автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование, разработка и освоение технологии ковки крупногабаритных плит для изделий ответственного назначения

í? » '1 -j

13 их j

Ra врага* ру я спя on

КОБЕШ Огзс Аиатааьовяч

ЙССШ03А1Ш, РАЗРАБОТКА П ОСВОЕШ ТЕХНОЛОГИЙ КОВКИ КРУПНО FASAFiíTRlíX ПЛИТ ДЛЯ ПЗДШЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Слзциазькоос!» 05.16.05 «"Обрбсгкз таталлоэ лзазавпеа"

Авторэфзра? дааавртацип пз оопок&ннв учэпоп отепэга каймима твхпичвоких науп

Коэква, 1953

Работа выполнена в отделе "Обработка металлов давлением" ГНЦ РФ НПО ЦНИИГМАВ, о АО "Знергомашспецсталь" и-АО "Атоммаш".

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научней сотрудник Пименов Г.А.

Официальные оппонента:

доктор технических наук,профессор Тюрин З.А.

кандидат технических наук,старший научный сотрудник Зкаррв М.О.

Зедуцее предприятие: ОАО "Злектростальтякиав;".

Защита ооотоится "22" апреля 1958 г. в Ю часов на заседании диссертационного совета К С53.С8.02 в Московском государственном институте стали и сплавсв (технологическом университете) по адресу: 117935, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом Ч.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " ■" марта 1593 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук,профессор Н.А.Чичонев

ОБЩАЯ .ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основная тенденция развития тяженого, транспортного,энергетического,химического машиностроения на современном этапе-увеличение удельной мощности стационарных и передвижных энергетичеоких установок,агрегатов химической промышленности и другого оборудования.3 свете этого возрастает потребность в'крупных поковках,в том числе поковках типа толстых крупногабаритных плит,удельный объем которых в кузиечно-прессовои производстве непрерывно растет.Так,производство днищ корпусов современных энергетических атомных установок требует изготовления плит толщиной 265...400 мм с размерами в плане от 55СО Х.5500 до В500.)Сё500 мм.

Современное прокатное оборудование не позволяет в настоящее время получить качественные плиты таких размеров.Известные способы получения крупногабаритных плит с использованием сварки характеризуются значительной трудоемкостью,низким коэффициентом использования металла, не обеспечивают требуемой надежности.Применение для производства плит толотоотвнных трубных заготовок,производимых способами прессования,пилигримовой прокатки,коаки на ротационно-обжимных машинах, протяжки на горизонтальных прессах и др.,такке не дает возможности изготовить плиты требуемых разыеров.Получение крупногабаритных плит традиционными способами ковки встречает серьезные затруднения,вызванные как силовыми,так и конструкционными параметрами действующего кузнечно-прессового и подъемно-транспортного оборудования.

В связи о этим разработка и освоение новых эффективных ресурсосберегающих технологических процессов производства крупногабаритных моноблочных плит,предназначенных для изготовления изделий ответственного назначения,является актуальной и важной задачей.

]^б^_ты-исследование, разработка и освоение новых эффективных ресурсосберегающих технологических процессов производства крупногабаритных моноблочных плит высокого качества,предназначенных для изготовления изделия ответственного назначения,обеспечивавших повышение надежности изделий,снижение трудоемкости,увеличение коэффициента использования металла..

Научная новизна, определяемая совокупноотьв научных положений, полученных в результате теоретических,экспериментальных и промышленных исследований,заключается в следувщем:устаиовлем экспериментально характер изменения температуры по сечению слитка массой 39 т диаметром 1350 мм при его охлаждении на воздухе.Проведен расчет температурных полей кузнечных слитков массой 15,6...420 т диаметром 920...3^*60 мм при их охлаждении на воздухе.Разработана методика моделирования и реализации неравномерных температурных полей в заготовках при исследовании процесса прошивки.Установлено влияние отелеии деформации,конфигурации осадочных плит,наличия я нкх осевых 'отверстий на степень закрытия Дефектов в осевой зоне при ооадке. Обоснованы и разработаны новые технологические схемы и режимы протяжки и раскатки на оправке полых заготовок о длиной,превышающей продольные размеры стола пресса.Установлено влияние конфигурации и параметров плоского и клинового инструмента,технологических пара-метрвв процесса на эффективность развертки трубных поковок.Заявлены закономерности влияния режимов пластических и термических обработок на разных стадиях производства на формирование структуры.мехаиичес-ких.технологических и эксплуатационных свойств изделий.Разработаны научные ооновы проектирования технологий производства крупногабаритных плит ответственного назначения.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Определен продолжительность охлаждения слитков под последующую прошивку,исход

из постижения максимального температурного градиента между поверхностью и осевой зоной (на расстоянии 0,25 радиуса от оси слитка). Разработаны новые способы прошивки предельно высоких заготовок,повышающие качество полых поковок.Разработаны новые способы протяжки и новые конструкции оправок ступенчатой формы в моноблочном и сборном исполнениях,позволяющие на универсальном прессовом оборудовании получать толстостенные поковки длиной до 6000...БОСО ми и внутренним диаметром свыше 12С0 мм.Разработаны новые твхнологячеокие схемы и режимы процесса,конструкции инструмента для развертки крупногабаритных трубных поковок.Разработана и внедрена в АО "Энвргомашспецсталь" и АО "Атоммаш" комплексная технология производства крупногабаритных моноблочных плит из стали 15Х2НММ с размерами 5500x5500x300-мм, позволившая снизить трудоемкость изготовления в раза,расход ме-талла-на 10...15 %, существенно повысить надежность работы-корпусов реактора.Изготовлено восеИь днищ корпусов реактора ВЗЭР-ЮОО,удовлетворяющих по своим качественным показателям требованиям технических условий.Разработана на основе анаяиза возможностей металлургического производства ведущих предприятий Р£ технология произ-

водства моноблочных плит с размерами 7500x7500x350 ми для штамповки днищ корпуса реактора ЗПБЗР-600,предусматривающая минимальный объем-реконструкции производств АО "йжор'ские заводьГи "Атоммаш".

