2024年4月11日发(作者：金红英)
大型SA-336F12贮水箱筒体锻件锻造工艺研究
郭海萍;张晓旭;赵熙喆
【摘 要】介绍了长度尺寸超过芯轴有效长度尺寸的长筒体锻件的锻造方法.通过先
拔长芯轴端头部,拔至锻件图尺寸后,再逐步往里拔长的方法,可以实现锻件的锻造成
型.
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】2018(000)004
【总页数】3页(P7-9)
【关键词】长筒体锻件;锻造;芯轴拔长
【作 者】郭海萍;张晓旭;赵熙喆
【作者单位】沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司,辽宁110142;沈阳铸锻工业有限
公司锻造分公司,辽宁110142;沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司,辽宁110142
【正文语种】中 文
【中图分类】TG316
贮水箱筒体锻件，锻件图如图1，锻件重19.5 t，采用25 t钢锭生产。材质采用
美国标准SA-336F12。锻造变形过程生产工序为：压钳口→拔长下料→镦粗冲孔
→扩孔→芯轴拔长。我公司现有32 MN水压机，生产的筒类锻件内孔长度一般不
超过2500 mm，锻件重量不超过15 t。该批筒体锻件内孔长度接近4000 mm，
特别是现有的芯轴长度只有2800 mm，芯轴拔长工序，无法通过一火次直接拔长
出成品。因此，必须研究如何利用现有的配套冶金辅具生产大型长筒体锻件。本文
主要研究了该SA-336F12大型长筒体锻件的锻造成型工艺，以及生产过程中的工
艺控制参数和要点。
图1 SA-336F12贮水箱筒体锻件图Figure 1 Diagram of cylinder forgings of
SA-336F12 water tank
1 原材料选择
该贮水箱筒体锻件材质为SA-336F12。结合ASTM A336标准要求，在原材料的
选用上，优选真空精炼钢锭，内控各元素化学成分含量，严格控制钢锭内有害元素
S、P及H的含量，减少钢锭原材料本身的夹杂与偏析，并要求保证P≤0.015%，
S≤0.010%，[H]≤2×10-6。其化学成分实测值在内控化学成分范围之内，具体如
表1。
2 冶炼方法
该贮水箱筒体锻件用钢的冶炼方法为：电炉精炼+真空脱气。采用12棱钢锭模，
浇注25 t钢锭。水口端尺寸为1121 mm，冒口端尺寸为1298 mm，锭身高度
2300 mm，实际锭身重约21.3 t。钢锭脱模后，热送至加热炉中加热。
3 锻造工艺
第1火：1250℃/10 h，将冒口端压钳口，倒棱拔长坯料至∅1160 mm，下料21
t(∅1160 mm×2555 mm)，记住冒口方向。
第2火：1250℃/10 h，冒口端在上，镦粗至高度1400 mm，开边至1300 mm
高，翻转180°，开至1200 mm高，此时冒口端在下面，冲孔∅420 mm。
第3火：1250℃/8 h，经过强度校核，选用∅400 mm芯轴预扩，之后换∅500
mm马杠将内孔扩至∅950 mm。
第4火：1250℃/8 h，用∅920 mm芯轴，拔长至长度2200 mm，平整。
第5火：1250℃/8 h，用∅820 mm芯轴，下用V型砧收孔拔长，内孔收至
∅820 mm后，先拔长芯轴端头部800 mm长部分，外圆拔至锻件图尺寸后，再
拔长其余部分至工艺尺寸，出成品。
表1 SA-336F12贮水箱筒体锻件化学成分标准要求及实测值(质量分数，%)Table
1 Chemical composition requirements and measured values of cylinder
forgings of SA-336F12 water tank (mass fraction, %)CSiMnPSCrMoVNiCu
标准要求内控成分熔炼分析成品分析0．10～0．200．10～
0．200．130．170．10～0．600．10～0．500．310．270．30～
0．800．40～
0．800．490．49≤0．025≤0．0150．0080．004≤0．025≤0．0100．0050
