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潜心热加工技术, 做理论和实践的践行者

文/方婷·FM 记者

薛永栋

工学博士,教授级高级工程师,中国锻压协会(自由锻组)首席专家,洛阳市第二届优秀科技领军人才,河南科技大学、河南理工大学硕士生校外导师。

学习经历

1993 年~1997 年,东北重型机械学院,锻压工艺及设备专业,获学士学位;

2000 年~2003 年,燕山大学,压力加工专业,获硕士学位;

2003 年~2007 年,北京科技大学,压力加工工程专业,获博士学位。

工作经历

2008 年~2019 年,中信重型机械股份有限公司,先后任重型铸锻厂技术副厂长、公司技术部副主任;

2019 年~至今,在洛阳理工学院任教。

“千年帝都,牡丹花城”,洛阳,因地处洛水之阳而得名,是华夏文明和中华民族的发源地之一。今天的洛阳,更是我国重要的工业基地,众多知名大型企业在这里长足发展,中国一拖、中信重工这些“共和国长子”,如今更是在转型发展中焕发出时代的生机和光彩。本期《锻造与冲压》杂志记者有幸采访到的中国锻压协会首席专家、洛阳理工学院机械工程学院(以下简称“洛阳理工”)教授薛永栋先生,就曾在中信重工工作多年。今天,就请他为我们谈谈由企业转入高校,将企业的实战经验和高校的研究工作结合在一起的心得体会。

潜心钻研,见解独到

谈及锻件技术的研究工作,薛永栋介绍说:“我本人从本科到博士,一直学习、研究锻造技术。从2008 年进入中信重工,有企业多年的锻造技术研发、现场生产技术经验,到现在的,进入洛阳理工学院任教,就是为了能更好的潜心研究锻造行业尚存的一些技术问题,培养后续人才。

“很多人在涉及到锻件时,常常只关注锻造这一个工序,甚至只关注压力加工环节。比如锻件内部非连续性缺陷、锻件探伤草状波缺陷等问题的分析,习惯将原因归于锻造环节,认为是压力加工工艺不到位或变形量不够所致,而不是从系统上综合相关专业环节进行全面分析。

“如20#钢这类钢种的锻件,随着冶炼技术的不断进步,钢的纯净度达到很高的程度,那些原来在钢中起着阻碍晶粒长大作用的杂质大量减少,完全沿袭传统工艺就容易造成晶粒粗大,原来生产起来很容易、性价比很高的钢种,现在却问题频频发生,然而梳理生产流程也似乎没有任何异常,个中原因实际是冶炼技术的提升,带来钢水洁净度提高的同时也附带了‘消极作用’的发生。当然,如果从材料上略微加以改造,也是能继续保证钢种原有特性的。可见对锻件制造的相关技术有一个全面认识,在其实际生产中进行系统的把控,对保证和提高锻件生产一次合格品率,重要性是显而易见。

“锻件技术是涉及材料、冶炼、凝固、锻造、加热与冷却(含热处理)、金相组织学、金属性能学等相关方面的一门综合技术,其制造过程需坚持系统观,讲究各专业的统筹兼顾,各工序的紧密配合,同时也要对各环节严格控制,强化工艺纪律,最终实现质量和成本的有效控制。这种系统性把控锻件制造过程理念的推广,将极大地推动我国锻件制造技术水平的显著提高。”

工艺要灵活,认识需深刻

对于锻造企业,制造成本管控也是很重要的研究方向,对于这块的研究,薛永栋也谈到他的想法:“为了降低锻件的制造成本,工艺制定要做到因地制宜,灵活调整。举例来说,白点是锻件生产中一种致命性缺陷,其本质是一种发裂,一种很细小的特定裂纹,锻件中一旦出现基本上是报废,钢中的H 元素含量低于2ppm 时,基本可以控制住钢中不出现白点,这是从大量生产实践中总结出来的,当然通过实践证明也是有效的。随着炉外精炼技术的进步,钢水经过真空脱气处理,成品钢水的H 含量取样测量已在2ppm 左右,后续浇铸虽存在一定回吸,但经过真空浇铸后最终钢锭H 含量相对过去大幅下降,通常达到2ppm 以下,扩氢工艺的制定应当与时俱进,扩氢时间相对于传统标准进行大幅减少,实现成本降低、节奏加快。

“再比如,很多锻件,由于材料、形状、装备条件或操作技能等原因,仅通过压力加工环节不能成功对晶粒度实现有效控制,对于这些锻件,锻后一定的预备热处理是必要的。而有一些锻件,能在末火次对其通体实现较大变形量,且其钢种有一定的合金含量,尤其含有C、N化合物稳定的合金元素,如Ti、Nb、V等,这些锻件,可以绕开传统工艺守则,制定针对性的工艺,相对传统工艺进行优化、简化,甚至省去某些工艺环节。“