Лостоверность научных положений,выводов и рекомендаций обоснована комплексом экспериментальных исследований,в том числе на промышленном оборудовании,с привлечением методов математического планирования экспериментов и статистической обработки данных-на ЗИМ; сравнением расчетных и экспериментальных данных; результатами механических,металлографических, рентгеноспектральных и других исследований на современной аппаратуре; результатами внедрения разработанных режимов и технологий; выпуском промышленных партий крупногабаритных плит и изделий из .чих с проверкой их качества.

Апробация работы. Основные положения и разделы работы доложены и обсуждены на Международной конференции "Материалы и технология в машиностроении (г.Москва,1989 г.); научно-технических советах НПО ЩШТМАЕ (г.Москва, 1968... 1998 г.г.); научно-технических секциях АО "Атоммаш" (г.Волгодонск,1990...1995 г.г.) и АО "^нергомашспец-сталь" (г.Краматорск,1989...1992 г.г.); научных семинарах кафедры ОМД МИСиС (г.Москва,1988,1992,1998 г.г.). Результаты работы экспонировали на В^НХ (г.Москва,1967...1969 г.г.).

Публикации. Основное содержание работы-опубликовано в восьми печатных работах,в том чиоле получено пять авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы. Диосертация состоит из введения,вести глав,основных результатов и выводов;, изложена на \70 страницах машинописного . текета.оодержит 56 иллюстраций, /7 таблиц; библиографический описок и» /23 наименований;'приложение.

ОСНОВНОЕ СО;ЕР£АНИЕ РАБОТУ

I.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОВКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ

ПЛИТ; ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАЛАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

*

Корпуса мощных реакторов,парогенераторов,компенсаторов давления и других установок изготавливают и» толстостенных крупногабаритных поковок,в том числе плит.Так,для прои>водотва днищ корпусов совре-иеипых энергетических установок нужны плиты е размерами 5500х55С0х25( мы и белее.Производстве крупногабаритных плит в настоящее время осу-щеетвляют различными способами обработки металлов давлением и сварки Условно все плиты можно разделить на три группы:моноблочные плиты; плиты,изготавливаемые с помощью сварки и плиты, получаемые из трубных поковок.

Производство широких моноблочных плит осуществляют,в основном, прокаткой иди ковкой.Однако существующее прокатное оборудование и технология не могут обеспечить получение толстых плит шириной 5000 мм и более.Ковка плит на прессах заключается в осадке слитка вдоль оси для получения требуемой ширины и последующей проработке литой структуры.Широкое распространение получили способы ковки плит о исключением операции осадки.При этом максимальное уширеиие металла обеспечивают использованием исходных заготовок специальной формы; изменением контактных условий,конфигурации К размеров рабочей неверности инструмента и другими приемами.Основной недостаток этих спосо-бов-низкое качество металла,т.к.дефектный металл осевой зоны слитка остается в теле поковки.Кроме того,максимальная ширина плиты ограничена величиной расстояния между колоннами пресса.

Изготовление крупногабаритных плит путем электрошяаковой сварки катаных или кованых заготовок вееьма трудоемко,характеризуется малым выходом годного,нестабильность!) технолог^.. и низким качеством.Последующее изготовление изделий,например,корпусов,приводит к получению пересекающихся сварных евов.что значительно снижает надежность работы этих изделий.

Более перспективным представляется изготовление крупногабаритных плит из трубных заготовок.что позволяет удалить дефектную осевую зону слетка при прошивке полым проиивием.Анализ существующих споов-бов производства полых заготовок на трубопрокатных установках,прессованием, ковкой на РОМ,а также на прессах методом прошивки-протяжки через кольцевые матрицы показал,что этими способами невозможно получить толстостенные трубные поковки требуемых размеров.Производство трубных поковок для получения крупногабаритных плит традиционными способами ковки требует решения некоторых вопросов.Так,необходимо разработать способы пробивки предельно высоких заготовок,устраняющие разностенность.а также торцевые отходы,что позволит существенно уменьшить объем последующей механической обработки.Не разработаны

способы протяжки и раскатки на оправке заготовок с длиной,превышав-щей продельные размеры отола пресса и о внутренним диаметром свыше 1200 мм.Нет надежных способов и кузнечного инструмента для развертки полых заготовок в плоскую плиту.

