任秀鳳 牛余剛 賈 輝 李寶卿

(1. 山東伊萊特重工股份有限公司，山東250217；2. 西馬克集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京100102)

2016年5月，山東伊萊特重工股份有限公司從德國西馬克集團(tuán)簽訂了一臺(tái)超大型徑-軸向軋環(huán)機(jī)，該設(shè)備命名為RAW2500/1250-16000/3000，是目前世界上最大的軋環(huán)機(jī)，可為山東伊萊特公司生產(chǎn)世界上第一個(gè)直徑達(dá)16 m的無縫環(huán)件。該設(shè)備由德國西馬克梅爾公司設(shè)計(jì)制造，滿足了山東伊萊特生產(chǎn)超大直徑16 m環(huán)件及高3 m筒體的要求。

1 RAW2500/1250-16000/3000軋環(huán)機(jī)設(shè)備特點(diǎn)

1.1 具有的系統(tǒng)和功能

該設(shè)備具有控制功能、環(huán)件監(jiān)控系統(tǒng)、軋制模式圖形功能(手動(dòng)，半自動(dòng)和自動(dòng))、絕對(duì)數(shù)字測(cè)量和環(huán)件尺寸的數(shù)顯、對(duì)中力的自動(dòng)控制、環(huán)件位移的自動(dòng)控制、對(duì)中裝置的位置控制、數(shù)據(jù)記錄功能、材料收縮的修正、設(shè)備彈性變形的補(bǔ)償、環(huán)件數(shù)據(jù)庫、故障顯示和監(jiān)控、遠(yuǎn)程服務(wù)——擴(kuò)展的診斷和服務(wù)功能。

1.2 技術(shù)支持軟件

用于工作計(jì)劃的安全計(jì)算、整個(gè)軋制過程的預(yù)分析、通過數(shù)據(jù)線的設(shè)備編程。

2 不同截面軋環(huán)軋制對(duì)比

2.1 不同截面軋環(huán)軋制工藝對(duì)比

RAW2500/1250-16000/3000軋環(huán)機(jī)優(yōu)越的異型軋制功能給軋環(huán)工藝帶來更多可能性，環(huán)件軋制后的毛坯形狀將越來越接近成品形狀，從而有效降低環(huán)件生產(chǎn)的原材料投入，提高了機(jī)加工生產(chǎn)效率。目前，國內(nèi)大型風(fēng)電法蘭軋制大多采用矩形截面成型，以塔底法蘭為例進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示。兩種不同截面軋環(huán)對(duì)比如圖2所示。

(a)產(chǎn)品圖紙 (b)成品形狀圖1 塔底法蘭Figure 1 Bottom flange

2.2 不同截面軋環(huán)軋制參數(shù)對(duì)比

由表1可見，該法蘭的材料用量可降低12.5%，異形截面毛坯減少了材料切削量，對(duì)后續(xù)機(jī)加工非常有利。而且T型法蘭毛坯機(jī)加工工時(shí)可減少4 h，加工效率大幅度提高。

3 自由鍛和鍛軋筒體工藝對(duì)比

另外，目前石油煉化行業(yè)中加氫反應(yīng)器筒體多為自由鍛生產(chǎn)，傳統(tǒng)自由鍛工藝鍛造余量大，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用軋制工藝生產(chǎn)，可以提高生產(chǎn)效率，降低材料消耗，降低生產(chǎn)成本。以外徑為6000 mm，壁厚340 mm，高2700 mm，重128 t的筒體為例進(jìn)行對(duì)比。

(a)矩形截面軋環(huán) (b)異形截面軋環(huán)圖2 兩種不同截面軋環(huán)對(duì)比Figure 2 Comparison of two rolled rings with different section

3.1 鍛造工藝流程對(duì)比

鍛造筒體鍛造工藝流程：下料→Ⅰ火鐓粗沖孔→Ⅱ火芯棒拔長(zhǎng)→Ⅲ火預(yù)擴(kuò)孔、平整端面→Ⅳ預(yù)擴(kuò)孔→Ⅴ擴(kuò)孔出成品。

軋制筒體鍛軋工藝流程：下料→Ⅰ火鐓粗沖孔→Ⅱ火芯棒拔長(zhǎng)→Ⅲ火預(yù)擴(kuò)孔→Ⅳ軋制出成品。

兩種工藝方法的前兩個(gè)火次完全相同，在軋制過程中，徑-軸向軋環(huán)機(jī)上下兩支錐輥起到平整端面的作用，所以筒體鍛件不需要在壓力機(jī)上去平整端面，這樣可以節(jié)省1 h的鍛造時(shí)間；徑-軸向軋制變形速度快，筒體尺寸易于控制，軋制一次完成，僅需要20 min時(shí)間。而在壓力機(jī)上則需要兩個(gè)火次，才能完成擴(kuò)孔鍛造，特別是最后筒體接近成品尺寸時(shí)，鍛造時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，一般約1 h，而且因?yàn)槊恳诲N壓下量不同，極易產(chǎn)生橢圓，最后不得不增加校圓工序。鍛軋工藝的加熱火次少，軋制時(shí)間短，鍛件生產(chǎn)時(shí)間可大幅度縮短。

