CN102560039A - 一种大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺 - Google Patents
一种大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺，提出解决大型汽轮机低压转子锻件所用材质26Cr2Ni4MoV钢或30Cr2Ni4MoV钢的组织遗传问题的锻后预备热处理工艺。该方法首先对实验材料进行1250℃×1.5h粗化处理和350℃×10h贝氏体化处理，使之获得粗大奥氏体晶粒和针状下贝氏体组织。然后对上述处理后的试样进行高温预回火（660℃×20h）＋临界区正火处理（770℃×3h）＋正常正火（950℃×1h）处理。采用本工艺后材料晶粒细化效果明显，并且缩短了热处理周期，降低了加热温度，又保证了最终的使用性能要求，为实际生产中在保证转子质量的前提下，解决组织遗传性问题，简化工艺，提供了参考依据，该工艺可用于实际生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺。
背景技术
大型汽轮机低压转子是发电设备的关键零件，高质量低压转子锻件的成形制造包括冶炼、铸锭、锻造和热处理等生产环节，热处理工艺的选择是决定低压转子内在质量和最终性能的关键，直接影响运行可靠性。
目前的大型汽轮机低压转子锻件所用材质一般为26Cr2Ni4MoV钢或30Cr2Ni4MoV钢。该钢具有良好的淬透性、强韧性和综合机械性能，但该钢种是本质粗晶粒钢，钢中含有较高的Ni、Cr等合金元素使其具有较强的组织遗传现象。转子锻件锻造完成后，在热处理前，其内部较多的晶粒是粗大的，且整根转子处于混晶状态，这些粗大奥氏体晶粒很难细化，从而使钢的冲击韧度明显降低、韧脆转变温度大大提高。工程上常采用多次高温正火工艺细化奥氏体晶粒，但多次正火工艺生产周期长、耗能大，能否在保证转子质量的前提下简化工艺，减少正火次数，将锻后热处理周期缩短下来一直为人们所关注。
对于26Cr2Ni4MoV钢或30Cr2Ni4MoV钢的晶粒遗传机理的解释，一般认为，粗晶组织遗传是非平衡组织的过热钢在缓慢加热到奥氏体化时，在Ac1温度附近形成的奥氏体呈薄片状，和母相保持K-S位向关系，从而导致原始粗大晶粒组织的遗传。锻后热处理尽可能获得铁素体-珠光体组织，将原始晶粒内的位向打乱，是消除晶粒遗传的最有效的办法。但是，晶粒遗传主要出现在高合金钢中，而高合金钢的奥氏体极为稳定，例如26Cr2Ni4MoV钢等温转变成珠光体的孕育期长达7h，生产中难以实现。近来的研究表明，采用降低奥氏体化温度，以减少奥氏体的合金化程度，从而使奥氏体稳定性降低的办法，可有效地得到珠光体转变。
本发明从抑制针形奥氏体的形成与扩展、切断组织遗传的途径出发，采用高温预回火+临界区正火+正常正火工艺对26Cr2Ni4MoV钢和30Cr2Ni4MoV钢大型汽轮机低压转子锻件锻后粗大奥氏体晶粒进行细化，为实际生产中解决组织遗传问题提供更合理的工艺。
发明内容
本发明的任务是为26Cr2Ni4MoV钢或30Cr2Ni4MoV钢大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理提供一种先进可行的工艺。
该工艺首先是在锻后对锻件进行较长时间的高温预回火处理（660℃×20h），发生内部 α组织的回复再结晶，打乱原始α组织有序的空间取向，减少残余奥氏体量，切断组织遗传。但26Cr2Ni4MoV钢合金元素含量高，且难溶碳化物的弥散分布使铁素体再结晶温度提高，预回火温度下铁素体不容易发生在结晶，高温预回火后仍保留原马氏体的板条特征，晶粒的取向性仍很显著。这种具有相同位向的铁素体加热高于相变温度后，将转变为条状奥氏体，产生组织遗传。但高温预回火可以退化马氏体、贝氏体的片（针）状形态，增加回火组织的分散度，推迟片状奥氏体的形成，因此可以减轻晶粒遗传的程度。