Проведенный анализ современного состояния в области производства крупногабаритных плит для изделий ответственного назначения позволил сформулировать следующие основные задачи работы:

-разработать научно обоснованную методику определения температурной неоднородности в крупных поковках при охлаждении на воздухе применительно к процессу их последующей прошивки; разработать способы прошивки предельно высоких заготовок,гарантирующие высокое качество прошитых заготовок;

-исследовать и разработать технологические процессы,инструмент и оон*отку для протяжки и раскатки на оправке крупногабаритных толстостенных поковок длиной 55СО...65С0 мм;

-исследовать,разработать и освоить новые технологические процессы развертки крупногабаритных трубных поковок в плиту,обеспечивающие снижение трудоемкости и повышение коэффициента использование металла,

-установить закономерности влияния параметров пластических и термических обработок на формирование структуры и свойств металла, что позволит создать рациональные схемы и технологичеокие режимы процессов,управлять качеством крупногабаритных плит и изделий из них -разработать и внедрить элективные и.экономичные процессы производства крупногабаритных моноблочных плит,обеспечивающие получение из них изделий ответственного назначения с повышенной надежностью, высокими служебными и.эксплуатационными характеристиками.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОШИВКИ ПРЕДЕЛЬНО ВЫСОКИХ ЗАГОТОВОК С НЕРАВНОМЕРНЫМ ТЕМПЕРАТУРНОМ ПОЛЕМ

В технологии ковки полых заготовок прошивка является одной из

главных определявших операция.Для прошиш рекомендуют использовать заготовки с Ц/Д $0,6...0.8, однако и в этом случае не исключено етклонеиие оси отверстия от оси заготовки,приводящее к разностенно-стн поковки.Производство.плит шириной 50С0 мм и более в качестве исходных для последующих протяжки и раскатки на оправке требует полые заготовки с Н/Д > 1,0,что усугубляет негативные последствия прошивки.Кроме того,нет единого мнения по целесообразности и влиянию параметров осадки как промежуточной операции при производстве полых поковок на качество металла.3 связи е этим провели эксперименты по осадке-стальных заготовок диаметром 120 мм и высотой 260 мм (Н/Д=2,2),в сквозное отверстие которых последовательно запрессовывали шайбы высотой 10 мм с продольными дефектами (отверстия диаметром 2 мм) и сплошные шайбы.В качестве инструмента применяли плоские и сферические вогнутые плиты,с отверстием в нижней плите и-без неге. Нагретые заготовки последовательно осаживали на заданную степень деформации (5^=20...70 %),охлаждали,npoi дили ультразвуковой контроль, часть образцов разрезали для определения степени закрытия дефектов.Результаты исследования показали,что осадку перед прошивкой следует производить плоскими плитами без отверстий,степень осадки для снижения деформационной неоднородности не долина превышать 30 %.

Задачу по разработке технологии прошивки высоких заготовок решали созданием неоднородного поля.сопротивления металла деформированию.Для этого применяли составные заготовки высотой 80 мм (Н/Д=1,33) с наружным слоем иа сплава П0С-61,внутренним-из свинца. Толщина жесткого слоя составляла 60 % от диаметра заготовки.Прошивку осуществляли полым прошивнем диаметром 22 мм.Кроме того,моделирование процесса прошивки провели на стальных заготовках диаметром 250 мм и высотой 500 мм с фиксацией температуры хромель-алюмелевыми.термопарами в пяти точках сечения (на поверхности,в центре и на расстоянии 20,ВД и 80 мм от оси заготовки).Охлаждение нагретых заготовок

осуществляли на воздухе,в воде и комбинированным способом ( вода+ воздух).Погрешность показаний термопар по сравнение с эталонами составляла 15.,.26 °С.Прошивку осуществляли полый прошивнем с Дн»60 мм.Анализ качеотва прошитых стальных и составных заготовок по величине отклонения оси отверстия ст оси заготовки подтвердил актуальность и необходимость прошивки предельно высоких заготовок е неравномерным температурным полем.

Для внедрения разработанного способа прошивки провели расчет температурных полей кузнечных слитков массой 15,6...420 т со средним диаметром 920...3460 мм при их охлаждении на воздух«, применительно к процессу последующей прошивки.Расчеты производили на оонове извест кого уравнения теплопроводности для цилиндра бесконечней длины:

•где Т-Т)-температура металла;

Ъ -текущий радиус слитка;

Т'-продолжительность охлаждения;

Л-коэффициент температуропроводности.

Для раочетов приняли следующие допущения: -отвод тепла производится только с боковой поверхности; -коэффициент температуропроводности приняли постоянным оо еменой егс величины при температуре фазовых превращений в стали; -теплофизичеекие характеристики (коэффициент Пуассона,модуль упругости и .др.) приняли неизменными и соответствующими "среднемассовой" температуре слитка.

Для проверки правомерности выбора принятых граничных условий провели АО "Энергомашспецсталь" исследование температурного поля нагретого слитка массой 39 т в процессе его охлаждения на воздухе. Температуру металла измеряли в 4-х точках по сечению слитка хроме ль-алюмелевыми термопарами.Сопоставление полученных результатов с известными литературными даниыми.а также с данными расчета теплового

состояния слитка показали их хорошую сходимость,правомерность-выбора граничных условия.

Температуру металла рассчитывали по диаметральному сечению с шагом 0,05 радиуса слитков,равномерно нагретых до 1220 при их охлаждении на воздухе.Шаг интегрирования составлял 0,1 чао.Расчет проводили до момента достижения температуры по оси слитка,равной 980...1000 °С,поскольку при более низких температурах существенно возрастает сопротивление деформированию стали.Для всех типоразмеров слитков определили продолжительность охлаждения,необходимую для обеспечения условий качественной прошивки,из'условия достижения максимального температурного градиента между поверхностью слитка и 0,25 радиуса слитка от оси.