理论与实践,相辅相成

锻件相关技术的实践性都很强,将理论灵活地应用到锻件生产制造的实践中,并进行跟踪验证,结合反馈再进行思考,从而加深对理论的认知,当谈及后续如何带领学生做研究课题时,薛永栋介绍说:“我们会根据企业各个案例分析,应用理论解释现场出现的各种问题和现象,尤其是对一些司空见惯的工艺过程进行深入思考和解释,让学生更快速的提高对理论的认识深度。如扩环形锻件,锤下金属沿切向流动延展,环的其余部分在牵制这个延展的同时,也被延展进行着‘掰’的反作用,从而实现‘扩’大环形锻件直径的效果。大型轴类锻件的拔长,小径段在锤下直径变小,紧邻端在阻碍这种变化的同时,也被影响,形成斜坡,而不是形成台阶。通过胀形法制造膨胀节则与拔长的材料流动相反。

“再比如,生产单侧带凸台的厚板时,两面不是对称变形,成形时先将凸台背面通过一面受力达到材料流动极限,另一面整体保持受力但未达到材料流动极限,如此形成凸台背面的凹坑后再对板坯两面进行对称压制变形。有了以上这些案例的观察和思考,对金属在受压时的流动达到一定认识深度,对核电主管道、锥形筒节等难度较高异形锻件的成形方案的制定和把控,就必然举重若轻了。在生产实践中,积极应用理论对实际进行解释,在加深了对实际认识的同时,也促进了对理论的认识和对理论的进一步灵活应用。”

行业现状,任重道远

海工打桩机替打环

对于锻造行业的看法,薛永栋接着说:“锻造这个行业无疑是重要的,特点也很鲜明,属于资金密集、劳动密集、技术密集、能源密集的产业,加工周期长、影响因素多、工艺过程复杂、技术含量高、成本风险大,看似‘粗活’,傻大笨粗,实属细活,如同绣花一般,来不得半点马虎。

“我国大锻件行业,在‘十二五’前后经历了一轮爆发式的发展,据不完全统计,目前我国已投产的万吨压机数量总和已超过20 台。伴随着多台大压机的投产,我国大锻件的产能在世界已稳居第一。近几年,由于传统大锻件需求持续萎缩,新建和技改项目同步减少,行业主导产品价格大幅下降的趋势仍未改变。同时,能源、人工、资金、环境等要素成本不断上升,严重加大了大锻件制造企业的生存压力。产能严重过剩,产品高度重合,同质化竞争激烈,短期内难以得到化解。另外,部分国内企业在采购时对国外锻件产品的偏爱,更使我国大锻件企业境况雪上加霜。

“当然,我国大锻件行业近年来取得了巨大进步。随着大压机大量上马,我国在大锻件的很多方面实现了突破,成功制造出了500 ~700t 级钢锭,攻克了超大型钢锭锻造压实和晶粒控制及性能热处理关键技术,以AP1000、CAP1400 为代表的核岛大锻件也已研制成功并实现量产,研制出了核电常规岛发电机转子和汽轮机转子锻件,难度极高的低碳控氮不锈钢主管道在当前核电发展水平上也实现了自给自足,等等。

“在取得大步进展的同时,我们应该保持清醒,应该说我国大锻件行业还处于大而不强的阶段,制造能力处于‘过剩’和‘短缺’的双重压力。一般性大锻件供大于求,对技术含量和质量要求高的大锻件,如百万千瓦级火电和核电用(超临界、超超临界)汽轮机转子、特大型支承辊和热轧工作辊、大马力低速柴油机组合曲轴锻件等,生产能力低、质量不稳定或基本不能生产,很多都尚依赖进口。就拿超超临界高中压转子来说,无论是用于600℃左右的COST E、COST F 高中压转子,还是用于625℃左右的FB2 高中压转子,我国目前基本尚不具备稳定供货能力,有企业对COST E 转子进行了试制,情况也不太乐观。国外部分先进企业,如德国Saar 和日本JSW,多年前就已达到COST E、COST F 转子的稳定量产。2000 ~2007 年德国Saar共交付55 根COST E 转子和11 根COST F 转子;FB2转子在国外也已投入商业运营,比如日本的新矶子电厂2 号机组,德国的Walsum 电厂10 号机组。总体来说,我国大锻件技术水平与世界发达国家相比还有一点差距。

“长期以来,整个行业重视硬件(设备、厂房和圈地)投资,对软件没有给予足够的重视。比如管理,国有企业在这方面多年来没有做出任何新的重大的提升,致使包括人才在内的诸多资源存在极大低效现象,各个企业也呈现效率和效益双重低下的水平;对于民营企业而言,由于市场人员流动的不规范性,企业培养人的积极性低,管理创新和技术创新的积极性弱,满脑子充斥从国有企业挖人的思想,这也是我国大锻件行业重复低档次建设的根本原因之一。各大锻件企业,作为肩负行业发展的主体,必须深入认识本行业的特性和难度,务须坚持在硬件和软件两个方面协调发展,‘软硬兼施’,方为长远之道。“

初心为楫,未来可期

行业发展亟需大量的应用型人才,作为培养人才的主体,高校承担着为社会发展输送大批高素质应用型人才的重任,努力做好将理论与实践相结合的教学模式,为企业培养更多的实用型人才。在这里我们也希望未来有更多的像薛永栋先生一样的技术专家能够进入高校,将自己的专业技术经验传授给更多的学生,为做强我国锻造行业培养更多的后备力量。

 
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