典型產(chǎn)品鍛造工藝介紹(體、蓋)

法蘭閥體整體鍛造

法蘭與閥體整體鍛造是近幾年的發(fā)展方向，這樣做的好處是完全避免焊接缺陷，增強(qiáng)閥門可靠性，缺點(diǎn)是鍛造難度增加、材料利用率降低，這種結(jié)構(gòu)形式會(huì)逐漸得以推廣，以替代焊接結(jié)構(gòu)，如何將鍛造工藝進(jìn)一步優(yōu)化是鍛造同仁的責(zé)任與義務(wù)。

⑴鍛造工藝流程如下:原材料檢驗(yàn)→下料→加熱→壓扁→預(yù)鍛→終鍛→切邊→熱處理→表面清理→無損檢驗(yàn)→防銹→包裝→發(fā)貨。

⑵鍛件的基本信息。雙法蘭閥體鍛造毛坯外形尺寸：法蘭處最大直徑125mm，閥體總長164mm，如圖8 所示。

圖8 雙法蘭閥體鍛造毛坯

1)制坯。原材選用直徑110mm，長度140mm 的F316 不銹鋼圓棒料。圓棒料在模具平面上直接壓扁至70mm，如圖9 所示。

圖9 制坯

2)預(yù)鍛。預(yù)鍛形狀兩端法蘭直徑為125.86 mm，法蘭處截面積為12435mm2，兩端法蘭之間長度為165mm。制坯后，材料高70mm，寬140mm，長160mm，截面積約為9800mm2。制坯形狀與預(yù)鍛形狀對比：截面積小于預(yù)鍛；長度小于預(yù)鍛。壓扁后的材料直接立放于預(yù)鍛型腔內(nèi)(圖10)。制坯過程中，材料未對中法蘭部位單獨(dú)鐓粗處理。

3)終鍛。將預(yù)鍛后毛坯放入終鍛模中，直接終鍛成形(圖11)。

4)切邊。將終鍛后毛坯放入切邊模中，切除飛邊，鍛件開成最終形狀(圖12)。

超臨界閥門鍛造

主要用于火電項(xiàng)目，小型鍛件與常規(guī)鍛造工藝沒有區(qū)分，基本一樣，就不做介紹了。大型鍛件，重量有幾噸重，我們的鍛造工藝過程如下：

⑴必須保證加熱工藝的正確性以及充足和合適的鍛比，因?yàn)槲覀冇种匦逻M(jìn)行了加熱，晶粒會(huì)再結(jié)晶與長大，通過鍛造過程的外力對晶粒進(jìn)行細(xì)化，鍛造過程的加熱溫度、保溫時(shí)間、升溫速率必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免內(nèi)部裂紋產(chǎn)生；冷卻過程也特別關(guān)鍵，合金鋼需要緩冷，可以采取坑冷、隨爐冷卻、控制冷卻等方式，具備條件的企業(yè)，建議鍛后直接裝爐通過給定程序控制冷速。

⑵10 寸閥體鍛造工藝路線。材料入場檢驗(yàn)→下料→加熱→預(yù)鍛制坯→胎模成形→出模。

圖10 預(yù)鍛

圖11 終鍛

圖12 切邊

圖13 胎模模具裝配圖及成形件

⑶閥體基本信息。10 寸閥體成形鍛件，鍛件總質(zhì)量為1270kg,胎模模具裝配圖及成形件如圖13 所示。

CАР1400 爆破閥鍛造

這是我們公司承擔(dān)的《遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)》課題項(xiàng)目，鍛造是重要一環(huán)，目前CАР1400 是世界范圍內(nèi)的創(chuàng)新產(chǎn)品，АР1000 是我國引進(jìn)的國外先進(jìn)技術(shù)，自主研發(fā)成功的CАР1400是里程碑意義的產(chǎn)品，將在華龍一號(hào)上得以運(yùn)用。

爆破閥鍛造工藝路線為材料入場檢驗(yàn)→下料→加熱→預(yù)鍛制坯→胎模扣型→沖孔整形。爆破閥鍛件及鍛造工藝過程模擬如圖14 所示。

圖14 爆破閥鍛件及鍛造工藝過程模擬

球閥體鑄造改鍛造

從產(chǎn)品性能方面來看，鍛造比鑄造優(yōu)越性更高，但是工藝上要求我們不斷改善，來彌補(bǔ)材料利用率方面的不足。圖15 球閥閥體鍛件就是鑄造件用鍛件來替代，是今后的一個(gè)方向，需要鍛造同仁技術(shù)上提高，創(chuàng)造出自己的市場領(lǐng)域。

LNG 閥體、蓋鍛造

圖15 球閥閥體鍛件

LNG 閥門類鍛件，主要以不銹鋼鍛件為主，為了防止后續(xù)工序產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生，我們嘗試復(fù)合模具的使用，實(shí)踐中產(chǎn)生良好效果，廢品率得到有效遏制，與常規(guī)產(chǎn)品質(zhì)量水平基本持平。采用復(fù)合模具切、沖設(shè)計(jì)，減少生產(chǎn)工位，解決了鍛件沖孔、切邊變形過大的問題。復(fù)合模具簡圖如圖16 所示。