Изучение полученных данных показывает,что величина температурного градиента растет от нуля до максимального значения,равного 8,52 °С/см для слитка массой 15,6 т,'до 3,85 °С/см-для слитка массой. 420 т,время достижения максимального температурного г.адиента.т.е.требуемая продолжительность охлаждения,составляет соответственно 1,3 и 14 чао. При этом температура металла на расстоянии 0,25 радиуса от оси слитка слабо завиоит от размеров слитков и колеблется от 1105 °С (для слитков массой до 50 т) до И^О °С (для более крупных витков),а температура на поверхности слитков составляет соответственно 830...750 °С и 7ЧС...6Ч0 °С.

На основе результатов проведенных исследований разработали новый способ прошивки предельно высоких заготовок,заключающийся в том,что равномерно нагретую заготовку охлаждают о одновременной теплоизоляцией торцев до возникновения в последней заданного распределения температур и прошивают полым прошивнем (а.с.1731386).Использование предельно высокой заготовки позволяет или отказаться от предшеству-щей осадки или существенно снизить степень обжатия при осадке ( Ъон^ ЗСЯ.Кром е того,разработали новую конструкцию полого прошивня

и процессы прошивки,позволяющие снизить величину отходов за счет изменения формы отходов и устранения образования торцевого заусенца (а.с.1756008,1614958).Указанное достигается охлаждением одного из торцев заготовки перед прошивкой на глубину не менее 0,05 диаметра отверстия или установкой под нижний торец заготовки стальной прокладки, нагретой до 800...850 Лабораторные исследования указанных способов прошивки на стальных заготовках диаметром 250 мм и высотой 375 мм,а также промышленное опробование их на слитках массой 39 т подтвердили правомерность и надежность разработанных способов.

На основе полученных результатов разработали тех; логию прошивки реальных кузнечных слитков (блоков) применительно к уоловиям АО "Энергемашспецотадь".Так,технология коки пустотелой пековки из • литка массой 145 т отали 15Х2Н1Ш на прессе усилием 60 МН содержит следующие операции: нагрев олитка до 1250 °С; обжатие прибыли и бил-яетировка на диаметр I960 мм; вырубка блока размером 4600x1960 мм; осадку плоскими плитами до выооты 2750 мм; охлаждение на воздухе в течение 6,0 час,; прокивка пустотелым проливнем диаметром 950/590 мм.

3.ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОТЯШ И РАСКАТКИ НА ОПРАВКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛЫХ ПОКОВОК

Аиалив технологических схем и деформационных режимов ковки полых заготовок на оправке показал,что существующие технологии и инструмент не позволяют получать трубные поковки большого диаметра и длины,превышающих возможности действующего прессового оборудования.

В связи с этим разработали способ протякки (а.с.1614955) на оправке новой конструкции,основное отличие которой состоит в отсутствии бурта,что с эспечивает возможность свободного перемещения заготовки на оправке.Оправка имеет рабочий,промежуточный и вспомогательный участки.Длина рабочего участка составляет 1,0...2.О максимального

диаметра оправки.Зспомогательный участок предназначен для удерживания оправки манипулятором или кантователем в процессе ковки.Основная функция промежуточного участка-удерживанив попой заготовки,ег? длина составляет С,25...О,5 длины заготовки под протяжку.Исследования процесса протяжки на оправках с разным углом конусности показали,что угол конуса этого участка должен быть в пределах 1,0...7,5. град.При меньшем угле процесс снятия заготовки с оправки затруднен, при болысем-прсчежутсчний участок не обеспечивает требуемую жесткость оправки.Сг.с.ако изготовление моноблочной оправки для протяжки крупногабаритных заготовок вызывает значительные трудности.При этой суммарная масса заготовки+оправки+патрона+кантователя может превышать возможности подъемно-транспортного оборудования.Поэтому" разработали способ протяжки на сборной ступенчатой оправке с переходным кольцом,являющимся рабочей частью оправки,и реализованный в условиях АО "¿нергомашспецсталь".'

Разработали три варианта протяжки на оправке крупногабаритных полых поковок.По I варианту раскатанную до номинального внутреннего диаметра заготовку размещают на моноблочной справке,длина которой меньше протягиваемой заготовки,при этом протяжку ведут о последовательным перемещением последней.По II варианту полой заготовке придают в процессе протяжки форму цилиндра с центральным буртом,раскаткой получают требуемый внутренний диаметр,после чего осуществляют про-, тяжку центрального бурта на сборной ступенчатой оправке,Длину рабочей части оправки принимают равнор 1,4 длины центрального бурта.По III варианту заготовке при протяжке придают форму цилиндра с фланцем, раскаткой на оправке получают требуемый внутренний диаметр,производят протяжку фланца на сборной ступенчатой оправке.

Результаты лабораторных исследований"и промышленного опробования показали,что протяжку на оправке следует проводить в комбинированных бойках; раскатку для получения заданных размеров поковки-и устранения

торцевых дефектов следует осуществлять максимально длинным бойком от середины поковки к ее торцам; окончательную протяжку следует производить по вышеуказанным вариантам.

