CN101942549A - 一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,材质2Cr12NiMo1W1V。主要力学性能要求:σ0.02≥620Mpa、σb≥965Mpa、AKv≥13.5J;持久强度649℃,179Mpa,断裂时间≥25小时。晶粒度≥3级,组织为回火马氏体、δ铁素体≤3%。其处理工艺要点是:锻后热处理、调质处理、细化晶粒处理、重调质处理,通过上述工艺处理后的锻件,具有:不产生裂纹、白点,能满足超声波检验要求;常温力学性能、金相组织、高温性能均能达到产品技术要求;锻件组织均匀等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界汽轮机组用大型调节阀碟锻件的热处理工艺。
背景技术
阀碟锻件是火力发电厂蒸汽调配机构中的重要大型锻件。一种超临界机组调节阀碟锻件材质选用2Cr12NiMo1W1V钢,属马氏体型耐热钢。超临界机组的参数要求:蒸汽温度(℃)≤566;蒸汽压力(MPa)为:24~26;常用机组功率为:600~1000MW。
目前,有几种调节阀碟锻件交货尺寸为:大端外径670~977mm、内径500~830mm,小端外径584~854mm、内径464~714mm,中间隔板(带小内孔径111~210mm)厚度155~185mm,总高度850~1311mm,交货单重1121Kg~2476Kg,粗加工单重1421Kg~2800Kg。
调节阀碟锻件常温力学性能要求:σ0.02≥620Mpa、σb≥965Mpa、δ4≥12%、Ψ≥25%、AKv≥13.5J、HB=290~331;金相组织要求:晶粒度大于等于3级,组织为回火马氏体,δ铁素体≤3%;锻件高温持久性能要求:温度649℃、应力179Mpa,断裂时间大于等于25小时。
调节阀碟锻件无损检测要求:超声波检验按DW801A5022A-2001标准评点1,即缺陷小于Φ1.4mmFBH;磁粉检验按SW801A5002B-2006标准1级;渗透检验按DW801A5005B-2006标准II级。
本锻件用钢是采用电炉+电渣重熔冶炼,在大型压力机上锻造成型,经锻后热处理后拉荒加工、超声波预检、晶粒度预检,经粗加工后性能热处理、理化检验、无损检验,均合格后加工符订货图交货。
2Cr12NiMo1W1V钢是采用电渣重熔冶炼,含氢量高,白点敏感性强;该钢属高合金马氏体钢,有强烈组织遗传性,易粗晶混晶;锻造不当产生的严重粗晶,将大大增加热处理细化晶粒的难度;过冷奥氏体很稳定,应充分过冷促相变,利 于重结晶细化;淬火时应快冷深冷、淬火开裂危险性大。因此,为满足上述力学性能要求、无损检测等要求,在锻后热处理和性能热处理上其主要技术难度:
1、锻后两次充分过冷促相变,利于细化晶粒和去氢防白点。但是,如果过冷温度,过冷时间控制不当的话,会因冷过头了要产生裂纹而报废;如果冷不到位会因相变不充分造成粗晶混晶,且去氢效果差易产生白点报废。
2、拉荒加工的锻件应进行超声波预检,缺陷超标件应停止工序。若仍然粗晶,粗晶反射直接影响超声波检测能力,严重时甚至无法探伤。
3、拉荒加工的锻件应进行晶粒度预检,若晶粒度≤3级,在性能热处理前应增加一次细化晶粒处理。
4、锻件性能热处理是以获得服役时需要的良好高温性能为目标,适当高温奥氏体化、快冷深冷和充分回火至为关键。但如工艺参数不当或控制出现大的偏差,就有可能造成力学性能或(和)晶粒度、组织不合格,甚至造成淬火裂纹而报废。
5、强度和韧性(冲击功)是有矛盾的。本发明涉及锻件的抗拉强度、韧性(冲击功)要求值都很高,正常处理富裕量均很小,若工艺参数不当,将直接影响强度和韧性之间的弱平衡点,造成性能不合而返修。
6、重新奥氏体化晶粒有长大倾向。因此重新调质前应进行一次细化晶粒处理,重调质工艺参数需适当调整。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种不产生裂纹、白点;σb≥965Mpa、AKv≥13.5J、持久强度649℃、179Mpa、断裂时间≥25小时,晶粒度≥3级,组织为回火马氏体、δ铁素体量≤3%;锻件组织细化均匀等优点的超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺。
为实现上述目的,本发明采用的方案是:
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,其特征在于,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待 料,保持2小时;
B、在炉内降温到250℃~300℃后,过冷保持12~15小时;
C、以每小时不大于30℃升温至680℃~720℃,保持3~4小时;
D、以每小时不大于90℃升温至980℃~1000℃重结晶,保持10~12小时;
E、通过空冷(或在炉内冷却至600℃后空冷)至200℃~250℃,再装入250℃~280℃回火炉中,过冷保持10~12小时;
F、以每小时不大于30℃升温至680℃~700℃回火去氢,保持120~150小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温。
