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1、(10)申请公布号 CN 103100635 A (43)申请公布日 2013.05.15 CN 103100635 A *CN103100635A* (21)申请号 201210537686.9 (22)申请日 2012.12.13 B21K 3/04(2006.01) B21K 29/00(2006.01) (71)申请人 无锡透平叶片有限公司 地址 214174 江苏省无锡市惠山经济开发区 惠山大道 1800 号 (72)发明人 陈伟 苏化冰 吴德振 (74)专利代理机构 无锡盛阳专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32227 代理人 顾朝瑞 (54) 发明名称 一种不锈钢类叶片锻件的天然。
2、气环转炉加热 锻造工艺 (57) 摘要 本发明提供了一种不锈钢类叶片锻件的天然 气环转炉加热锻造工艺， 其能解决现有采用箱式 电炉进行锻件加热的锻造工艺存在的产品质量不 稳定、 生产效率低、 生产成本高的问题， 并能解决 现有工艺存在的能耗大、 产能低的问题。 其包括以 下工艺步骤 ： 坯料锻前预加热坯料锻造成形 锻件切边整形锻件二次加热锻件热整形， 其 特征在于 ： 坯料锻前预加热与锻件二次加热均在 天然气环转炉内进行。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 。
3、(10)申请公布号 CN 103100635 A CN 103100635 A *CN103100635A* 1/2 页 2 1. 一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其包括以下工艺步骤 ： 坯料 锻前预加热坯料锻造成形锻件切边整形锻件二次加热锻件热整形， 其特征在于 ： 所述坯料锻前预加热与锻件二次加热均在天然气环转炉内进行。 2. 根据权利要求 1 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述坯料锻前预加热、 锻件二次加热过程中的坯料的进料与出料、 以及坯料在各工 步之间的转运均由机械手进行操作。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种不。
4、锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特征在于 ： 所述天然气环转炉为直径 8M 的天然气环转炉或者直径 6.5M 的天然气环转炉 中的任一种。 4. 根据权利要求 3 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述天然气环转炉包括按顺时针方向依次连续布置的进料区、 连续加热区以及出 料区， 所述连续加热区包括预热区、 加热一区、 加热二区、 加热三区以及均热区 ； 所述各区段 的区段角分别为 ： 进料区 13、 预热区 80、 加热一区、 加热二区、 加热三区以及均热区均 为 60、 出料区 27。 5. 根据权利要求 4 所述的一种不锈钢类叶片锻件的。
5、天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述连续加热区、 以及与所述连续加热区相邻的半幅所述出料区构成所述天然气 环转炉的有效加热区段， 所述有效加热区的区段角度 为 333； 所述有效加热区中、 所述 半幅出料区的区段角度为 13。 6. 根据权利要求 5 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述有效加热区由中温段区与高温段区组成 ； 当采用直径 8M 的天然气环转炉时， 其所述中温加热区为预热区、 加热一区， 其余为所述高温段区 ； 当采用直径 6.5M 的天然气 环转炉时， 其所述中温加热区只有预热区， 其余为所述高温段区段。 7. 根据权利要。
6、求 6 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其 特征在于 ： 所述坯料或锻件在所述天然气环转炉内的布料形式选择 ： 按照典型坯料的总长 L0、 所述典型坯料最宽处即坯料叶根宽度 B0 和叶根宽度 B0 对应环转炉布料角外环弦宽的 范围来确定， 坯料通常可采用单排满排形式布料， 当实际坯料 k 叶根宽度 B B0 时， 实际坯 料总长 L L0 时， 坯料采用满排形式布料， 当 B B0， L L0 时， 所述坯料采用至少间隔一 个以上的布料角的形式进行布料。 8. 根据权利要求 7 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述天然气环转炉内。