核級(jí)閥門鍛件鍛造

圖16 復(fù)合模具簡圖

核級(jí)閥門鍛造要求企業(yè)必須獲得相應(yīng)的資質(zhì)、從業(yè)人員必須備案，作業(yè)程序事先獲得批準(zhǔn)與備案，全過程具有追溯性。材料供應(yīng)商要在合格供應(yīng)商范圍，檢驗(yàn)試驗(yàn)不可越點(diǎn)(E、R、H 點(diǎn))。無損檢測人員必須在核安全局備案，不可超出檢測范圍。試樣的獲取與技術(shù)文件必須嚴(yán)格一致等等，鍛件如圖17 所示。

鍛造設(shè)備選擇及其優(yōu)缺點(diǎn)比較

熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)

閥門類鍛件，大批量生產(chǎn)我們通?？紤]的設(shè)備就是熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)，生產(chǎn)過程易于控制、效率高、尺寸精度精良、制造成本適中。我們可以根據(jù)理論公式計(jì)算或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)選定所應(yīng)該使用的設(shè)備，這是普通技術(shù)人員都可以掌握的基本理論知識(shí)。生產(chǎn)環(huán)境干凈、環(huán)保，勞動(dòng)條件好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

電動(dòng)螺旋壓力機(jī)

與摩擦壓力機(jī)比較，有更大的產(chǎn)品優(yōu)勢，國內(nèi)外正在普及推廣使用，有替代熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)的趨勢，畢竟一次性投資成本更低，產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都比較令人滿意，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，鍛造過程使用機(jī)器人作業(yè)生產(chǎn)。

模鍛錘

較簡單的閥門類鍛件可以選擇使用此類設(shè)備，因?yàn)闆]有頂出裝置，產(chǎn)品出模角大、尺寸不好控制、型腔布置較難、精密鍛件精度難以保證，受限較多。

多向模鍛壓力機(jī)

多向模鍛壓力機(jī)應(yīng)該說是閥體類產(chǎn)品、三通產(chǎn)品最應(yīng)該選擇的設(shè)備，材料利用率最高，貴重金屬就更合適了，如何提高生產(chǎn)效率，還有待于進(jìn)一步探討。效率提高之后，具有廣泛的市場前景。將來在三通、閥體鍛造領(lǐng)域造詣應(yīng)該很大。

胎模鍛

魏晉南北朝時(shí)期，是中國古代服裝史上又一個(gè)大轉(zhuǎn)變的時(shí)期。由于大量少數(shù)民族進(jìn)入中原地區(qū)，胡服成為社會(huì)上司空見慣的裝束，一般平民百姓的服裝，受胡服的影響最為強(qiáng)烈。他們將胡服中窄袖緊身、圓領(lǐng)、開衩等因素吸收到原有的服飾中來。漢族貴族也在胡服的基礎(chǔ)上加以變化，方法是將其長度加長，加大袖口和褲口，改左衽為右衽。但禮服仍然是傳統(tǒng)的漢族禮服形式。

批量小，形狀較簡單，單重很大的閥體類鍛件，可以適當(dāng)選擇此工藝。模具較簡單，投入不大，可以比自由鍛造節(jié)約材料，工藝不復(fù)雜，鍛造比較大，可以節(jié)約原材料和機(jī)械加工成本，金屬流線也更接近產(chǎn)品形貌，性能更可靠、壽命更高。產(chǎn)品性能試棒可以取自于產(chǎn)品母體，生產(chǎn)效率比自由鍛造提高很多。

摩擦壓力機(jī)

如果批量不是很大，建議選擇此類設(shè)備。因?yàn)閺脑O(shè)備比較來看，效率要比熱模鍛壓力機(jī)低，但是設(shè)備投資較低，最大優(yōu)勢是可以生產(chǎn)行程要求較大的產(chǎn)品，有上下頂出裝置。

油壓機(jī)

油壓機(jī)是萬能設(shè)備。缺點(diǎn)也突出：效率最低。優(yōu)點(diǎn)是，別的設(shè)備解決不了的問題可以用它實(shí)現(xiàn)。

對擊錘

使用越來越少，不建議閥門類鍛件生產(chǎn)選擇這類設(shè)備。

結(jié)束語

鍛鋼閥門在工業(yè)領(lǐng)域的地位逐漸得到了提升，發(fā)展前景廣闊，隨著關(guān)鍵重大裝備國產(chǎn)化的進(jìn)一步提高和出口市場的逐漸擴(kuò)大，對閥門鍛件的需求也在穩(wěn)步增加，我們經(jīng)過40 余年的時(shí)間探索，對閥門鍛件的工藝有了一定的研究，參與了多個(gè)國家科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)產(chǎn)品的研制，完成了多個(gè)國家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，多項(xiàng)鍛鋼閥門產(chǎn)品通過了國家級(jí)鑒定，獲得了二十余項(xiàng)發(fā)明專利。但是對耐高溫、高合金的高強(qiáng)度材料的鍛造工藝需要進(jìn)一步深入的研究，同時(shí)在如何進(jìn)一步提高材料利用率方面還有許多工作要做，希望我們鍛造行業(yè)的專家與經(jīng)營者共同努力，把閥門鍛件做到最好。