．0030．80～1．100．90～1．100．920．920．45～0．650．45～
0．650．490．49-≤0．080．010．006-≤0．300．140．16-
≤0．250．090．089
4 工艺控制参数分析与讨论
(1)锻造长筒形锻件通常用到芯轴拔长工序，在拔长时孔中间穿一根芯轴，通过拔
长变形过程，减小空心坯料的壁厚而增加其长度。这里的芯轴，其长度超过筒体锻
件的长度。因此，对于芯轴长度小于筒体锻件长度的情况，需要研究新的工艺方案。
一种方法可以分段从两个方向穿芯轴拔长，这种方法中心内孔容易存在不同心问题，
同时在中间内孔过度位置容易出现台阶，内孔尺寸不易控制。另一种方法可以先拔
长芯轴端头部，拔至锻件图尺寸后，再逐步往里拔长，这样出成品时悬在芯轴长度
之外的部分已经拔长至成品尺寸。这种方法中心内孔尺寸容易控制，但操作难度大。
该贮水箱筒体锻件，毛坯长度尺寸为4000 mm，超过现有的芯轴长度2800 mm，
本文采用先拔长芯轴端头部，再逐步往里拔长的方法。第5火用∅820 mm芯轴，
下用V型砧拔长时，先拔长芯轴端头部800 mm长部分，外圆拔至锻件图尺寸后，
该部分长度增加至1340 mm(示意图如图2)，再拔长其余部分，则其余部分可以
实现整体在芯轴上拔长，只是先拔长的1340 mm长度会有一部分悬空在芯轴之
外。
图2 先拔长芯轴端头部800 mm长部分示意图Figure 2 Schematic drawing for
stretching first the 800 mm length at the head of mandrel
(2)拔长工序，先用∅920 mm芯轴拔长至2200 mm，平整端面后装炉。此火次
拔长至2200 mm参数的设置，主要考虑满足设备空间距离，便于平整端面，避
免出成品后锻件端面严重不齐。另外用∅920 mm芯轴，一方面可以减少出成品工
序一直用∅820 mm芯轴使芯轴过热抱死的几率，损坏工具；另一方面，内孔从
∅920 mm变形至∅820 mm，增加了内孔的变形量，有利于提高锻件的内部质量。
5 操作控制要点
(1)采用钢锭热运，缩短钢锭加热时间，大幅降低生产制造成本，降低煤气消耗，
提高生产效率。
(2)装炉时两件之间留适当间隙，避免温度不均。为了使筒身在加热过程中更均匀，
充分利用炉窑的有效高度，将筒身拔长后进行立装的方法，避免拔长变形不均，端
部不齐现象的发生。
(3)加热的目的是提高塑性，降低钢的变形抗力。因该筒身锻件较大，加热始锻温
度由原来的1220℃提高到了1250℃，提高了生产效率，同时有利于提高筒身锻
件压实效果。
(4)生产过程中，在下料时为了减少料伤，采用了800 mm宽砧下料方法。同时，
控制下料两端面平整，不留毛刺，避免在后道工序出现折伤。
(5)镦粗冲孔时，采用单面冲孔方法，避免双面冲孔产生重皮。为此专门设计了两
个500 mm高的冲子，给生产操作提供方便，避免孔冲偏心。
(6)长筒体锻件容易出现端部不齐现象，尤其拔长超过一定尺寸后锻件端面无法平
整，且端部内孔易裂，因此在锻件毛坯长度尺寸上要增加锻造余量，防止因端部不
齐或内孔裂纹导致尺寸不够加工。
(7)拔长过程中，为了防止锻件端部不齐，在用∅920 mm芯轴拔长至2200 mm
尺寸后，要增加平整端面工序，避免出成品后锻件端面严重不齐。
(8)第5火用∅820 mm芯轴，下用V型砧拔长时，先拔长芯轴端头部800 mm长
部分，外圆拔至锻件图尺寸后，再拔长其余部分，则其余部分可以实现整体在芯轴
上拔长，只是先拔长的部分会有一段悬空在芯轴之外。
6 结论
通过先拔长芯轴端头部，拔至锻件图尺寸后，再逐步往里拔长的方法，可以实现
SA-336F12大型长筒体锻件的锻造成型。该大型长筒体锻件长度尺寸超过了芯轴
的有效长度尺寸。出成品时先拔长至成品尺寸的部分会悬空在芯轴之外。通过这种
方法锻造的长筒体锻件超声检测可以满足单个缺陷Ⅰ级、底波降低率Ⅰ级、密集区
缺陷Ⅰ级的标准要求，满足实际生产需要。
参考文献
【相关文献】
[1] 康大韬，叶国斌. 大型锻件材料及热处理[M]. 北京：龙门书局，1998.
[2] 刘助柏，倪利勇，刘国晖. 大锻件形变新理论新工艺[M]. 北京：机械工业出版社，2009.