7、坯料单排满排最大装炉量 N0= 环转炉总有效加热区段角 / 坯料 B0 对应布料角 。 9. 根据权利要求 8 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其特 征在于 ： 所述单件坯料在环转炉内加热节拍时间 t=T/N0， 所述 T 为坯料在环转炉内的总加 热时间， T=T1/+T2+ T3， 其中T1为高温加热时间， 即高温区段不锈钢材料加热芯部到温所 需最短时间， T1=R*， R 为坯料最大内切圆半径 R =DS/2， DS 为坯料最大内切圆直径， 单位 为 mm ； 为材料加热保温系数， 单位为 min/mm， 不锈钢材料在 950 1200高温温度加热 区间保温系数 ，。
8、 通常取 0.5 0.7min/mm ； 为高温加热区区间角占整个加热区的比例 系数 ； T2 为材料从中温到高温加热升温所需时间， 天然气环转炉为连续加热炉， 材料从中 温到高温所需时间通常时间取 25 50 分钟 ； T3 为匀热时间段， 其指材料加热从表面到高 权 利 要 求 书 CN 103100635 A 2 2/2 页 3 温温度到材料芯部到高温温度， 且芯表温度差满足不锈钢叶片锻造成形所需芯表温度公差 要求的加热时间， 通常选取 T3=T1（1/3 1/2） 。 10. 根据权利要求 9 所述的一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 其 特征在于 ： 所述坯料预加热时、。
9、 所述天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 所述均热区与 所述出料区的设定温度相同、 并且所述均热区与出料区的设定温度比所述坯料的材料始锻 温度低 30 50， 所述加热二区的设定温度比所述加热一区的设定温度高 40 80； 当采用所述直径 8M 的天然气环转炉时， 所述预热区的设定温度 900， 所述加热一区的 设定温度为 870 910所述加热三区的设定温度比所述均热区、 出料区的设定温度低 10 30； 当采用所述直径 6.5M 的天然气环转炉， 所述预热区的设定温度 930， 所述 加热一区的设定温度为 830 860， 所述加热三区的设定温度比所述均热区低 40 60 ； 所述坯料二。
10、次加热时、 所述天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 所述预热区、 加热 一区与加热二区的温度设定与所述坯料预加热的温度设定原则相同， 所述加热三区、 均热 区与出料区的温度设定比所述坯料预加热的对应设定温度均降低 60 120 ； 当坯料有 凸台结构时， 所述均热区与出料区的设定温度比材料始锻温度低 40 80。 权 利 要 求 书 CN 103100635 A 3 1/5 页 4 一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺 技术领域 0001 本发明涉及不锈钢类叶片锻件的加热锻造技术领域， 具体为一种不锈钢类叶片锻 件的天然气环转炉加热锻造工艺。 背景技术 0002 传统的不锈钢叶片锻。
11、造工艺流程一般为 ： 坯料锻前预加热锻造锻件切边整形 锻件二次加热锻件热整形， 其中锻造前的坯料预加热与锻件热整形前的二次加热均采 用箱式电炉进行， 其缺点在于 ： 工件加热后取料时， 其第一支料与最后一支料的出炉时间间 隔较长， 造成后出炉工件在炉内加热时间过长、 导致其材料晶粒粗大， 对叶片性能产生较大 影响， 产品质量不稳定 ； 而传统不锈钢类叶片加热采用箱式电炉中温和高温的两段式加热 模式， 其锻件性能差异分散度大， 生产效率低， 锻件多火次加热导致表面氧化皮严重， 且采 用两段式加热模式其生产效率低 ； 并且箱式电炉装炉量过小， 通常整形流转叶片的装炉量 仅为 3 片 5 片， 其占。
12、用加热、 锻造主设备资源过多， 能耗高， 生产效率低， 生产成本大 ； 同 时锻件在加热、 锻造、 整形各工步之间的转运多由小推车手工搬运， 因此也严重影响生产效 率。 发明内容 0003 针对上述问题， 本发明提供了一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工 艺， 其能解决现有采用箱式电炉进行锻件加热的锻造工艺存在的产品质量不稳定、 生产效 率低、 生产成本高的问题， 并能解决现有工艺存在的能耗大、 产能低的问题。 0004 其技术方案是这样的， 其包括以下工艺步骤 ： 坯料锻前预加热坯料锻造成形 锻件切边整形锻件二次加热锻件热整形， 其特征在于 ： 所述坯料锻前预加热与锻件二 次加热均在。
