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管線鋼高壓封頭沖壓成形因素與加工工藝特點{一}、厚壁高壓封頭沖壓成形因素
隨著科技的發(fā)展和社會的進步，貨運行業(yè)的運輸需求日益壯大。與此同時，鐵路物流的熱度達到了前所未有的高度，尤其是依靠鐵路物流在運輸粉、液、氣等方面的天然優(yōu)點，在易燃易爆等危險化工品的運輸過程中成為選擇。目前，在我國鐵路的提速和重載的需求情況下，鐵路罐車的設計和制造要求也相應的進一步提高。管線鋼高壓封頭作為鐵路罐車的重要承力部件，它的力學性能會對行車安 全產(chǎn)生直接的影響。然而，由于厚壁高壓封頭的尺寸大，材料厚，加工制造技術難度大，使得厚壁高壓封頭的成形質(zhì)量成為決定鐵路罐車產(chǎn)品質(zhì)量高低的重要因素之一。
現(xiàn)階段，厚壁高壓封頭的成形方法主要分為沖壓成形、旋壓成形和爆炸成形等方法?；诖?，本文主要對國內(nèi)外有關厚壁高壓封頭成形技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展進行探討，并對各種成形方法的適用情況進行對比分析。
厚壁高壓封頭的成形主要分為熱壓成形和冷壓成形。熱壓成形是在高溫的條件下進行沖壓成形，所獲得的厚壁高壓封頭塑性好，易于成形。但同時受到溫度場、應力、應變場的綜合作用，厚壁高壓封頭的形狀和尺寸精度難以控制，而且在厚壁高壓封頭的表面容易形成氧 化層，使得厚壁高壓封頭的壁厚變化不均勻。冷壓成形是在常溫下沖壓成形，由于加工硬化的作用，厚壁高壓封頭的強度、硬度均得到了一定的提高，對稱部位的應力、應變都相同，尺寸的穩(wěn)定性相對較好。但其在生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生鼓包、起皺等現(xiàn)象。
{二}、合金高壓封頭的加工工藝特點
根據(jù)結(jié)構形式可將大型高壓封頭分為半球形、球冠形、橢圓形和碟形，其中橢圓形合金高壓封頭因加工工藝較簡單、承載能力較高，廣泛應用于低中壓容器中，除高壓容器采用球形合金高壓封頭，以及個別特殊用途之外，其余均采用橢圓形合金高壓封頭。常用的橢圓形合金高壓封頭的加工方法有冷旋壓、熱旋壓、冷沖壓、熱沖壓。旋壓加工不需要大功率的大型沖壓設備，還能避免高昂的模具費用，可根據(jù)需要靈活地調(diào)整尺寸，適用于加工大型的、非批量的橢圓形、碟形合金高壓封頭；
沖壓加工的效率較高，適用于加工直徑較小的橢圓形、碟形合金高壓封頭。由于受到設備沖壓能力和壓力容器技術要求的限制，部分橢圓形、碟形合金高壓封頭需要采用熱沖壓成形，其余均采用冷沖壓成形，成形后進行熱處理。Q345R合金高壓封頭拼縫的焊接和熱處理工藝試驗，研究了退火溫度、正火的冷卻方式對焊縫力學性能的影響；
合金高壓封頭成形的熱過程對其拼接接頭的彎曲性能和沖擊韌性沒有影響，對抗拉強度有削弱；
Q345R正火鋼板在略高于正火溫度下加熱成形，并控制合金高壓封頭的終壓溫度，可以替代常規(guī)的正火處理；
采用Q345R熱軋鋼板，分析了力學性能和組織變化，表明在915975℃之間對Q345R熱軋鋼進行正火熱處理，會導致其組織變粗，拉伸強度、沖擊功等力學性能降低；
王傳標等對沖擊功不合格的16MnDR鋼制熱沖壓合金高壓封頭進行化學成分、力學性能和工藝分析，發(fā)現(xiàn)加熱溫度高達1050~1100℃，過高的加熱溫度導致材料的沖擊性能下降；
對在950~970℃加熱成型的65mm厚度Q345R合金高壓封頭的隨爐試板進行試驗時發(fā)現(xiàn)彎曲性能、低溫沖擊韌性、斷后伸長率、屈服強度、抗拉強度均不合格，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是母材合金元素偏析和合金高壓封頭熱成型后冷卻速度較小造成的；
對冷旋壓合金高壓封頭的直邊、過渡段和球面區(qū)分別取樣進行力學性能試驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)冷旋壓后合金高壓封頭母材的屈服強度、抗拉強度和表面硬度均有所提高，不同部位提高的幅度各不相同，直邊段的提高幅度較大，過渡段次之，球面區(qū)較小。在經(jīng)過熱處理后，屈服強度、抗拉強度和表面硬度均有所下降，其中直邊段降低幅度較大，過渡段次之，球面區(qū)較小，但均高于母材原始數(shù)值。冷旋壓后母材的伸長率嚴重降低，部分出現(xiàn)不合格的情況，在經(jīng)過去除應力熱處理后，各部位母材的伸長率明顯得到恢復，原下降幅度較大的直邊段也恢復得較多，過渡段和球面區(qū)次之，但是均未達到鋼板原始數(shù)值。
合金高壓封頭的加工方法對材料力學性能的影響較大，現(xiàn)有文獻對合金高壓封頭熱加工后力學性能的研究較多，但都是對某項不合格指標的分析和研究，未見對熱沖壓合金高壓封頭、冷沖壓后去除應力熱處理合金高壓封頭。
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