2024年4月11日发(作者：金红英)
大型SA-336F12贮水箱筒体锻件锻造工艺研究
郭海萍;张晓旭;赵熙喆
【摘 要】介绍了长度尺寸超过芯轴有效长度尺寸的长筒体锻件的锻造方法.通过先
拔长芯轴端头部,拔至锻件图尺寸后,再逐步往里拔长的方法,可以实现锻件的锻造成
型.
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】2018(000)004
【总页数】3页(P7-9)
【关键词】长筒体锻件;锻造;芯轴拔长
【作 者】郭海萍;张晓旭;赵熙喆
【作者单位】沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司,辽宁110142;沈阳铸锻工业有限
公司锻造分公司,辽宁110142;沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司,辽宁110142
【正文语种】中 文
【中图分类】TG316
贮水箱筒体锻件，锻件图如图1，锻件重19.5 t，采用25 t钢锭生产。材质采用
美国标准SA-336F12。锻造变形过程生产工序为：压钳口→拔长下料→镦粗冲孔
→扩孔→芯轴拔长。我公司现有32 MN水压机，生产的筒类锻件内孔长度一般不
超过2500 mm，锻件重量不超过15 t。该批筒体锻件内孔长度接近4000 mm，
特别是现有的芯轴长度只有2800 mm，芯轴拔长工序，无法通过一火次直接拔长
出成品。因此，必须研究如何利用现有的配套冶金辅具生产大型长筒体锻件。本文
主要研究了该SA-336F12大型长筒体锻件的锻造成型工艺，以及生产过程中的工
艺控制参数和要点。
图1 SA-336F12贮水箱筒体锻件图Figure 1 Diagram of cylinder forgings of
SA-336F12 water tank
1 原材料选择
该贮水箱筒体锻件材质为SA-336F12。结合ASTM A336标准要求，在原材料的
选用上，优选真空精炼钢锭，内控各元素化学成分含量，严格控制钢锭内有害元素
S、P及H的含量，减少钢锭原材料本身的夹杂与偏析，并要求保证P≤0.015%，
S≤0.010%，[H]≤2×10-6。其化学成分实测值在内控化学成分范围之内，具体如
表1。
2 冶炼方法
该贮水箱筒体锻件用钢的冶炼方法为：电炉精炼+真空脱气。采用12棱钢锭模，
浇注25 t钢锭。水口端尺寸为1121 mm，冒口端尺寸为1298 mm，锭身高度
2300 mm，实际锭身重约21.3 t。钢锭脱模后，热送至加热炉中加热。
3 锻造工艺
第1火：1250℃/10 h，将冒口端压钳口，倒棱拔长坯料至∅1160 mm，下料21
t(∅1160 mm×2555 mm)，记住冒口方向。
第2火：1250℃/10 h，冒口端在上，镦粗至高度1400 mm，开边至1300 mm
高，翻转180°，开至1200 mm高，此时冒口端在下面，冲孔∅420 mm。
第3火：1250℃/8 h，经过强度校核，选用∅400 mm芯轴预扩，之后换∅500
mm马杠将内孔扩至∅950 mm。
第4火：1250℃/8 h，用∅920 mm芯轴，拔长至长度2200 mm，平整。
第5火：1250℃/8 h，用∅820 mm芯轴，下用V型砧收孔拔长，内孔收至
∅820 mm后，先拔长芯轴端头部800 mm长部分，外圆拔至锻件图尺寸后，再
拔长其余部分至工艺尺寸，出成品。
表1 SA-336F12贮水箱筒体锻件化学成分标准要求及实测值(质量分数，%)Table
1 Chemical composition requirements and measured values of cylinder
forgings of SA-336F12 water tank (mass fraction, %)CSiMnPSCrMoVNiCu
标准要求内控成分熔炼分析成品分析0．10～0．200．10～
0．200．130．170．10～0．600．10～0．500．310．270．30～
0．800．40～
0．800．490．49≤0．025≤0．0150．0080．004≤0．025≤0．0100．0050
