CN101505081B - 200mw及以下大型转子热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种200MW及以下大型转子热处理工艺，采用水淬油冷的冷却方式，控制淬火温度及回火温度；严格控制出水入油温度；A、转子吊入炉内，升温350℃保温4小时，升温650℃保温6小时，升温到淬火加热温度保温；B、按1h/100mm保温淬火，淬火时，水冷8-12min/100mm后，入油冷却，以15-18min/100mm后出油；C、淬火后冷却至200℃以下，在4小时内装炉回火；D、回火冷却时，按≤25℃/h控制冷速，使炉膛最高温度冷至≤150℃出炉。本发明加工的大型转子具有极高的强度和良好的塑性、韧性和耐高温性能。解决了转子性能偏低问题，避免了开裂风险，使其性能、强度指标及冲击值得以保证。
Description
技术领域
本发明涉及电机转子制造技术领域，一种生产200MW及以下大型转子热处理工艺。
背景技术
目前，电机转子是火力发电设备的四大关键件之一，由于其工作条件复杂，承受极大的离心力，因温度梯度造成热应力，旋转震动造成频率很高的附加应力，机组启动、停车及其他原因生产的瞬时冲击振动及扭应力等；尤其是200MW以下的大型转子，在工作中承受更为巨大的扭转应力，其热处理工艺属工程技术领域。该转子的生产有较高的技术难点：工件重量较重，截面尺寸较大，油冷容易出现性能偏低，纯水冷又容易出现性能较高，冲击值下降较大；转子长度方向台阶较多，且尺寸差别较大，易出现各台阶硬度差别较大，水淬油冷不好控制等。如：特大型电机使用的100MW大型转子，材料选用：25Cr2Ni4MoV，重量为41吨，轴身直径1090mm，轴身长度4110mm，总长9780mm，简图如图1所示。
技术要求：
σ0.2(MPa) σb(MPa) δ4％ Ψ％ Akv(J)
纵向≥ 585 735 18 55 80
切向≥ 585 735 18 55 80
径向≥ 585 690 18 55 80
FATT50(℃)≤18冒口(两冲)
技术难点：1.由于截面较大，台阶较多，易造成各台阶硬度差别较大。2.油冷容易出现性能偏低，纯水冷又容易出现性能较高，冲击值下降较大。3.水温、油温要求控制严格；4.对水冷时间、油冷时间控制严格；5.对淬火及回火温度精确控制严格等。
发明内容
为解决200MW大型转子截面较大，台阶较多，易造成各台阶硬度差别较大的技术问题，本发明提供一种200MW及以下大型转子热处理工艺。解决了大型转子性能偏低的问题，又避免了开裂风险，使转子的强度指标及冲击值得以保证。使转子的各项性能指标都符合其技术标准要求，具有极高的强度和良好的塑性、韧性，具有好的耐高温性能。
为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，采用水淬油冷的冷却方式，控制淬火温度及回火温度；严格控制出水入油温度、水淬时间，油冷时间；水淬油冷时间直接关系到转子淬火后的组织，该材质淬透性较好，材料要求的最理想组织为回火上贝氏体，宜适当提高水温，降低水中的冷速，减小热应力，尽量降低淬火时的变形和开裂倾向，其步骤如下：
A、通过吊卡头将工件——转子吊入炉内，以每小时小于60℃速度升温，升温到350℃保温4小时，然后以每小时小于60℃速度继续升温到650℃保温6小时，650℃保温后以每小时小于50℃速度升温到淬火加热温度保温；
B、淬火加热温度按1h/100mm保温淬火，时间为10小时；淬火前，控制冷却介质温度：水温和油温：在水槽10米深处，加铠装热电偶检测淬火时的水温变化，并提前60min打开水泵开始换水保证水温；淬火水冷时，用测温仪监控水温、油温；然后将工件吊入水槽，淬火时间控制按水冷8-12min/100mm后，吊出工件入油冷却，以15-18min/100mm后工件出油；
C、淬火后，工件冷却至200℃以下，在4小时内及时装炉回火；
回火前，转子两端及大身加装铠装热电偶监控温度，且温差≤±10℃，回火时，升温至250℃保温14小时，然后以每小时小于30℃速度继续升温到回火加热温度均匀保温，保温时间按4h/100mm设定计算；
D、回火加热保温后，回火冷却时，必须严格按≤25℃/h控制冷速，即随炉降温至400℃，尤其是400℃以下低温段严格按≤15-25℃/h控制冷速，使炉膛控温点最高温度冷至≤150℃出炉。
所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，淬火加热温度控制为：840-860℃；
所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，回火温度的控制为：560-610℃，温度均匀后保温时间为42小时。
所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，冷却介质温度为水温控制和油温控制：水温控制为：20-40℃，油温控制为：40-110℃。
所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，淬火时间控制为：水冷时间90-105min，油冷时间150-180min。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
该200MW及以下大型转子热处理工艺，是我厂承接的大型电机转子的加工任务，该电机转子粗，加工后的重量达41t。由于该转子直径大、长度长、重量大，机械性能的要求更为严格，这对我厂的热处理工艺、设备提出新的挑战。对此投入大量人力、物力进行工艺策划，制作工装卡具进行吊装，方便快捷。通过实践生产最终形成了成熟的热处理工艺。解决了大型转子性能偏低的问题，又避免了开裂风险，使转子的强度指标及冲击值得以保证。使转子的各项性能指标都符合其技术标准要求，具有极高的强度和良好的塑性、韧性，具有好的耐高温性能。