H、将粗加工后的锻件装入炉体移动式高温电阻炉中,在200℃~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至680℃~720℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040℃~1050℃使锻件奥氏体化,保持5小时;所述奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性,且不具有铁磁性。
K、通过油冷90分钟~140分钟,使锻件表面温度冷到80℃~110℃;
L、将锻件装入炉体移动式回火电炉中,温度控制在150℃~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至620℃~640℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
理化检验应得到力学性能合格,晶粒度≥3级,组织为回火马氏体,δ铁素体量≤3%的成品锻件。所述回火马氏体是淬火时形成的片状马氏体(晶体结构为体心四方)于回火第一阶段发生分解-其中的碳以饱和渡碳化物的形式脱溶-所形成的、在固溶体基体(晶体结构已变为体心立方)内弥散分布着极其细小的过渡碳化物薄片(与基体的界面是共格界面)的复相组织;这种组织在金相(光学)显微镜下即使放大到最大倍率也分辨不出其内部构造,只看到其整体是黑针(黑针的外形与淬火时形成的片状马氏体(亦称“α马氏体”)的白针基本相同),这种黑针称为“回火马氏体”。其具有较高的硬度和高的强度,因内应力降 低,故韧性有所提高。
上述锻后热处理工艺草图如图1所示:(既:A-G步骤)
上述性能热处理工艺草图如图2所示:(既:H-N曲线)
当锻坯预检晶粒度≤3级时,在执行H步骤之前还增加了以下细化晶粒处理步骤:
a1、锻件在温度为200℃~300℃的热处理炉内低温保持2小时;
b1、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c1、升温到980±10℃重结晶,保持4~5小时;
d1、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至600℃后空冷。
这时炉内冷却速度一定要控制到≤25℃/hr以期发生珠光体相变。
上述细化晶粒处理的工艺草图如图3所示:(既a1---d1步骤)
在N步骤之后,若锻件力学性能、晶粒度或组织不合格,需要重新调质时,重调质前增加细化晶粒处理工序,其步骤如下:
a2、将锻件在温度为200℃~300℃的热处理炉内保持2小时;
b2、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c2、尽快升温到980±10℃重结晶,保持4~5小时;
d2、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至600~580℃并保持1小时;
e2、尽快升温至1000℃~1020℃使锻件奥氏体化,保持4~5小时;
f2、通过油冷90分钟~140分钟,使锻件表面温度冷到80℃~110℃;
g2、将锻件装入炉体移动式回火电炉中,温度控制在150℃~200℃,保持2小时;
h2、以每小时不大于90℃升温至610℃~640℃,回火保持9~10小时;
i2、出炉空冷至室温。
重新理化检验,应得到力学性能合格,晶粒度≥3级,组织为回火马氏体,δ铁素体量≤3%的成品锻件。
上述重调质处理工艺草图如图4所示:(既a2---i2步骤)
由于本发明经过A-G步骤的锻后热处理,对锻件经过重结晶和去氢,使锻件不产生裂纹、白点并获得细晶粒组织;通过H-N步骤的性能热处理,使锻件力学性能、金相组织达到技术要求;其次,当锻坯预检晶粒度≤3级时,在锻后热处理与性能热处理之间,增加一次细化晶粒处理,使锻件的晶粒度>3级;当锻件力学性能、金相组织不合格,需要重新调质时,本发明还在重调质前增加一次细化晶粒处理。
因此本发明具有:不产生裂纹、白点;强度高、塑性韧性好;晶粒度≥3级,组织为回火马氏体,δ铁素体量≤3%;锻件组织细化均匀等优点。
附图说明
图1是锻后热处理工艺草图(既:A-G步骤)
图2是性能热处理工艺草图:(既:H-N)曲线
图3是细化晶粒处理的工艺草图:(既a1---d1步骤)
图4是重调质处理工艺草图:(既a2---i2步骤)
具体实施方式
实施例1
D350A-265410A001F调节阀座锻件,熔炼炉号93-91-730,锻件***00034。
锻件化学成份(%):C:0.22Si:0.40Mn:0.60P:0.022S:0.002Cr:11.47 Ni:0.62 Mo:0.95 W:0.88 V:0.25 Cu:0.09 Al:0.015
锻件粗加工尺寸,大端外径680mm、内径490mm,小端外径594mm、内径380mm,中间隔板厚195mm,内孔径105mm。总高865mm,重量1421Kg。
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待料,保持2小时;
B、在炉内降温到250~300℃后,过冷保持13小时;
C、以每小时不大于30℃升温至700℃±20℃,保持3小时;
D、以每小时不大于90℃升温至990℃±10℃重结晶,保持11小时;
