CN110129541A - 乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺 - Google Patents

乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其步骤包括正火、一次淬火、二次淬火、一次回火、深冷处理和二次回火处理，并且为了满足特殊环境要求可以在上述工艺方案后进行循环周次的深冷处理和回火处理。本发明提供的一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，在不改变叶轮各种力学性能的情况下，可以降低叶轮的奥氏体含量，从而可以提高叶轮在工况下的尺寸及结构稳定性，为压缩机的安全运转提供保障。

Description

乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺。
背景技术
对于乙烯压缩机来说，一般进口温度为-110℃左右，其中压缩机叶轮材料选用1Ni9，1Ni9做为一种低温材料，在标准中可使用到-196℃，是超低温压缩机叶轮的常用材料，但是1Ni9材料的叶轮在经过热处理后，由于含量较高的不稳定奥氏体的存在，会造成叶轮在低温工况或者超低温工况下出现结构变形的情况，为压缩机的安全运行带来了危险，因此，亟需一种能够降低压缩机叶轮中的不稳定奥氏体含量的热处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低叶轮中不稳定奥氏体含量的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，包括如下步骤：
正火处理，在1.33×10-2-1.33×10-3Pa真空度，以1～3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至890～910℃，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
一次淬火处理，在1.33×10-2～1.33×10-3Pa真空度，以1～3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至800～830℃保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
二次淬火处理，以30～70℃/小时加热至670～700℃，保温时间为60×有效厚度/40～33mm+30分钟，且保温时间不小于150分钟，出炉水冷至室温；
一次回火处理，以20～60℃/小时加热至570～600℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于180分钟，出炉空冷至室温；
深冷处理，以1～3℃/分钟冷却至叶轮低温冲击功试验温度，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于120分钟，出炉自然回温至室温；
二次回火处理，以20～60℃/小时加热至500～520℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm+60分钟，且保温时间不小于240分钟，出炉空冷至室温；
进一步地，所述叶轮的低温冲击功试验温度低于-160℃时，在进行所述的正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理及二次回火处理后，再次进行所述的深冷处理和二次回火处理。
进一步地，所述正火处理和一次淬火处理在真空热处理炉进行。
进一步地，所述二次淬火处理、一次回火处理及二次回火处理在台车电阻炉进行。
进一步地，所述深冷处理在深冷处理炉进行。
进一步地，所述有效厚度为所述叶轮最大内切圆直径。
由于叶轮经过正火、一次淬火、二次淬火和一次回火处理后，会有一定量的残余奥氏体存在，残余奥氏体是一种不稳定奥氏体，大量不稳定奥氏体的存在，会造成叶轮在低温工况下逐渐发生马氏体转变，由于奥氏体和马氏体体积变化，会造成叶轮的结构发生变形情况，而叶轮在经过深冷处理后会转变成马氏体，从而减少不稳定奥氏体含量。因此，本发明提供的一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，相比传统的热处理工艺过程，通过深冷处理工艺的引入，降低了叶轮不稳定奥氏体的含量，提高了叶轮在工况下的尺寸及结构稳定性。并且，本发明的正火处理和一次淬火处理是在真空热处理炉进行，真空热处理炉为一体化炉，能够连续处理包括加热、保温和冷却等操作的金属热处理过程，能够使需要十几个甚至几十个动作才能完成的处理过程在真空热处理炉内一次性完成，操作过程自动化程度高，减少了操作人员的人为失误，提高了叶轮的表面质量。另外，本发明热处理工艺不但可以用在乙烯压缩机窄流道叶轮，而且还可以用在其他采用1Ni9材料的零部件上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺的流程图；
图2为本发明实施例提供的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理前的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，包括如下步骤：
正火处理，在真空热处理炉中，在1.33×10-2～1.33×10-3Pa真空度，以1～3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至890～910℃，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
一次淬火处理，在真空热处理炉中，在1.33×10-2～1.33×10-3Pa真空度，以1～3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至800～830℃保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
二次淬火处理，在台车电阻炉中，以30～70℃/小时加热至670～700℃，保温时间为60×有效厚度/40～33mm+30分钟，且保温时间不小于150分钟，出炉水冷至室温；
一次回火处理，在台车电阻炉中，以20～60℃/小时加热至570～600℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于180分钟，出炉空冷至室温；