13、天然气环转炉内进行。 0005 其进一步特征在于 ： 所述坯料锻前预加热、 锻件二次加热过程中的坯料的进料与出料、 以及坯料在各工步 之间的转运均由机械手进行操作 ； 所述天然气环转炉为直径8M的天然气环转炉或者直径6.5M的天然气环转炉中的任一 种 ； 所述天然气环转炉包括按顺时针方向依次连续布置的进料区、 连续加热区以及出料 区， 所述连续加热区包括预热区、 加热一区、 加热二区、 加热三区以及均热区 ； 所述各区段的 区段角分别为 ： 进料区 13、 预热区 80、 加热一区、 加热二区、 加热三区以及均热区均为 60、 出料区 27； 所述连续加热区、 以及与所述连续加热区相邻的半幅所。
14、述出料区构成所 述天然气环转炉的有效加热区段， 所述有效加热区的区段角度 为 333 ； 所述有效加热 区中、 所述半幅出料区的区段角度为 13； 所述有效加热区由中温段区与高温段区组成 ； 当 采用直径 8M 的天然气环转炉时， 其所述中温加热区为预热区、 加热一区， 其余为所述高温 段区 ； 当采用直径 6.5M 的天然气环转炉时， 其所述中温加热区只有预热区， 其余为所述高 说 明 书 CN 103100635 A 4 2/5 页 5 温段区段 ； 由于不锈钢材料中温、 高温加热温度分界点为 950， 即不锈钢材料设定温度和 实际炉氛温度小于 950为中温加热温度和中温加热区， 大于等于。
15、 950为不锈钢材料高 温加热温度和区间， 而对于直径 6.5M 天然气环转炉由于烟气回流余热影响较大， 在各区相 同温度设定情况下， 6.5M 加热一区实际炉氛温度明显比设定温度高 150左右， 实际温度 在 1000左右， 明显大于 950， 应算为高温加热区 ； 所述坯料或锻件在所述天然气环转炉内的布料形式选择 ： 按照典型坯料的总长 L0、 所 述典型坯料最宽处 （即叶根宽度 B0） 和叶根宽度 B0 对应环转炉布料角外环弦宽的范围来确 定， 坯料通常可采用单排满排形式布料， 当实际坯料 B B0 时 , 实际坯料 L L0 时 , 坯料 可采用满排形式布料， 当 B B0,L L0 。
16、时， 所述坯料采用至少间隔一个以上的布料角的形 式进行布料 ； 所述 6.5M 直径的天然气环转炉 B0=380mm， L0=1500mm， 所述直径 8M 的天然气 环转炉 B0=390 mm， L0=2300mm ； 所述天然气环转炉内坯料单排满排最大装炉量N0=环转炉总有效加热区段角/坯料 B0 对应最小布料角 ； 所述单件坯料在环转炉内加热节拍时间 t=T/N0， 所述 T 为坯料在环转炉内的总加热时 间， T=T1/+T2+ T3， 其中T1为高温加热时间， 即高温区段不锈钢材料加热芯部到温所需最 短时间， T1=R*， R为坯料最大内切圆半径R =DS/2， DS为坯料最大内切圆直。
17、径， 单位为mm， 为材料加热保温系数， 单位为 min/mm ； 不锈钢材料在 950 1200高温温度加热区间 保温系数 通常取 0.5 0.7min/mm ； 为高温加热区区间角占整个加热区的比例系数 ； T2 为材料从中温到高温加热升温所需时间， 天然气环转炉为连续加热炉， 材料从中温到高 温所需时间通常时间取 25 50 分钟 ； T3 为匀热时间段， 其指材料加热从表面到高温温度 到材料芯部到高温温度， 且芯表温度差满足不锈钢叶片锻造成形所需芯表温度公差要求的 加热时间， 通常选取 T3=T1（1/3 1/2） ； 所述直径 8M 的天然气环转炉的最快生产节拍 t0=60 秒 / 。
18、件， 所述直径 8M 的天然气环转炉的最快生产节拍 t0=45 秒 / 件 ； 所述坯料预加热时、 所述天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 所述均热区与所述出 料区的设定温度相同、 并且所述均热区与出料区的设定温度比所述坯料的材料始锻温度低 30 50， 所述加热二区的设定温度比所述加热一区的设定温度高 40 80； 当采用 所述直径 8M 的天然气环转炉时， 所述预热区的设定温度 900， 所述加热一区的设定温 度为 870 910所述加热三区的设定温度比所述均热区、 出料区的设定温度低 10 30； 当采用所述直径 6.5M 的天然气环转炉， 所述预热区的设定温度 930， 所述加热一 。