E、通过空冷至250~200℃,再装入220~280℃回火炉中,过冷保持11小时;
F、以每小时不大于30℃升温至690℃±10℃回火去氢,保持130小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温。
锻坯在执行A-G步骤锻后热处理后,拉荒加工超声波预检合格,晶粒度4.5级。直接执行H-N性能热处理步骤:
H、将粗加工后的锻件装入移动式高温电阻炉中,在200~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至700℃±20℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040±10℃使锻件奥氏体化,保持5小时;所述奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性,且不具有铁磁性。
K、通过油冷100分钟,使锻件表面温度冷到80~110℃;
L、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至630±10℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
淬火温度1040±10℃,保温5小时,油冷100分钟,630±10℃回火10小时 空冷,切取试环理化检验,结果为:
σ0.02 : 760 Mpa
σb : 1040 Mpa
δ4 : 17 %
Ψ : 38.5 %
Akv : 14、16、14 J
HB : 329、327、331
晶粒度 : 4 级
组织 : 回火马氏体、无δ铁素体
高温持久 : 温度649℃
应力179Mpa
断裂时间26小时未断
加工各部符订货图,按DW801A5022A-2002标准评点1进行正式超声波检验合格。
实施例2
D350A-265410A001F调节阀座锻件,熔炼炉号94-91-192,锻件***00060。
锻件化学成份(%):C:0.25 Si:0.42 Mn:0.63 P:0.012 S:0.003Cr:11.81 Ni:0.60 Mo:1.04 W:0.90 V:0.24 Cu:0.10 Al:0.016
粗加工尺寸与实例1相同:
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待料,保持2小时;
B、在炉内降温到250~300℃后,过冷保持13小时;
C、以每小时不大于30℃升温至700℃±20℃,保持3小时;
D、以每小时不大于90℃升温至990℃±10℃重结晶,保持11小时;
E、通过空冷(或在炉内冷却至600℃后空冷)至250~300℃,再装入220~280℃回火炉中,过冷保持11小时;
F、以每小时不大于30℃升温至690℃±10℃回火去氢,保持130小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温。
锻坯在执行A-G步骤锻后热处理后,拉荒加工超声波预检合格,晶粒度检验3.5-4级。
然后执行H-N性能热处理步骤:
H、将粗加工后的锻件装入移动式高温电阻炉中,在200~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至700℃±20℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040±10℃使锻件奥氏体化,保持5小时;所述奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性,且不具有铁磁性。
K、通过油冷120分钟,使锻件表面温度冷到80~110℃;
L、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至630±10℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
淬火温度1040±10℃,保温5小时,油冷110分钟,630±10℃回火10小时空冷,切取试环理化检验,结果为:
σ0.02 : 725 Mpa
σb : 1020 Mpa
δ4 : 16 %
Ψ : 37.5 %
Akv : 15、14、16 J
HB : 327、327、327
晶粒度 : 3 级
组织 : 回火马氏体、无δ铁素体
高温持久 : 温度649℃
应力179Mpa
断裂时间26小时未断
加工各部符订货图,按DW801A5022A-2002标准评点1进行正式超声波检验合格。
实施例3
D660B-265410A001F套筒(调节阀碟)锻件。熔炼炉号93-91-726,锻件***00135。
化学成份:C:0.22 Si:0.47 Mn:0.60 P:0.029 S:0.006 Cr:11.57Ni:0.58 Mo:0.95 W:1.02 V:0.22 Cu:0.12 Al:0.010
锻件粗加工尺寸:大端外径845mm、内径700mm,小端外径740mm,内径520mm,中隔板厚160mm、内孔径150mm,总高度1134mm,重量1878Kg。
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待料,保持2小时;
