自由鍛溫度場邊界條件反算與保溫措施的研究.pdf

1、上海交通大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論第1頁第第第第一一一一章章章章緒論緒論緒論緒論1.1概述概述概述概述自由鍛是指利用沖擊力或壓力，使金屬在上、下砧板之間產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的一種加工方法。自由鍛鍛件的重量可達(dá)二、三百噸，同時(shí)，自由鍛也是大型鍛件加工成形的唯一方法。自由鍛具有特別重要的作用，尤其是電站、造船、大型機(jī)器和重型鍛壓設(shè)備等大型鍛件都需要運(yùn)用自由鍛工藝進(jìn)行鍛造成形。大型鍛件是指在1000t或更大噸位

2、水壓機(jī)上生產(chǎn)的鍛件。大型鍛件是火電、核電、石化等國家重大技術(shù)裝備的關(guān)鍵部件和產(chǎn)品，技術(shù)含量高，加工周期長，對工藝裝備要求嚴(yán)格，屬于技術(shù)和資金密集型產(chǎn)品。大鍛件在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防裝備發(fā)展和現(xiàn)代化尖端科學(xué)技術(shù)重大裝置的建設(shè)起著舉足輕重的作用，因此，大型鍛件生產(chǎn)能力、技術(shù)水平、質(zhì)量性能在很大程度上標(biāo)志著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平[1]。目前我國大鍛件經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量上有所提高，如二重生產(chǎn)了600MW的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，上重生產(chǎn)

3、了300MW的護(hù)環(huán)等。但是，火電（超臨界、超超臨界）機(jī)組鍛件、高低壓復(fù)合轉(zhuǎn)子、大型超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件、各種特殊軋輥鍛件等我國目前尚不能生產(chǎn)。根據(jù)我國發(fā)展規(guī)劃，到2015年，核電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3900萬千瓦；到2020年的核電裝機(jī)規(guī)劃將提高到8600萬千瓦，核電裝備中的壓力容器、蒸發(fā)器殼體、穩(wěn)壓器等大型構(gòu)件制造所需鍛件達(dá)4萬噸。在火電方面，國內(nèi)在今后10~15年內(nèi)將新增單機(jī)容量60萬千瓦及以上大型燃煤機(jī)組620多臺，預(yù)計(jì)需求大型火電鍛件1

4、2萬噸。冶金設(shè)備用大型軋機(jī)軋輥、軋機(jī)機(jī)架及軋輥用大型軸承座等產(chǎn)品也早已供不應(yīng)求。因此，提高大鍛件的制造水平，改進(jìn)成形技術(shù)和生產(chǎn)工藝，成為我國發(fā)展現(xiàn)代化工業(yè)的首要任務(wù)。在大鍛件加工過程中，溫度場的邊界條件是十分重要的工藝條件。理想的溫度條件不僅能減小大鍛件的變形抗力，減小對鍛壓機(jī)的要求，而且能減少自由鍛過程中表面裂紋缺陷的產(chǎn)生，提高鍛件產(chǎn)品的性能和質(zhì)量水平。對于大部分鍛件，始鍛溫度一般為1200℃左右，終鍛溫度一般為800℃左右。大型鍛件

5、鍛壓時(shí)間為1~2小時(shí)，甚至需要更長時(shí)間，往往還沒充分壓實(shí)，鍛件溫度就跌至終鍛溫度以上海交通大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論第3頁司用190噸重的3.5NiCrMoV鋼錠，在75MN液壓機(jī)上經(jīng)12火鍛成了重114噸的600MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，鋼錠利用率高達(dá)60%。法國是核能發(fā)達(dá)大國，擁有59座核電站，生產(chǎn)了很多核電站用鍛件，如900MW1300MW機(jī)組的低壓轉(zhuǎn)子，造空心鋼錠的技術(shù)也很高。俄羅斯在20世紀(jì)80年代就已生產(chǎn)出420噸鋼錠，其鍛造成的

6、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件重量達(dá)260噸。俄羅斯還擁有15000噸水壓機(jī)，能對400噸以上的大鍛件進(jìn)行自由鍛造，具有雄厚的實(shí)力?，F(xiàn)在俄羅斯的鍛造能力，特別是生產(chǎn)大鍛件水平接近日本水平。美國大鍛件生產(chǎn)在發(fā)達(dá)國家中上處于較高的水平。如美國伯利恒鋼鐵公司在鍛造火電轉(zhuǎn)子方面有著顯著的優(yōu)勢。該公司用317.5噸鋼錠鍛造出重量為135噸以上的轉(zhuǎn)子。其鍛造工藝是先打成八方后爐冷，然后根據(jù)聲波探傷結(jié)果“量體裁衣”，可制成鍛件重量為188.5噸~213噸的發(fā)電機(jī)

7、轉(zhuǎn)子。伯利恒鋼鐵公司還曾鍛造過Φ3930mm1259mm輕水增殖堆封頭和Φ7620mm560mm快通量試驗(yàn)堆封頭。韓國的大鍛件產(chǎn)量也非常大。1999年大鍛件產(chǎn)量約為25萬噸，比1996年增長67%。到2004年，大鍛件總產(chǎn)量為66萬噸。韓國擁有10MN、12MN、15MN、16MN、20MN、100MN、130MN自由鍛液壓機(jī)約15臺，另外，40MN、60MN模鍛液壓機(jī)各1臺。韓國大鍛件產(chǎn)品主要為電站鍛件、船用軸系和大型柴油機(jī)曲軸等產(chǎn)品

8、[2]。我國現(xiàn)有大鍛件制造能力和質(zhì)量水平與國外有一定的差距，但經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，能為國民經(jīng)濟(jì)提供各種大型自由鍛件，如電站、冶金、礦山、石油、化工、造船、軍工、大型機(jī)器和重型鍛壓設(shè)備等大型鍛件。1953年至1957年之間，由于我國的鍛造工業(yè)處于起步階段，大型鍛壓設(shè)備基本是從國外進(jìn)口，在這段時(shí)期，我國派出一批工人、技術(shù)人員和管理干部到國外學(xué)習(xí)大型自由鍛件的生產(chǎn)工藝和管理經(jīng)驗(yàn)，為我國的大鍛件生產(chǎn)打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。1958年至1975年，我國

9、開始自己設(shè)計(jì)并制造自由鍛水壓機(jī)40多臺，噸位級別為10MN~125MN。期間，繼續(xù)組織大鍛件設(shè)計(jì)人員和科研單位到國外進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。從1973年起，第一機(jī)械工業(yè)部先后組織工廠、設(shè)計(jì)和科研單位到羅馬尼亞、意大利、德國、奧地利、日本、法國、捷克等國生產(chǎn)軋鋼、火電和核電設(shè)備用大型鍛件的企業(yè)進(jìn)行實(shí)地考察，并在國內(nèi)進(jìn)行技術(shù)交流[3]。自1976年起，我國開始實(shí)施以科技和技術(shù)為中心的大鍛件生產(chǎn)政策，提倡設(shè)計(jì)、制造一批新結(jié)構(gòu)的鍛造液壓機(jī)，以發(fā)展和提高大