19、区的设定温度为 830 860， 所述加热三区的设定温度比所述均热区低 40 60 ； 所述坯料二次加热时、 所述天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 所述预热区、 加热一 区与加热二区的温度设定与所述坯料预加热的温度设定原则相同， 所述加热三区、 均热区 与出料区的温度设定比所述坯料预加热的对应设定温度均降低 60 120 ； 当坯料有凸 台结构时， 所述均热区与出料区的设定温度比材料始锻温度低 40 80 ； 所述 8M 天然气环转炉工作节拍时间控制在 90 150 分钟 / 圈 20 40 分钟 / 圈， 叶片装炉量通常按单排满排方式装炉数量进行装炉， 8M 为 60 支。由于连续生产，。
20、 可根据锻 打间歇时间进行装炉 , 可行成满排满负荷连续装炉加热锻造生产， 这与电炉一炉一炉中高 温分别加热到温后再锻造的间歇生产模式和效率明显不同 ； 所述 6.5M 天然气环转炉工作 节拍时间控制在 60 120 分钟 / 圈 (15 25) 分钟 / 圈， 叶片装炉量通常按单排满排方 说 明 书 CN 103100635 A 5 3/5 页 6 式装炉数量进行装炉， 6.5M 为 50 支坯料。 其更进一步特征在于 ： 所述坯料加热、 装炉、 与锻造成形设备螺杆锤锻造生产形成有机 生产单元。 0006 与传统不锈钢叶片锻造工艺相比较， 本发明工艺的有益效果在于 ： 其坯料锻前预 加热以及。
21、锻件热整形前的二次加热均在天然气环转炉内进行， 采用天然气环转炉能够实现 叶片中温段与高温段的连续加热， 且各支坯料、 锻件在环转炉内加热的节拍时间一致， 能够 有效保证叶片产品质量的稳定性 ； 同时由于天然气环转炉的工件装炉量大， 且坯料锻前预 加热、 锻件二次加热过程中的坯料的进料与出料、 以及坯料在各工步之间的转运均由机械 手进行操作， 能大大提高生产效率， 降低生产成本 ； 此外， 通过对坯料在天然气环转炉内的 合理布料、 以及对天然气环转炉工作节拍的合理设置， 能够保证坯料在炉内加热与炉外作 业时间一致， 从而实现不间断装料、 加热、 模锻生产， 进一步提高生产效率 ； 此外， 通过。
22、对环 转炉工作节拍的合理设置 ( 自动设置与手动设置的有机结合 )、 以及环转炉内各区段加热 温度的合理设定， 能够进一步保证叶片产品质量的稳定性 ； 而天然气环转炉采用环保经济 的天然气作为能源， 其能耗低， 也能满足目前节能降耗的要求。 附图说明 0007 图 1 为本发明采用的天然气环转炉各区段平面布置图 ； 图 2 为本发明中待加工不锈钢叶片坯料结构示意图。 具体实施方式 0008 一种不锈钢类叶片锻件的天然气环转炉加热锻造工艺， 坯料锻前预加热坯料锻 造成形锻件切边整形锻件二次加热锻件热整形， 其中坯料锻前预加热与锻件二次加 热均在天然气环转炉内进行， 并且坯料锻前预加热、 锻件二次。
23、加热过程中的坯料的进料与 出料、 以及坯料在各工步之间的转运均由机械手进行操作。 0009 见图 1， 天然气环转炉包括按顺时针方向依次连续布置的进料区 1、 连续加热区以 及出料区 7， 连续加热区包括预热区 2、 加热一区 3、 加热二区 4、 加热三区 5 以及均热区 6 ； 各区段的区段角分别为 ： 进料区 13、 预热区 80、 加热一区、 加热二区、 加热三区以及均 热区均为 60、 出料区 27； 连续加热区、 以及与连续加热区相邻的半幅出料区 8 构成天然 气环转炉的有效加热区段， 有效加热区的区段角度为 333 ； 有效加热区中、 半幅出料区的 区段角度为 13； 有效加热区。
24、由中温段区与高温段区组成 ； 当采用直径 8M 的天然气环转炉 时， 其中温加热区为预热区、 加热一区， 其余为高温段区 ； 当采用直径 6.5M 的天然气环转炉 时， 其中温加热区为预热区， 其余为高温段区 ； 坯料在环转炉内的排料形式确定 ： 按照典型坯料的总长 L0、 坯料最宽处 （叶根宽度 B0) 和叶根宽度 B0 对应环转炉布料角外环弦宽的范围来确定， 坯料通常可采用单排满排形式 布料， 当实际坯料的叶根宽度 B B0 时 , 实际坯料的总长 L L0 时 , 坯料采用满排形 式布料， 当 B B0， L L0 时， 所述坯料采用至少间隔一个以上的布料角的形式进行布 料 ； 6.5M。
25、 直径的天然气环转炉 B0=380 mm， L0=1500mm， 直径 8M 的天然气环转炉 B0=390mm， L0=2300mm ； 单件坯料在环转炉内加热节拍时间 t=T/N0， T 为坯料在环转炉内的总加热时间， T=T1/ 说 明 书 CN 103100635 A 6 4/5 页 7 +T2+ T3， 其中 T1 为高温加热时间， 即高温区段不锈钢材料加热芯部到温所需最短时间， T1=R*， R 为坯料最大内切圆半径 R =DS/2， DS 为坯料最大内切圆直径， 单位为 mm ； 为 材料加热保温系数， 单位为 min/mm， 不锈钢材料在 950 1200高温温度加热区间保温系 。