锻件经高温预回火处理后再进行临界区正火处理（Ac1～Ac3临界区高温侧，770℃×3h），此温度下可完成恢复奥氏体转变，并生成球状奥氏体，晶粒得到细化。临界区高温侧正火温度稍低于Ac3，此温度易于球状奥氏体的形核长大，且形核长大的速度极快，强烈抑制片状奥氏体的出现，即使形成部分片状奥氏体也会被球状奥氏体吞并长大，大量粒状奥氏体的存在消除了组织遗传，很好的细化了晶粒。此温度还利于α组织的回复再结晶，并且临界区高温侧正火会使部分残余奥氏体分解，残余奥氏体的分解减少了针状奥氏体的形核核心，抑制了针状奥氏体的形成，减弱了组织遗传。
锻件经高温预回火+临界区正火（Ac1～Ac3临界区高温侧，770℃×3h）处理后，由于锻件内部恢复奥氏体与球状奥氏体并存，有混晶现象产生。要达到细化晶粒和组织均匀化的目的，须在减少组织遗传的基础上，利用完全奥氏体化的过程来实现，因此，在此基础上再进行一次正火处理（950℃×1h）。
需要说明的是，上述工艺参数的具体实施依赖于大型钢锭的冶炼质量、纯净度控制、成分偏析、锻造质量以及钢锭尺寸等，是根据大量的试验数据应用理论分析和数值计算所确定。
附图1是使用上述高温预回火+临界区正火+正常正火工艺处理后的26Cr2Ni4MoV钢转子锻件中心孔试样金相显微组织照片，可以看出，晶粒度达7.5～8.0 级。高温预回火+临界区正火+正常正火工艺不但缩短了锻后热处理工艺周期，降低了加热温度，又保证了转子锻件最终的使用性能要求。同时高温预回火温度与待料温度相同，为生产中的配炉提供了方便，还兼有扩氢的效果。
附图说明
图1是采用高温预回火+临界区正火+正常正火工艺处理后的转子锻件中心孔试样金相显微组织。
具体实施方式
针对某个26Cr2Ni4MoV钢300MW汽轮机低压转子锻件，其粗加工直径为Φ1850mm，锻件直径为Φ1920mm，试验用材料从转子锻件中心孔芯棒上切取，用线切割加工成15mm×15mm×20mm的金相试样，首先对试样进行1250℃×1.5h粗化处理和350℃×10h贝氏体化处理，使之获得粗大奥氏体晶粒和针状下贝氏体组织，处理后试样晶粒度大于1级。
然后对上述处理后的试样进行高温预回火（660℃×20h）＋临界区正火处理（770℃×3h）＋正常正火（950℃×1h）处理。
对处理后的试样用过饱和苦味酸+十二烷基苯磺酸钠溶液热侵蚀显示奥氏体晶界，其晶粒度达7.5～8.0 级。
采用高温预回火+临界区正火+正常正火工艺，晶粒细化效果明显，缩短了热处理周期，降低了加热温度，又保证了最终的使用性能要求，为实际生产中在保证转子质量的前提下，解决组织遗传性问题，简化工艺，提供了参考依据，该工艺可用于实际生产应用。
Claims (3)
1.一种大型汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺，其特征在于：所述锻件材料为26Cr2Ni4MoV转子钢，首先对实验材料进行1250℃×1.5h粗化处理和350℃×10h贝氏体化处理，使之获得粗大奥氏体晶粒和针状下贝氏体组织，处理后晶粒度大于1级；然后对上述处理后的材料进行高温预回火（660℃×20h）＋临界区正火处理（770℃×3h）＋正常正火（950℃×1h）处理。
2.如权利要求1所述的汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺，其特征在于：对首先试验材料进行高温预回火处理。
3.如权利要求1所述的汽轮机低压转子锻件的锻后预备热处理工艺，其特征在于：高温预回火处理后再进行临界区正火处理。
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