B、在炉内降温到250~300℃后,过冷保持14小时;
C、以每小时不大于30℃升温至700℃±20℃,保持3.5小时;
D、以每小时不大于90℃升温至990℃±10℃重结晶,保持12小时;
E、通过空冷至250~200℃,再装入220~280℃回火炉中,过冷保持12小时;
F、以每小时不大于30℃升温至690℃±10℃回火去氢,保持140小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温。
锻坯在执行A-G步骤锻后热处理后,拉荒加工超声波预检合格,晶粒度2-3级。增加a1-d1步骤细化热处理,其步骤如下:
a1、锻件在温度为200℃~300℃的热处理炉内低温保持2小时;
b1、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c1、升温到980±10℃重结晶,保持5小时;
d1、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至600℃后空冷。
这时炉内冷却速度一定要控制到≤25℃/hr以期发生珠光体相变。然后执行H-N性能热处理步骤:
H、将粗加工后的锻件装入移动式高温电阻炉中,在200~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至700℃±20℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040±10℃使锻件奥氏体化,保持5小时;所述奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性,且不具有铁磁性。
K、通过油冷120分钟,使锻件表面温度冷到80~110℃;
L、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至630±10℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
淬火温度1040±10℃,保温5小时后油冷120分,回火温度630±10℃,保温10小时空冷,切取试环理化检验,结果为:
σ0.02 : 780 Mpa
σb : 1030 Mpa
δ4 : 16.5 %
Ψ : 39 %
Akv : 16、16、17 J
HB : 331、331、333
晶粒度 : 3 级
组织 : 回火马氏体、无δ铁素体
高温持久: 温度649℃
应力179Mpa
断裂时间26小时未断
加工各部符订货图,按DW801A5022A-2002标准评点1进行正式超声波检验,合格。
实施例4
D660B-265410A001F套筒(调节阀碟)锻件,熔炼炉号93-92-232,锻件***00031。
锻件化学成份(%):C:0.23 Si:0.29 Mn:0.64 P:0.021 S:0.006Cr:11.33 Ni:0.78 Mo:0.94 W:1.12 V:0.25 Cu:0.11 Al:0.005
锻件粗加工尺寸与实例3同。
一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待料,保持2小时;
B、在炉内降温到250~300℃后,过冷保持14小时;
C、以每小时不大于30℃升温至700℃±20℃,保持3.5小时;
D、以每小时不大于90℃升温至990℃±10℃重结晶,保持12小时;
E、通过空冷至250~200℃,再装入220~280℃回火炉中,过冷保持12小时;
F、以每小时不大于30℃升温至690℃±10℃回火去氢,保持140小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温。
锻坯在执行A-G步骤锻后热处理后,拉荒加工超声波预检合格,晶粒度3级。执行H-N步骤性能热处理:
H、将粗加工后的锻件装入移动式高温电阻炉中,在200~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至700℃±20℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040±10℃使锻件奥氏体化,保持5小时;所述奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性,且不具有铁磁性。
K、通过油冷120分钟,使锻件表面温度冷到80~110℃;
L、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至630±10℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
淬火温度1040±10℃,保温5小时后油冷120分,回火温度630±10℃保温10小时空冷。切取试环理化检验,结果为:
σ0.02 : 705 Mpa
σb : 1050 Mpa
δ4 : 16 %
Ψ : 36 %
Akv : 11、11、11 J (不合格)
HB : 315、317、323
晶粒度 : 2 级 (不合格)
组织 : 回火马氏体、无δ铁素体