．0030．80～1．100．90～1．100．920．920．45～0．650．45～
0．650．490．49-≤0．080．010．006-≤0．300．140．16-
≤0．250．090．089
4 工艺控制参数分析与讨论
(1)锻造长筒形锻件通常用到芯轴拔长工序，在拔长时孔中间穿一根芯轴，通过拔
长变形过程，减小空心坯料的壁厚而增加其长度。这里的芯轴，其长度超过筒体锻
件的长度。因此，对于芯轴长度小于筒体锻件长度的情况，需要研究新的工艺方案。
一种方法可以分段从两个方向穿芯轴拔长，这种方法中心内孔容易存在不同心问题，
同时在中间内孔过度位置容易出现台阶，内孔尺寸不易控制。另一种方法可以先拔
长芯轴端头部，拔至锻件图尺寸后，再逐步往里拔长，这样出成品时悬在芯轴长度
之外的部分已经拔长至成品尺寸。这种方法中心内孔尺寸容易控制，但操作难度大。
该贮水箱筒体锻件，毛坯长度尺寸为4000 mm，超过现有的芯轴长度2800 mm，
本文采用先拔长芯轴端头部，再逐步往里拔长的方法。第5火用∅820 mm芯轴，
下用V型砧拔长时，先拔长芯轴端头部800 mm长部分，外圆拔至锻件图尺寸后，
该部分长度增加至1340 mm(示意图如图2)，再拔长其余部分，则其余部分可以
实现整体在芯轴上拔长，只是先拔长的1340 mm长度会有一部分悬空在芯轴之
外。
图2 先拔长芯轴端头部800 mm长部分示意图Figure 2 Schematic drawing for
stretching first the 800 mm length at the head of mandrel
(2)拔长工序，先用∅920 mm芯轴拔长至2200 mm，平整端面后装炉。此火次
拔长至2200 mm参数的设置，主要考虑满足设备空间距离，便于平整端面，避
免出成品后锻件端面严重不齐。另外用∅920 mm芯轴，一方面可以减少出成品工
序一直用∅820 mm芯轴使芯轴过热抱死的几率，损坏工具；另一方面，内孔从
∅920 mm变形至∅820 mm，增加了内孔的变形量，有利于提高锻件的内部质量。
5 操作控制要点
(1)采用钢锭热运，缩短钢锭加热时间，大幅降低生产制造成本，降低煤气消耗，
提高生产效率。
(2)装炉时两件之间留适当间隙，避免温度不均。为了使筒身在加热过程中更均匀，
充分利用炉窑的有效高度，将筒身拔长后进行立装的方法，避免拔长变形不均，端
部不齐现象的发生。
(3)加热的目的是提高塑性，降低钢的变形抗力。因该筒身锻件较大，加热始锻温
度由原来的1220℃提高到了1250℃，提高了生产效率，同时有利于提高筒身锻
件压实效果。
(4)生产过程中，在下料时为了减少料伤，采用了800 mm宽砧下料方法。同时，
控制下料两端面平整，不留毛刺，避免在后道工序出现折伤。
(5)镦粗冲孔时，采用单面冲孔方法，避免双面冲孔产生重皮。为此专门设计了两
个500 mm高的冲子，给生产操作提供方便，避免孔冲偏心。
(6)长筒体锻件容易出现端部不齐现象，尤其拔长超过一定尺寸后锻件端面无法平
整，且端部内孔易裂，因此在锻件毛坯长度尺寸上要增加锻造余量，防止因端部不
齐或内孔裂纹导致尺寸不够加工。
(7)拔长过程中，为了防止锻件端部不齐，在用∅920 mm芯轴拔长至2200 mm
尺寸后，要增加平整端面工序，避免出成品后锻件端面严重不齐。
(8)第5火用∅820 mm芯轴，下用V型砧拔长时，先拔长芯轴端头部800 mm长
部分，外圆拔至锻件图尺寸后，再拔长其余部分，则其余部分可以实现整体在芯轴
上拔长，只是先拔长的部分会有一段悬空在芯轴之外。
6 结论
通过先拔长芯轴端头部，拔至锻件图尺寸后，再逐步往里拔长的方法，可以实现
SA-336F12大型长筒体锻件的锻造成型。该大型长筒体锻件长度尺寸超过了芯轴
的有效长度尺寸。出成品时先拔长至成品尺寸的部分会悬空在芯轴之外。通过这种
方法锻造的长筒体锻件超声检测可以满足单个缺陷Ⅰ级、底波降低率Ⅰ级、密集区
缺陷Ⅰ级的标准要求，满足实际生产需要。
参考文献
【相关文献】
[1] 康大韬，叶国斌. 大型锻件材料及热处理[M]. 北京：龙门书局，1998.
[2] 刘助柏，倪利勇，刘国晖. 大锻件形变新理论新工艺[M]. 北京：机械工业出版社，2009.