Промышленное опробование разработанных способов протяжки-раскатки трубной поковки для изготовления макета днища корпуса реактора провели на прессе усилием 60 МН в АО "Знергомашспецсталь".Слиток массой 34 т биллетировали на диаметр 1220 мм,вырубали блок длиной 2600 мм, осаживали и прошивали полым прошивнем диаметром 550 мм.Заготовку раскатывали на оправке до внутреннего диаметра 800 мм,протягивали до образования поковки диаметром 1600 мм с" центральны., буртом длиной 450 мм и внешним диаметром 1900 мм.Ступенчатую поковку раскатывали на оправке до получения внутреннего диаметра 1400 мм и протягивали на оборной оправке до требуемых размеров (Дн«1830 мм,Двн«1400 мм). Таким образом,комбинированная сборная, оправка позволяет реализовать разработанные процессы ковки крупногабаритных трубных поковок большого диаметра и длиной 6000...8000 мм,расширив тем самым технологические возможности ковочных прессов.

4.ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ РАЗВЕРТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРУБНУХ ПОКОВОК

Разработали два споооба развертки крупногабаритных трубных поковок в плоекую плиту: инструментом с плоской рабочей поверхностью и клиновым инструментом.

Способ развертки плоскими бойками заключается в следующем.После термической и механической обработок трубную поковку разрезают вдоль оси с образованием щели шириной,достаточной для ввода инструмента. Развертку осуществляют бойком со стороны внутренней поверхности поковки при его последовательном перемещении вдоль оси последней.

Исследование процесса развертки плоским инструментом проводили

л

на заготовках из стали I5X2HM5A размерами 76,7x59,3x150 мм.изменяя ширину бойков в пределах 50...150 мм и длину-в пределах 60...2СС мм, а также шаг продольного перемещения бойков.Установлено,что ширину В плоских бойков на первом переходе следует принимать равной Bj=C,9iBH,Ha последующих переходах-Зп»(1,7-0,1п)Зп_|,где п-номер перехода,Вп_^-ширина бойка на предыдущем переходе.Длину бойка выбирают в пределах (1,0...3,б)Д-„ ,где Д.и -максимальный внутрен-

внп-1 п—I

ний поперечный размер заготовки.Ear перемещения бопков в продольном направлении составляет (0,25..Л,0)Д_ц

внп-1

Рассчитали и изготовили плоские бойки для развертки трубной поковки из стали I5X2HMJA с размерами 235Сх1660x5700 мм на прессе усилием 150 МН.Технология производства крупногабаритных плит разверткой, внедренная в АО "Атоммаш",включает следующие основные операции: входной контроль трубной заготовки; ее механическую обработку по торцам,наружной и внутренней поверхностям; вырезку полосы шириной 800 мм для ввода инструмента; нагрев; развертку за 4 перехода; термическую обработку плиты; контроль качества.Сирина бойков на первом переходе составляла 1660 мм,на втором-2550 мм,на третьем-ЗбСО мм.Окончательную развертку осуществляли между плоским бойком и нижним основанием пресса.Знедрение данной технологии позволило получать качественные моноблочные плиты о размерами 5500x5500x280 мм, снизить трудоемкость изготовления в 4,6 раза.раоход металла-на 10...15 % по сравнению с прокатно-сварным вариантом изготовления плит,существенно повысить надежность изделий.

Однако технология развертки плоскими бойками имеет ряд недостатков, в том числе многопереходность процесса,наличие большого комплекта сменного инструмента,необходимость вырезки полосы шириной 8C0...ICCC мм.Поэтому предложили способ развертки трубных поковок клиновым инструментом (а.с.1665604).Угол клиньев плавно изменяется от минимального у одного из торцев,имеющего максимальную высоту,до

максимального угла у другого терца,имеющего минимальную высоту.

Исследование данного способа развертки проводили на заготовках из. о винца марки COCI и стали 15Х2Н1Ш с размерами 75x45x165 мм.З качестве инструмента применяли клинья с углом при верхине 15..120 определяли требуемую конфигурацию и размеры клиньев,обеспечивающие на начальной стадии развертку заготовки без смятия кромок и потери устойчивости.Изучали изменение величин раскрытия кромок ДЗ,максимальных высотного Н и поперечного 3 размеров заготовки/относительных величин ДЗ/Н, АВ/3 и других в зависимости от параметров инструмента,технологических параметров процесса.

Установлено,что с увеличением угла при вериине клина свыше 90 0 происходит смятие частей заготовки,при угле менее,60 0 развертка происходит без затруднения,однако приводит к необходимости дополнительной развертки заготовки клиньями о большим углом при вершине. Для обеспечения стабильности и плавности процесса,уменьшения усилия развертки нижнюю рабочую грань инструмента следует выполнять под определенным углом к плоскости его верхнего основания.Хлину клина следует принимать равной 0,25...С,35 длины развертываемой заготовки, при этом развертку целесообразно производить двумя клиньями,расположенными симметрично относительно середины заготовки.