锻件Akv、晶粒度不合格,决定执行重新调质返修,重调前增加一次980℃细化处理,即执行a2~i2步骤。其步骤如下:
a2、将锻件在温度为200~300℃的热处理炉内保持2小时;
b2、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c2、尽快升温到980℃±10℃重结晶,保持5小时;
d2、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至600~580℃并保持1小时;
e2、尽快升温至1020±10℃使锻件奥氏体化,保持5小时;
f2、通过油冷130分钟,使锻件表面温度冷到80~110℃;
g2、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150~200℃,保持2小时;
h2、以每小时不大于90℃升温至630±10℃,回火保持10小时;
i2、出炉空冷至室温。
返修淬火温度1020±10℃,保温5小时后油冷130分,630±10℃回火10 小时空冷,检查HB=356~359,硬度偏高需要重回火:执行g2~i2工序,
g2、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在200~300℃,保持2小时;
h2、以每小时不大于100℃升温至650±10℃,回火保持10小时;
i2、出炉空冷至室温。
650±10℃保温10小时空冷,切取试环力学性能检验,结果:
σ0.02 : 725 Mpa
σb : 1095 Mpa
δ4 : 17 %
Ψ : 41.5 %
Akv : 15、14、15 J
HB : 315、315、315
晶粒度 : 4 级
组织 : 回火马氏体、无δ铁素体
高温持久 : 温度649℃
应力179Mpa
断裂时间26小时未断
加工各部符订货图,按DW801A5022A-2002标准评点1进行正式超声波检验合格。
Claims (3)
1.一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,其特征在于,按如下步骤进行:
A、在锻件锻完后表面温度≥450℃时装入500℃~600℃的热处理炉中待料,保持2小时;
B、在炉内降温到250℃~300℃后,过冷保持12~15小时;
C、以每小时不大于30℃升温至680℃~720℃,保持3~4小时;
D、以每小时不大于90℃升温至980℃~1000℃重结晶,保持10~12小时;
E、通过空冷或在炉内冷却至600℃后空冷至200℃~250℃,再装入250℃~280℃回火炉中,保持10~12小时;
F、以每小时不大于30℃升温至680℃~700℃回火去氢,保持120~150小时;
G、在炉内冷却至400℃后,出炉空冷至室温;
H、将粗加工后的锻件装入移动式高温电阻炉中,在200℃~300℃的炉内低温保持2小时;
I、以每小时不大于100℃升温至700±20℃均温,保持1.5小时;
J、尽快升温到1040℃~1050℃使锻件奥氏体化,保持5小时;
K、通过油冷90~140分,使锻件表面温度冷到80℃~110℃;
L、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150℃~200℃,保持2小时;
M、以每小时不大于90℃升温至620℃~640℃,回火保持10小时;
N、出炉空冷至室温。
理化检验应得到力学性能合格、晶粒度≥3级、组织为回火马氏体、δ铁素体量≤3%的成品锻件。
2.根据权利要求1所述的一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,其特征在于,当锻坯预检晶粒度≤3级时,在执行H步骤之前还增加了以下细化晶粒处理,其步骤如下:
a1、锻件在温度为200℃~300℃的热处理炉内低温保持2小时;
b1、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c1、尽快升温到980±10℃重结晶,保持4~5小时;
d1、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至600℃后空冷。
3.根据权利要求1所述的一种超临界汽轮机组调节阀碟锻件的热处理工艺,其特征在于,当锻件力学性能或晶粒度组织不合格需要重新调质时,其返修处理步骤如下:
a2、锻件在温度为200℃~300℃的热处理炉内保持2小时;
b2、以每小时不大于100℃升温至700±20℃,保持1.5小时;
c2、尽快升温到980±10℃重结晶,保持4~5小时;
d2、锻件在炉内以每小时不大于25℃的速度控速降温至580℃~600℃并保持1小时;
e2、尽快升温至1000℃~1020℃使锻件奥氏体化,保持4~5小时;
f2、通过油冷90~140分,使锻件表面温度冷到80℃~110℃;
g2、将锻件装入移动式回火电炉中,温度控制在150℃~200℃,保持2小时;
h2、以每小时不大于90℃升温至610℃~640℃,回火保持9~10小时;
i2、出炉空冷至室温。
理化检验应得到力学性能合格、晶粒度≥3级,组织为回火马氏体,δ铁素体量≤3%的成品锻件。
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