3.2 熱處理工藝對(duì)比

鍛造筒體熱處理工藝流程：鍛后熱處理→粗加工→探傷→焊緩沖塊→調(diào)質(zhì)熱處理→性能檢驗(yàn)→半精加工→精加工。

軋制筒體熱處理工藝流程：鍛后熱處理→焊緩沖塊→調(diào)質(zhì)熱處理→性能檢驗(yàn)→半精加工→探傷→精加工。

由于軋制筒體的表面成型質(zhì)量好，可以不經(jīng)過粗加工就投入調(diào)質(zhì)熱處理，因此可以取消粗加工和探傷工序，從而降低鍛造余量，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。軋制筒體總體生產(chǎn)制造周期較自由鍛筒體的生產(chǎn)周期可縮短10天。

表1 兩種不同截面軋制參數(shù)對(duì)比Table 1 Rolling parameters comparison of two sections

表2軋制工藝與自由鍛工藝材料消耗對(duì)比
Table2Materialconsumptioncomparisonbetweenrollingprocessandfreeforgingprocess

成品尺寸(外徑/內(nèi)徑/高度)/mm鍛造工藝鍛造余量(外徑/內(nèi)徑/高度)/mm鍛件重量/t鍛造火次鋼錠重量/t6000/5320/27006000/5320/2700自由鍛工藝軋制工藝125/135/34060/70/19019916354306250

表3模擬件力學(xué)性能對(duì)比
Table3Mechanicalpropertiescontrastofsimulatedpiece

室溫454℃-30℃Rm/MPaRe/MPaRe/MPa沖擊功/J狀態(tài)試樣組織晶粒度技術(shù)要求585～760415～620≥338平均值≥54--≥90 B≥5傳統(tǒng)自由鍛580617465500390408270、192、268252、242、175maxminA100% B6580603458495398419195、237、256223、245、248maxminB100% B7鍛—軋625642497542423462187、245、235172、200、176maxminA100% B7620633505545423455263、190、188158、182、170maxminB100% B6.5

4 材料消耗對(duì)比

軋制工藝與自由鍛工藝材料消耗的對(duì)比，見表2。

由于軋環(huán)機(jī)軋制精度高，鍛件規(guī)則，而且不需要附加調(diào)質(zhì)粗加工余量，因此鍛造余量比傳統(tǒng)自由鍛工藝小40%～50%，材料消耗降低18%。

5 力學(xué)性能對(duì)比

為驗(yàn)證軋制筒體的力學(xué)性能與自由鍛筒體的差別，我公司根據(jù)現(xiàn)有的軋環(huán)機(jī)和100 MN油壓機(jī)分別用軋環(huán)工藝和自由鍛工藝制作一個(gè)模擬件進(jìn)行對(duì)比，模擬件的截面尺寸與上文中提到的筒體截面相等。模擬件的尺寸為：外徑2000 mm，高度800 mm，熱處理狀態(tài)的截面厚度均為340 mm，原材料使用同一只鋼錠，鋼錠重量45 t。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可知，軋制筒體的力學(xué)性能完全滿足技術(shù)要求，與鍛造筒體相比，軋制筒體平均強(qiáng)度約比鍛造筒體高30 MPa，沖擊平均值略低于鍛造筒體沖擊平均值，但是遠(yuǎn)高出技術(shù)要求。

6 總結(jié)

(1)通過底部法蘭矩形截面軋制與仿形截面軋制兩種成型工藝對(duì)比，可見仿形軋制工藝能夠降低原材料消耗12.5%，減少機(jī)加工工時(shí)4 h，同時(shí)顯著降低能源消耗，屬于先進(jìn)的近凈成形生產(chǎn)工藝。

(2)通過對(duì)典型筒體的傳統(tǒng)自由鍛工藝和軋制生產(chǎn)工藝分析對(duì)比，可見軋制工藝較自由鍛工藝可降低材料消耗18%，生產(chǎn)周期可縮短10天，顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

(3)通過對(duì)自由鍛筒體模擬件和軋制筒體模擬件的性能試驗(yàn)結(jié)果分析，確定軋制工藝生產(chǎn)的筒體鍛件性能與自由鍛工藝基本一致，完全滿足技術(shù)規(guī)范要求。

(4)軋制筒體生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)自由鍛筒體生產(chǎn)工藝相比，生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益有顯著優(yōu)勢(shì)，軋制筒體替代自由鍛造筒體是未來的發(fā)展趨勢(shì)。