На основе результатов исследования спроектировали и изготовили клиновой инструмент,содержащий смонтированный на траверсе пресса опорный элемент,к которому крепятся два клина и клин-развертку. Промышленное опробование способа осуществляли в АО "Атоммащ" при развертке трубной поковки из стали I5X2HMSA с размерами б"0х4г0х х16С0 мм.Предварительно разрезанную по образующей поковку нагревали до ЦОС °С,осуществляли развертку клиновыми бойками,на траверсу пресса навешивали упор.устаналивали клин-развертку и производили дальнейшее развертывание заготовки.Окончательное деформирование заготовки в плиту размерами 1500x1600x70 мм осуществляли на плоском

основании пресса.Испытания полученной плиты показали ее полное соответствие требованиям технических условий по качеству поверхности и уровни механических свойств металла.Знедрение процесса развертки крупногабаритных трубных поковок клиновым инструментом позволяет повысить коэффициент использования металла на 10...15 % по сравнении с разверткой плоскими бойками.

5.РАЗРАБОТКА И 0С30ЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПЛИТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ КАЧЕСТЗА

На основе результатов 'проведенных исследований разработали комплексную технологию производства крупногабаритных плит и штамповки днища корпуса реактора ЗЗЗР-1С00,предусматривающую два этапа: выплавку слитка и ковку трубной поковки в условиях АО "Знергомзшспец-сталь"; развертку поковки в плиту и штамповку днища в условиях АО "Атоммас".

Технология включает следующие основные операции: выплавку слмтка массой 145 т из стали 15Х2НМ2А; входной контроль слитка и удаление дефектов; нагрев,обжатие прибыли на диаметр 1320 мм и Зиллетировку слитка на диаметр 1560 мм; вырубку блока размером 4600x1960 мм; нагрев блока; осадку до высоты 2760 мм; охлаждение на воздухе в течение 6,0 час.; прошивку; нагрев заготовки; раскатку на оправке до получения внутреннего диаметра 13С0 мм; нагрев; протяжку на оправке до получения ступенчатой поковки диаметром 2120 мм с центральным буртом; нагрев; раскатку на оправке до получения внутреннего диаметра 17С0 мм; нагрев; протяжку на сборной оправке центрального бурта; термическую обработку поковки с размерами 2380x1690x5760 мм; контроль качества;транспортировку поковки; механическую обработку торцев,наружной и внутренней поверхностей; разрезку псксвки по образующей; нагрев; развэртку; термическую обработку плиты; ультразвуко-

вую дефектоскопию; вырезку заготовки диаметром 5450 мм; штамповку днища; термическую и механическую обработки днища; контроль качества.

По разработанному технологическому процессу изготовили плиты с разнерами 5700x6250x345 мм и отштамповали 8 днищ корпуса реактора ЭЭ2Р-100С,испытания которых показали их полное соответствие требованиям технических условий.

Для изучения влияния параметров пластических и термических обработок на структуру и свойства металла из трубной поковки и плиты вырезали темплеты размером 150x150x250 мм как со стороны донной, так и прибыльной частей исходного слитка.Образцы для испытаний выреза).л в продольном и в тангенциальном направлениях,из внешних и внутренних частей плиты.Металл исследовали на разных стадиях технологии: в состоянии поставки трубной поковки; после развертки плиты, нормализации и отпуска; после штамповки днища и отасига; после штамповки,откига и двойной закалки с отпуском; после дополнительного отжига дн.па.Определяли механические свойства металла,ударную вязкость; работу развития трещины на ударных образцах с нанесенной инициированной трещиной длиной 1,0...2,5 ммЛ'сследования микроструктуры осуще^ .вляди на микроскопе "MEF -2",анализ неметаллических включений-на нетравленных шлифах.¿рактографический анализ изломов образцов проводили на стереомикроскопе МБЗ-9; для определения карбидного состава осуществляли потенциостатический анализ образцов в 40 % растворе УаОН.Для характеристики дислокационной структуры определяли физическое уширение линии (220) в излучении с

шагом сканирования 0,1 град.,время сканирования в какдой точке составляло 40 сек.Вычисление результатов производили по специальной программе на ЗЗМ.

Установлено,что металл трубной поковки в состоянии поставки имеет двухфазную структуру,крупные бейнитныг зерна окружены сеткой мелких зерен феррита.Анализ серных отпечатков показал,что оаспэеде-

ленив сери по сечению поковки носит равномерная характер.Загрязненность металла оксидными,сульфидными и силикатными включениями не превышает 1-го балла,при этом содержание сульфидов в донноп части несколько выше,чем в прибыльной.Излом образцов в состоянии поставки имеет смешанный вязко-хрупкий характер.Нагрев под развертку,нормализация плит,основная термичеокая обработка днища приводят к повышению вязких свойств стаЛ(.Анализ механических свойств металла поковок показал,что наиболее низкие показатели имеет металл в состоянии поставки.Проведение нормализации плит способствует измельчению зерен и повышению свойств металла.Рост зерен в структуре отали после нагрева под штамповку приводит г. снижению ударной вязкости при температурах 20 и -10 °С,уменьшению величины удельной работы развития трещины.Основная термическая обработка днида способствуют повышению всех свойств,а дополнительный отпуск снижает величины ударной вязкости и предела текучести.Сравнение механичеоких свойств образцов,вырезанных по глубине поковки,в продольном и тангенциальном направлениях,показало отсутствие анизотропии свойств,что объясняется как всесторонней проковкой металла,так и малым содержанием неметаллических включений и отсутствием ярко выраженной строчечнооти. На заключительном этапе технологии металл днища имеет мелкозернистую отруктуру и механические свойотва (60=647...696 МПа, б">л«539...579 МПа, Г-20...21.5 %, V -72. ..75 %, КС1М92...235 Дж-см"2),удовлетворяющие требованиям технических условий (<эв»6С7,6 МПа, <3^=490 МПа, (Г »15 %, <//«55 %, КС^ее.2 Дж-см"2).Результаты ультразвуковой дефектоскопии также удовлетворяют требованиям технических условий.