深冷处理，在深冷处理炉中，以1～3℃/分钟冷却至叶轮低温冲击功试验温度，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于120分钟，出炉自然回温至室温；
二次回火处理，在台车电阻炉中，以20～60℃/小时加热至500～520℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm+60分钟，且保温时间不小于240分钟，出炉空冷至室温；
当叶轮的低温冲击功试验温度低于-160℃时，在进行所述的正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理及二次回火处理后，再次进行所述的深冷处理和二次回火处理。
参见图2，所述有效厚度为叶轮最大内切圆直径。
本发明提供的一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，在1Ni9钢传统热处理工艺中引入真空处理方案，提高了自动化能力，提高了叶轮的表面质量，由于真空脱气效果提高了叶轮焊缝性能；另外通过深冷处理，减少了叶轮不稳定奥氏体含量，提高了叶轮在工况下的尺寸及结构稳定性。
实施例1乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ440mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理。
正火处理：采用真空热处理炉，在1.78×10-3Pa真空度，以3℃/分钟加热至760℃保温60分钟后，再以3℃/分钟加热至900℃保温120分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
一次淬火处理：采用真空热处理炉，在1.93×10-3Pa真空度，以3℃/分钟加热至745℃保温120分钟后，再以3℃/分钟加热至820℃保温120分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
二次淬火处理：采用台车电阻炉，以65℃/小时加热至670℃保温150分钟后，出炉水冷冷却至室温；
一次回火处理：采用台车电阻炉，以60℃/小时加热至590℃保温180分钟后，出炉后空冷；
深冷处理：采用深冷处理炉，以3℃/分钟冷却至-110℃保温120分钟后，出炉自然回温；
二次回火处理：采用台车电阻炉，以65℃/小时加热至510℃保温240分钟后，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量11.2％，力学性能如下表：
实施例2乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ800mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理。
正火处理：采用真空热处理炉，在1.75×10-3Pa真空度，以1℃/分钟加热至740℃保温120分钟后，再以1℃/分钟加热至895℃保温150分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
一次淬火处理：采用真空热处理炉，在1.99×10-3Pa真空度，以1℃/分钟加热至740℃保温120分钟后，再以1℃/分钟加热至810℃保温150分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
二次淬火处理：采用台车电阻炉，以55℃/小时加热至690℃保温180分钟后，出炉水冷冷却至室温；
一次回火处理：采用台车电阻炉，以45℃/小时加热至570℃保温225分钟后，出炉后空冷；
深冷处理：采用深冷处理炉，以1℃/分钟冷却至-105℃保温150分钟后，出炉自然回温；
二次回火处理：采用台车电阻炉，以60℃/小时加热至520℃保温285分钟后，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量11.8％，力学性能如下表：
实施例3乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ540mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理。
正火处理：采用真空热处理炉，在1.65×10-3Pa真空度，以1℃/分钟加热至750℃保温60分钟后，再以1℃/分钟加热至890℃保温120分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
一次淬火处理：采用真空热处理炉，在1.83×10-3Pa真空度，以2℃/分钟加热至750℃保温60分钟后，再以2℃/分钟加热至815℃保温120分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
二次淬火处理：采用台车电阻炉，以65℃/小时加热至680℃保温150分钟后，出炉水冷冷却至室温；
一次回火处理：采用台车电阻炉，以50℃/小时加热至580℃保温180分钟后，出炉后空冷；
深冷处理：采用深冷处理炉，以2℃/分钟冷却至-115℃保温120分钟后，出炉自然回温；
二次回火处理：采用台车电阻炉，以45℃/小时加热至520℃保温240分钟后，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量12.2％，力学性能如下表：
实施例4乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ750mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、一次深冷处理、二次回火处理、二次深冷处理和三次回火处理。
正火处理：采用真空热处理炉，在1.75×10-3Pa真空度，以1℃/分钟加热至755℃保温120分钟后，再以1℃/分钟加热至910℃保温150分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
一次淬火处理：采用真空热处理炉，在1.96×10-3Pa真空度，以1℃/分钟加热至745℃保温120分钟后，再以1℃/分钟加热至820℃保温150分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50℃出炉；
二次淬火处理：采用台车电阻炉，以55℃/小时加热至690℃保温180分钟后，出炉水冷冷却至室温；
一次回火处理：采用台车电阻炉，以45℃/小时加热至570℃保温225分钟后，出炉后空冷；
