[发明专利]厚壁环类件和管类件短流程制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于高端装备制造领域，具体地说是一种基于连铸空心坯制造技术的高致密、纯净化厚壁环类件和管类件的短流程制备工艺。

背景技术

随风电、核电和其他高端装备制造业的迅速发展，厚壁环类件和管类件的用量日益加大，质量要求也越来越高。以风电领域风塔用法兰为例，目前我国每年新装风塔法兰用量至少一千万吨。同时，核电发展步伐日益加大，核电筒体、锥形体等大型厚壁锻件均属于空心件，用量巨大。目前这些高端厚壁环类件和管类件均采用实心钢锭制造而成。即，将实心钢锭加热后，在锻压机上敦粗、冲孔，然后通过预扩或预拔制备出空心中间坯。进而再次加热后，在辗环机或锻压机上制备成环类件、管类件或筒体。因此，高端厚壁环类件和管类件制造过程中至少需要加热两次，消耗大量能源。而且，实心钢锭通过冲孔制造空心件，浪费了大量原材料。同时，目前厚壁环类和管类件的制造工序较多，生产周期长，质量难以保证。

空心坯可以直接在辗环机和锻压机上进行扩孔或拔长，制备出管类件和环类件，无需敦粗、冲孔等工序。同时，采用空心坯制备管类件和环类件可以减少坯料加热次数，降低能源消耗。可见，采用空心坯进行管类件和环类件的制备不但可以提高材料利用率，而且可以降低能源消耗，缩短制造流程，对生产高端厚壁环类件和管类件大有裨益。

采用连铸方法生产空心坯，较之模铸方法，进一步提高了生产率。而且，连铸方法可以大大减少浇冒口比例，提高材料利用率。

可见，与目前采用模铸实心钢锭制造管类件和环类件相比，采用连铸空心坯制备高端厚壁管类件和环类件可以大大缩短生产流程，降低能源消耗，提高材料利用率，并有利于控制产品质量。

一般认为锻造或轧制过程中，金属材料的压缩比达到3，方能消除缩孔疏松等铸造缺陷，保证最终产品的内在质量与性能，即生产壁厚100mm的空心件需要壁厚为300mm的坯料。因此，高端厚壁环类件和管类件所需要的坯料壁厚也较大。

国内外有一些专利涉及无缝钢管连铸和空心锭连铸。如中国发明专利(公开号CN 100999013A)公开了一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其生产的空心管坯用于为轧管机提供坯料。管坯壁厚较薄，无法用于制备厚壁空心件。中国实用新型专利(专利号ZL 200820042945.X)公开了一种可连续制造的空心锭设备，该设备主要用于铝锭的生产。中国发明专利(公开号CN101612661A)公开了一种用于电渣连续抽锭大口径等截面空心钢锭装置，该装置采用电渣重熔方法生产空心钢锭。电渣重熔法生产钢锭需要实现浇注自耗电极，工序复杂，成本高。美国发明专利(专利号US5052469)公开了一种空心锭连铸方法及设备。该专利详细描述了其润滑系统和设备结构，该设备结构复杂，且未说明是否可生产厚壁空心锭。

综上所述，国内外现有空心连铸技术主要用于生产薄壁管坯和有色金属空心锭，尚未涉及厚壁空心钢锭的连铸技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空心坯连铸技术的厚壁环类件或管类件的短流程制备工艺，解决现有技术中存在的制造工序较多，生产周期长等问题。

基于此目的，本发明的技术方案是：

一种厚壁环类件和管类件短流程制备工艺，包括如下步骤：

(1)采用空心坯连铸技术制备高端厚壁环类件或管类件所需的空心钢锭，液态金属连续浇入由内外两组结晶器组成的环形空腔中，通过不断抽锭，制备壁厚为100～500mm的空心坯；

(2)空心坯在结晶器内凝固结壳后，通过引锭装置将空心坯拉出结晶器，利用冷却介质：水、液氮或气雾对空心坯内壁和外壁同时进行强制冷却，加快空心坯凝固速度，提高空心坯内部组织致密性；

(3)在制备的空心坯上切取坯料；

(4)在辗环机上对切取的坯料进行径向扩孔和轴向定边，制备出厚壁环类件；或者，在锻压机上对切取坯料进行径向扩孔和轴向拔长，制备出厚壁管类件或筒类件。

所述步骤(1)中，采用底漏钢包，通过滑动式或塞杆式水口将熔融的钢液浇入由内外两组结晶器组成的环形空腔中。

所述步骤(1)中，采用底漏钢包，通过两个以上均布的浸入式水口进行多点浇注，将熔融的钢液浇入由内外两组结晶器组成的环形空腔中；钢水充型平稳，减少氧化夹渣的形成与卷入，保证空心坯的纯净化。

所述步骤(2)中，空心坯的冷却速度为3～10℃/s，凝固速度为0.1～5mm/s。

所述步骤(3)之后，将切取坯料在锻压机上沿轴线方向压缩坯料，以增大坯料壁厚，为制备厚壁环类和管类件提供足够大的锻造比，锻造比为3～15。