26、数 通常取 0.5 0.7min/mm ； 为高温加热区区间角占整个加热区的比例系数 ； T2 为材 料从中温到高温加热升温所需时间， 天然气环转炉为连续加热炉， 材料从中温到高温所需 时间通常时间取 25 50 分钟 ； T3 为匀热时间段， 其指材料加热从表面到高温温度到材料 芯部到高温温度， 且芯表温度差满足不锈钢叶片锻造成形所需芯表温度公差要求的加热时 间， 通常选取 T3=T1（1/3 1/2） ； 坯料的最大装炉量N0=环转炉总有效加热区间角/坯料叶根宽对应环转炉最小布料 角 ； 坯料预加热时、 天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 均热区与出料区的设定温度相 同、 并且设定温度并。
27、比所述坯料的材料始锻温度低 30 50， 加热二区的设定温度比加 热一区的设定温度高 40 80 ； 当采用直径 8M 的天然气环转炉时， 预热区的设定温度 900， 加热一区的设定温度为 870 910； 加热三区的设定温度比均热区、 出料区的 设定温度低1030， 当采用直径6.5M的天然气环转炉， 预热区的设定温度930， 加 热一区的设定温度为 830 860， 加热三区的设定温度比均热区低 40 60 ； 坯料二次加热时、 天然气环转炉各加热区段温度的设定 ： 预热区、 加热一区与加热二区 的温度设定与坯料预加热的温度设定原则相同， 加热三区、 均热区与出料区的温度设定比 坯料预加热。
28、的对应设定温度均降低60120； 当坯料有凸台结构时， 均热区与出料区的 设定温度比材料始锻温度低 40 80 ； 8M 直径的天然气环转炉工作节拍时间控制在 90 150 分钟 / 圈 30 分钟 / 圈， 叶片 装炉量通常按单排满排方式装炉数量进行装炉， 坯料最大装炉量 60 支， 坯料锻造成形采用 螺杆锤锻造 ； 6.5M 天然气环转炉工作节拍时间控制在 60 120 分钟 / 圈 (15 25) 分 钟/圈， 叶片装炉量通常按单排满排方式装炉数量进行装炉， 坯料最大装炉量50支， 坯料锻 造成形采用螺杆锤锻造。 0010 实施例一 ： 下面以某 914mm 叶片的锻造加工为例对本发明中。
29、天然气环转炉的设置使用进 行 具 体 的 描 述 ： 914mm 叶 片 材 料 选 用 X10CrNiMoV12-2-2， 坯 料 ： B=226mmB0= 390mm， L=1155mmL0=2300mm， 坯料最大内切圆直径 DS=140mm， 选用直径 8M 的天然气环转炉 , 满足 单排满排条件， 对坯料进行锻前预加热、 以及对锻件进行整形前的二次加热， 其中， 直径 8M 的天然气环转炉最小布料角为5.55对应坯料叶根宽度B0为390mm， 天然气环转炉最大满 排装炉量 N0=333 /5.55 =60 支， 坯料在环转炉内的总加热时间 T=T1+T2+T3 T1=(140/2)*。
30、0.5/0.6=58(min), T2 取 32(min) ,T3=30(min) T=58+32+30=120(min)， 节拍公差按 30min T=120 分钟 / 圈 30 分钟 / 圈。 0011 8M 转炉各区温度设定如下表 1 ： 说 明 书 CN 103100635 A 7 5/5 页 8 实施例二 ： 以某 824mm 叶片的锻造加工为例对本发明中天然气环转炉的设置使用进行 具 体 的 描 述 ： 824mm 叶 片 材 料 选 用 X10CrNiMoV12-2-2，坯 料 ： B=192mmB0=380mm， L=1030mmL0=1500mm， 坯料最大内切圆直径 DS=。
31、130mm, 选用直径 6.5M 的天然气环转炉 , 满 足单排满排条件， 对坯料进行锻前预加热、 以及对锻件进行整形前的二次加热， 其中， 直径 6.5M的天然气环转炉最小布料角为6.67对应坯料叶根宽度B0为380mm， 天然气环转炉最 大满排装炉量 N0=333 /6.6 =50 支， 坯料在环转炉内的总加热时间 T=T1+T2+T3 T1=(130/2)*0.5/0.8=41(min), T2=(130/2)*0.4=26(min) ,T3=20(min) T=41+26+20=87（min)， 取整处理取 90, 节拍公差按 25min T=90 分钟 / 圈 25 分钟 / 圈。 0012 6.5M 转炉各区温度设定如下表 2 ： 本发明上述实施例中采用的直径 8M 的天然气环转炉、 直径 6.5M 的天然气环转炉分别 采购自洛伊热工工程 （天津） 有限公司。 说 明 书 CN 103100635 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103100635 A 9 。