附图说明
图1为200MW及以下大型转子的结构示意图；
图2为水淬油冷工艺淬火示意图。
具体实施方式
如图1、2所示：200MW及以下大型转子热处理工艺，采用水淬油冷的冷却方式，控制淬火温度及回火温度；严格控制出水入油温度、水淬时间，油冷时间；水淬油冷时间直接关系到转子淬火后的组织，该材质淬透性较好，材料要求的最理想组织为回火上贝氏体，宜适当提高水温，降低水中的冷速，减小热应力，尽量降低淬火时的变形和开裂倾向，
生产200MW及以下大型转子热处理工艺方案的执行，由于零件重量达到41t，超出了原本设计的工装的承重要求，
首先设计与制造工装的吊卡头，由专门设计的挂板和弓形夹构成，所设计的挂板和弓形夹的承重达到了50t。其结构由吊帽、拉杆、横梁、挂板和弓形夹构成，吊帽通过拉杆连接横梁，横梁的两端通过挂板与加持转子的弓形夹连接。使用时，将夹住转子一端的弓形夹的两端分别穿过挂板的圆孔由销钉固定，两挂板的方孔套在横梁上，由吊帽、拉杆通过横梁吊起。
其次，转子调质热处理工艺参数确定，采用以下水淬油冷工艺淬火：
1、转子入炉后以每小时小于60℃速度升温，升温到350℃保温4小时，然后以每小时小于60℃速度继续升温到650℃保温6小时，650℃保温后以每小时小于50℃速度升温到840±10℃保温。
2、840±10℃保温10小时淬火，水冷95-100min，然后入油冷却150-180min后出油。
3、工件冷却至200℃以下时装炉回火，升温至250℃保温14小时，然后以每小时小于30℃速度继续升温到580±10℃，待温度均匀后保温42小时。
3、580±10℃保温后以每小时小于25℃降温至400℃，然后以每小时小于15℃控温降温至150℃出炉。
其工艺执行情况，步骤如下：
A、通过吊卡头将工件——转子吊入炉内，以每小时小于60℃速度升温，升温到350℃保温4小时，然后以每小时小于60℃速度继续升温到650℃保温6小时，650℃保温后以每小时小于50℃速度升温到淬火加热温度840±10℃保温；
B、840±10℃淬火加热温度按1h/100mm保温10小时淬火；淬火前，在水槽10米深处，加铠装热电偶检测淬火时的水温变化，并提前60min打开水泵开始换水保证水温20-40℃；淬火水冷时，用测温枪监控水温；然后将工件吊入水槽，以水冷8-12min/100mm后，吊出工件入油冷却，以15-18min/100mm后工件出油；即淬火时间控制为水冷100min后，吊出工件入油冷却150min后出油；
C、淬火后，工件在4小时内冷却至200℃以下及时装炉回火；
回火前，转子两端及大身加装铠装热电偶监控温度，且温差≤±10℃，仪表设定温度可根据热电偶温度调整热偶温度与炉温仪表温度不可相差10℃；
回火时，升温至250℃保温14小时，然后以每小时小于30℃速度继续升温到回火加热温度580±10℃，待温度均匀后保温42小时；
D、5回火加热温度80±10℃保温后，回火冷却时，必须严格按≤25℃/h控制冷速，即随炉降温至400℃，尤其是400℃以下低温段严格按≤15℃/h控制冷速，使炉膛控温点最高温度冷至≤150℃出炉。
最后终检：各项性能全部符合技术要求。
各项性能全部符合技术要求，如下表：
Claims (2)
1.一种200MW及以下大型转子热处理工艺，其特征在于：采用水淬油冷的冷却方式，控制淬火温度及回火温度；严格控制出水入油温度、水淬时间、油冷时间；水淬油冷时间直接关系到转子淬火后的组织，25Cr2Ni4MoV材质淬透性较好，25Cr2Ni4MoV材质要求的组织为回火上贝氏体，适当提高水温，降低水中的冷速，减小热应力，降低淬火时的变形和开裂倾向，其步骤如下：
A、通过吊卡头将工件——转子吊入炉内，以每小时小于60℃速度升温，升温到350℃保温4小时，然后以每小时小于60℃速度继续升温到650℃保温6小时，650℃保温后以每小时小于50℃速度升温到淬火加热温度保温；
B、淬火加热温度保温淬火时间按1h/100mm计算，保温淬火，时间为10小时；淬火前，控制冷却介质温度：水温和油温；在水槽10米深处加铠装热电偶检测淬火时的水温变化，并提前60min打开水泵开始换水保证水温；淬火水冷时，用测温仪监控水温、油温；然后将工件吊入水槽，淬火时间：控制水冷时间以8-12min/100mm计算，水冷后，吊出工件入油冷却，以15-18min/100mm计算设定油冷时间，油冷后工件出油；
C、淬火后，工件在4小时内冷却至200℃以下及时装炉回火；
回火前，转子两端及转子中部加装铠装热电偶监控温度，且温差≤±10℃，回火时，升温至250℃保温14小时，然后以每小时小于30℃速度继续升温到回火加热温度，均匀保温时间按4h/100mm设定计算；
D、回火加热温度580±10℃，保温后，回火冷却时，必须严格按≤25℃/h控制冷速，即随炉降温至400℃，在400℃以下低温段严格按≤15℃/h控制冷速，使炉膛控温点最高温度冷至≤150℃出炉；
所述的淬火加热温度控制为：840±10℃；
所述的回火加热温度控制为：580±10℃，温度均匀后保温时间为42小时；
所述冷却介质的温度控制采用水温控制和油温控制，水温控制为：20-40℃，油温控制为：40-110℃。
2.根据权利要求1所述的200MW及以下大型转子热处理工艺，其特征在于：淬火时间控制为：水冷时间90-105min，油冷时间150-180min。
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