一次深冷处理：采用深冷处理炉，以1℃/分钟冷却至-160℃保温150分钟后，出炉自然回温；
二次回火处理：采用台车电阻炉，以35℃/小时加热至520℃保温285分钟后，出炉后空冷；
二次深冷处理：采用深冷处理炉，以3℃/分钟冷却至-160℃保温150分钟后，出炉自然回温；
三次回火处理：采用台车电阻炉，以35℃/小时加热至520℃保温285分钟后，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量11.1％，力学性能如下表：
对比例1乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ414mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、回火处理，所有热处理工序在台车电阻炉中进行。
正火处理：以90℃/小时的速度加热至900℃，保温时间为120分钟，出炉空冷；
一次淬火处理：以85℃/小时的速度加热至820℃，保温时间为120分钟，出炉油冷至室温；
二次淬火处理：以60℃/小时的速度加热至670℃，保温时间为150分钟，出炉水冷至室温；
回火处理：以55℃/小时的速度加热至590℃，保温时间为180分钟，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量16.8％，力学性能如下表：
对比例2乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ624mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、回火处理，所有热处理工序在台车电阻炉中进行。
正火处理：以85℃/小时的速度加热至910℃，保温时间为150分钟，出炉空冷；
一次淬火处理：以90℃/小时的速度加热至810℃，保温时间为150分钟，出炉油冷至室温；
二次淬火处理：以65℃/小时的速度加热至680℃，保温时间为180分钟，出炉水冷至室温；
回火处理：以55℃/小时的速度加热至580℃，保温时间为225分钟，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量17.2％，力学性能如下表：
对比例3乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺
生产Φ550mm叶轮，叶轮装炉后进行热处理，包括正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、回火处理，所有热处理工序在台车电阻炉中进行。
正火处理：以75℃/小时的速度加热至895℃，保温时间为120分钟，出炉空冷；
一次淬火处理：以85℃/小时的速度加热至815℃，保温时间为120分钟，出炉油冷至室温；
二次淬火处理：以55℃/小时的速度加热至690℃，保温时间为150分钟，出炉水冷至室温；
回火处理：以45℃/小时的速度加热至590℃，保温时间为180分钟，出炉后空冷。
经过热处理后，奥氏体体积含量16.4％，力学性能如下表：
从本发明实施例1-4和对比例1-3生产得到的乙烯压缩机用窄流道叶轮的奥氏体体积含量和力学性能可以看出，本发明实施例提供的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，在不改变乙烯压缩机用窄流道叶轮各种力学性能的情况下，能使乙烯压缩机用窄流道叶轮的奥氏体体积含量降低，从而提高了叶轮在工况下的尺寸及结构稳定性，为压缩机的安全运转提供保障。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
正火处理，在1.33×10-2-1.33×10-3Pa真空度，以1-3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至890～910℃，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入1.5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
一次淬火处理，在1.33×10-2～1.33×10-3Pa真空度，以1～3℃/分钟加热至740～760℃保温60～120分钟后，再以1～3℃/分钟加热至800～830℃保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且不小于120分钟，然后向炉内通入5Bar氮气进行冷却，冷却至50～60℃出炉；
二次淬火处理，以30～70℃/小时加热至670～700℃，保温时间为60×有效厚度/40～33mm+30分钟，且保温时间不小于150分钟，出炉水冷至室温；
一次回火处理，以20～60℃/小时加热至570～600℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于180分钟，出炉空冷至室温；
深冷处理，以1～3℃/分钟冷却至叶轮低温冲击功试验温度，保温时间为60×有效厚度mm/40～33mm分钟，且保温时间不小于120分钟，出炉自然回温至室温；
二次回火处理，以20～60℃/小时加热至500～520℃，保温时间为90×有效厚度mm/40～33mm+60分钟，且保温时间不小于240分钟，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于：所述叶轮的低温冲击功试验温度低于-160℃时，在进行所述的正火处理、一次淬火处理、二次淬火处理、一次回火处理、深冷处理及二次回火处理后，再次进行所述的深冷处理和二次回火处理。
3.根据权利要求1所述的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于：所述正火处理和一次淬火处理在真空热处理炉进行。
4.根据权利要求1所述的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于：所述二次淬火处理、一次回火处理及二次回火处理在台车电阻炉进行。
5.根据权利要求1所述的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于：所述深冷处理在深冷处理炉进行。
6.根据权利要求1所述的乙烯压缩机用窄流道叶轮热处理工艺，其特征在于：所述有效厚度为所述叶轮最大内切圆直径。
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