6.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗЗОДСТЗА МОНОБЛОЧНЫХ ПЛИТ С РАЗМЕРАМИ 75ССх76ССх36С ММ

Реакторная установка ВПРЭР-60С относится к зтомнмм станция.'-! ногого типа к имеет корпус с нарухним диаметром 613С мм, толщиной отенгси

265 мм и выоотой 19550' мм.Днище корпуса эллиптической формы можно изготовить из плиты с размерами 7600x7600x350 мм,которую можно получить разверткой трубной заготовки о размерами после механической обработки 2930x2200x7600 мм.Для изготовления такой заготовки необходимо отковать трубную поковку с размерами ЭС5Сх21ССх8СССм.

С целью реализации возможности изготовления моноблочных трубных поковок и плит вышеуказанных размеров провели анализ потенциальных возможностей сталеплавильного,кузнечно-прессового,подъемно-транс-портного,нагревательного и термического оборудования ведущих предприятий Российской Федерации: АО "Уралмаш","Уралхинмаи","Баррикады", "йкорские заводы*,"Атоммаш".Анализ показал,что поставленная задача может быть выполнена только на предприятиях "Ижорские заводы"и "Атоммах" после проведения соответствующей реконструкции металлургического производства.

Предложена следующая технологическая схема изготовления моноблочных крупногабиритных плит для штамповки днища корпуса реактора ШБЗР-6С0: АО "Нжорские заводы*производит выплавку слитков из стали 15Х2НМ5А,изготовление трубных поковок,их транспортировку в г.Золго-донск воднь... или железнодорожным транспортом; в АО "Атоммаш" осуществляют развертку трубной поковки в плиту,вырезку заготовки, штамповку к окончательную отделку днища.

На основе проведенного анализа,результатов исследовании и опыта внедрения технологии производства плит для штамповки днища корпуса реактора ЗЗЗР-1ССС разработали принципиальную технологию производства плит с размерами 7500x7500x400 мм и более,основными операциями которол явпягтся: выплавка слитка массой 290 т из стали 15Х2Н"5А; биллэтировка слитка и вырубка блока диаметром 2650 мм и высотой 5150 мм; осадка блока до высоты 3000 мм,охлаждение в течение 11,5 час. и прошивка пустотелым прошивнем диаметром 12С0 ,мм; раскатка прошитой заготовки на оправке диаметром ПСС мм до получения вкут-

реннего диаметра 1300 мм; протяжка на оправке диаметром I28C/I220 мм краевых участков заготовки длиной по I85C мм на диаметр 2450 мм; раскатка на оправке диаметром I2C0 мм ступенчатой поковки до получения внутреннего диаметра 2IC0 мм,при этом наружный диаметр на крайних ступенях составляет 2900 мм,в средней части - 3900 мм; протяжка средней части поковки на сборной оправа с кольцом диаметром 2000 мм и длиной 4300 мм; термическая обработка трубной поковки; транспортировка поковки; механическая обработка трубной поковки до размеров 2800x2090x7600 мм; прорезка паза по образующей шириной 50 мм; развертка трубной поковки в плиту клиновым инструментом; вырезка заготовки днища; нагрев и штамповка дница на прессе усилием 150 МН; термическая обработка днища; механическая обработка торца, наружной и внутренней поверхностей днища; контроль качества днища.

Разработанная технология производства моноблочных плит для штамповки днищ корпуса реактора ЗПБЗР-бСО предусматривает минимальный объем реконструкции действующих металлургических производств АО "Кжсрские заводы*и АО "Атоммаш".

ОСНОЗНУЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I.Установлен на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований характер изменения теплового поля кузнечных слитков массой 15,6...420 т диаметром 920...3460 мм при их охлаждении на воздухе.Сравнение данных расчета и результатов экспериментальных исследований процесса охлаждения слитка массой 39 т показало их хорошую сходимость.Разработаны новые способы прошивки предельно высоких заготовок (Н/Д > I) в условиях неравномерного температурного поля,повышающие качество полых заготовок за счет исключения равноценности поковок и торцевых отходов (a.c.I73I386,I756C08,I8I4958).

2.Разработаны новые конструкции оправок в моноблочном и сборном исполнениях,способ протяжки на оправке крупногабаритных цилиндри-чеоких поковок о диаметром отверстия более 1200 мм и длиной до 6000...8000 мм,расширяющие технологичеокие возможности универсальных ковочных прессов при производстве полых поковок (а.с.1814955).

3.Разработан и внедрен в условиях АО "Атонмаш" способ развертки трубных заготовок плоскими бойками,позволяющий получать моноблочные плиты размерами 5500x5500x280 мм.Предложены новые конструкции инструмента,технологические схемы и режимы процесса развертки трубных поковок клиновым инструментом,повышающие коэффициент использо-ния металла на 10...15 % по сравнению с разверткой заготовок плоскими бойками (а.о.1665604).Способ развертки клиновым инструментом опробован в промышленных условиях АО "Атоммаш" при развертке трубной поковки из стали 15Х2НМ5А с размерами 620x480x1600 мм.

