[发明专利]核岛流量分配裙筒镍基合金异形环件带轴向约束的近终扩孔成形方法

说明书

本发明公开了核岛流量分配裙筒镍基合金异形环件带轴向约束的近终扩孔成形方法，坯料放置在带凹槽和限位的扩孔内模上，上砧下压、芯棒带动坯料旋转进行模锻约束变形，包括：690镍基合金钢锭切除处理，至少两镦两拔开坯；锻件扩孔成形，始锻温度为1000～1220℃，终锻温度≥850℃；每次压下量≥当前坯料厚度的12％，每次压下结束后坯料沿逆时针转动18°，进行第二次压下，重复压下、旋转直至目标锻件尺寸，性能热处理，超声波、尺寸、无损、微观组织与性能和晶间腐蚀检测，检测合格即得。本发明相较于环轧工艺生产效率更高，在锻件变形区域内实现三向压应力状态，提高镍基合金锻件产品的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及核岛流量分配裙筒镍基合金异形环件带轴向约束的近终扩孔成形方法。

背景技术

大型锻件是指1000吨以上锻造水压机生产的自由锻件，可以将其分为大型轴类件、大型饼类件和大型环件。大型环件作为大型锻件的关键类别，在航空航天、核电、石化、交通及深海等重要工业领域具有十分广泛的应用，其生产能力和技术水平是衡量一个国家的工业发展水平和关键技术装备自给能力的重要标准。随着我国经济水平不断发展，综合国力不断增强，工业生产也面临着国际、国内竞争等各种严峻挑战。因此，提升大型环件生产过程中的质量控制水平，保障大型环件在使用过程中的安全性和可靠性，对于提高我国工业发展水平和国际竞争力具有重要作用。

核岛镍基合金异形环件属核岛堆芯关键承重构件，安装于压力壳内，其内部安装核燃料组件。主要功能为核燃料组件提供定位和支撑，为控制棒启动，调整功率，停堆提供可靠导向，吸收控制棒落棒时的冲击能量，为流体介质合理分配通道，屏蔽中子和伽马射线以减少压力壳的辐射损伤，为中子注量率和温度测量提供固定支撑及导向，为堆芯熔化事故下的跌落提供二次安全保障。因此，对其微观组织状态和力学性能要求严苛。

工业上制备大型环件的生产过程大致可以分为下料、墩粗、冲孔、扩孔等工序，其中扩孔工序是使坯料壁厚减薄，内、外径尺寸达到最终环件标准的重要步骤，因此也是整个工艺流程中必不可少的关键环节。坯料在扩孔过程中，内部的碳化物及粗大树枝状铸态组织被打碎，细化了内部晶粒，提升了均匀性，同时有效减少了疏松和空洞等缺陷，使环件的力学性能获得显著提升。

常用的扩孔方法包括径、轴向轧制(简称环轧)、马架扩孔等工艺，其中环轧工艺通过驱动辊带动环件旋转，同时芯辊进行径向轧制运动，使得环件壁厚减薄，内、外径增加，上、下锥辊对环件进行轴向进给，降低环件高度，最终获得目标尺寸的环件。其难点主要在于对轧制过程中各种进给速度的控制，如驱动辊转速、芯辊径向进给速度、轴向进给速度以及锥辊的后退速度等。只有各种速度条件相互匹配才能最终完成轧制过程，否则容易使环件出现各种缺陷及尺寸误差，如严重宽展、锥度、壁厚和高度不均匀、凹坑和局部压扁等缺陷。目前，对于径轴向进给速度并没有系统性理论研究。此外，在环件坯料的热变形过程中会发生动态再结晶，生成平均晶粒尺寸较小的等轴再结晶晶粒，从而起到细化原始铸态组织，提高环件综合力学性能的目的。但是由于环轧工艺在设置芯辊径向进给速度时，需要防止径向进给速度太大造成的卡辊现象及环件失稳等情况，还要考虑径、轴向速度相匹配的问题。因此，在径、轴向轧制过程中，坯料径向发生连续小变形量变形，坯料在单位时间内的变形量可能无法满足大部分晶粒动态再结晶所需的临界变形量，导致坯料最终平均晶粒尺寸相较于扩孔前没有发生明显细化，只是沿着周向被大幅度拉长。

然而，马架扩孔技术则是通过旋转芯棒带动环形坯料旋转一定角度后，再进行大压下量变形，因此可以通过单次压下达到触发材料发生动态再结晶的临界变形量，进而大幅度细化晶粒并提高材料的均质性，以提升镍基合金环件的宏微观力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供核岛流量分配裙筒镍基合金异形环件带轴向约束的近终扩孔成形方法，即带材料流动轴向约束的马架扩孔方法，可以成形多种截面镍基合金环形零件，由于局部变形量较大(超过材料发生动态再结晶所需要的临界应变)，比传统的轧制环件晶粒组织更细小(≥6级)。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：