4.Проведены комплексные исследования влияния основных технологических параметров пластических и термических обработок на физико-механические свойства и структуру металла на разных стадиях технологии производства крупногабаритных плит и днищ корпуса реактора ВЗЭР-1СОС.Показано результатами исследования макро- и микроструктуры,механических свойств,фрактографических и рентгеноспектральных исследований,определения ударной вязкости и работы развития трещины, ультразвуковой дефектоскопии,что металл днища по своим структурным, прочностным и пластическим характеристикам удовлетворяет требованиям техническх условий.

5.Разработана комплексная технология производства моноблочных крупногабаритных плит из стали 15Х2НМ5А с размерами 5500x5500x260 мм

и более,предназначенных для штамповки днищ корпуса реактора ЗЗЗР-ЮСО, включающая изготовление толстостенной трубной поковки из слитка

массой 145 т в условиях АО "Знергомашспецсталь" и развертку поковки з плиту,штамповку днищ и их термическую обработку в условиях АО "Атоммаш".

6.Проведен анализ потенциальных возможностей сталеплавильного, кузкечно-прессового и термического производств,подьемно-транспорт-ного оборудования ведущих предприятий Российской 5едерации применительно к производству монсблочных кованих плит для изготовления дтн корпуса реактора ЭПГЗР-СОС диаметром 513С мм.Разработана технология производства моноблочных плит из стали 15Х21ША с размерами 75ССх75ССх350 "м.эхлючаЕщая виплазку с-чтгл массой 2ГС т, кстзку трубно» пгковки с р"з:,ера,:и ЗС5Сх21ТхРГС'С мм в условиях АО "!1*орские заводы",ее развертку клиневцм инструментом в условиях

АО "Ато;:!:?.с",д.уа!!атрипап^ая инш^-г.ьнип объем реконструкции депствуц-пих производств гтих предприятий.

7.;!згстовлени в промышленных услогзнях АС "онергр:;асспецзталь" крупногаЗаритные трубнае псковки с размерами 23£Сх169Сх576С мм, из которых в условиях АС "Атоммаш" получены разверткой плиты и отштамповано восемь днип корпуса реактора 332Р-ЮСС, удовлетворяющих по своим качественным показателям требования технических условия. Внедрение разработанной технологии позволило снизить трудоемкость изготовления плит в 4,С раза,расход металла - на 1С...15 % по сравнению с прскатно-сзарпым вариантом изготовления плит,существенно повысить надежность корпуса реактора за счет исключения перекрестных сварних ьвов•

сснознсе ;с:е?га;п'е ¿•1С'зе?тац:к: спублпсзано з работах:

Х.^-дчальное об-гдт!'0 полых заготезек в четирехбопксяон ковочном блоке /З.П.Тгс:;ц:с;*.Г!,?.Г.иага^утдинов,Г.Н.Еуленкоз,С.А.Ксбелзв.3 кп.: Сбр".5отча мсталлсз дааленнем/Уг'СчЗ. М. :Мзталлургия,19Г7.-с.43-47.

2.$!зготоаяение крупногабаритных теястолизтсвих заготовок методом ксзки/г.А.Пименов,г.А.костиков,П.С.Рябов, С.А.Кобелез, 3.;..Рогаль//Тя<келое машиностроение.-1991.-.'.'9.-с. 21-24.

3.Троицк-,1?, З.Г!.,Ксбелеэ 0.А.Север-: енстяолакие технологических процессов изготовления трубних покозск -и деталей ответственного назиачеккя//;<еталлург.-195р.-!<-5 .(в печати).

4.Троицкий З.П.,Кобелев С-.А.,Лебединский М.Н.Технслогические особенности прошивки слитков для изготовления толстостенных труб //Кузнечно-штамповсчное производстве.-199с.-!•'7.(з -печати).

5.А.с.СССР !!■ 1С65С-С4.К1.3 21 3 5/СС, 1^9.Инструмент для разведен1/ кромок полах цилиндрических,предварительно разрезанных по образуьцеп,эагстсвок/Г.А.Пнмемсв,О.А.Кобелез, Б.!!. Соловьев.

б.А.с.СССР 17313СС.КЛ.З 21 3 5/1Г.IГСС. Спсссб изгстсглзнпя

Т.А.с.СССР.::- Г75г.СС?.лл.З 21 3 С./1С, 1590.Способ изготовления погл'Х пекоаск/Г.А.Пимгьов.С. А.Кгбеягз.Г. Суров.

Р.А.с.СССР К 151 4955.Кл.З 21 3 5/СС, 192С. Способ протякк:; пс-их зигстсвох/Г.А.Пимснов.С.А.Ксбглез, ¿.П.¡1учу:-:сэ и ар.

псг.нх заготовогУГ.А.Пименов.С-Д.Ксбег.гв.

9.л.с.СССР :: 1е:45зе.:-и.з 21 л з/кл—г.спсссз -.^гстсз по лих псковск/Г.А.П'.г.знов.С.А.лс Ззлс^, С. ^

л

Московский институт стали и сплавов Заказ 200.Сбъэп I п.л. Тирак 100 скз. Типография ЮСиС, у л. Орджоникидзе, 8/9.