1 000 MW超超臨界超純低壓整鍛轉(zhuǎn)子試制研究

蘇東安 張國(guó)利

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江161042)

超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組煤耗低、環(huán)保性能較好、技術(shù)含量高，是目前國(guó)際上最先進(jìn)的燃煤發(fā)電機(jī)組，也是國(guó)際上燃煤發(fā)電機(jī)組的重要發(fā)展方向。掌握超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組制造技術(shù)、增加該類燃煤發(fā)電機(jī)組在全國(guó)火電裝機(jī)中的比重，對(duì)以燃煤電廠為主的我國(guó)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求

以我公司與東汽簽訂的1 000 MW超超臨界超純低壓轉(zhuǎn)子為依托，開(kāi)始了超純低壓轉(zhuǎn)子的試制研究，該轉(zhuǎn)子的交貨重量為72.69 t，最大直徑?1 820 mm，化學(xué)成分和力學(xué)性能要求分別見(jiàn)表1和表2。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition(mass fraction, %)

H2≤1.5×10-6、O2≤35×10-6，N2≤70×10-6。

J≤8(目標(biāo)≤5)，J因子表示元素與回火脆性敏感性的關(guān)系，J=(Si+Mn)(P+Sn)×10 000。

表2 力學(xué)性能Table 2 The mechanical property

2 產(chǎn)品試制

2.1 煉鋼

冶煉和澆注工藝方案為：電爐粗煉鋼水→鋼包精煉→升溫化渣→合金化→真空碳脫氧(LVCD)→真空澆注(VCD)。該轉(zhuǎn)子采用三包合澆成292 t鋼錠。

針對(duì)超純材料對(duì)冶煉要求的復(fù)雜性，工藝方案明確規(guī)定冶煉期間各階段的任務(wù)，同時(shí)對(duì)入爐原材料提出了明確要求。在電爐初煉階段，通過(guò)采用高鈣、高鐵渣，將Si、Mn、P分別控制在0.01%、0.01%、0.001%以下，同時(shí)將S控制在0.015%以下。為防止鋼水回P和回Mn，對(duì)全部鋼包進(jìn)行了清理，清除粘渣、粘鋼。鋼包精煉階段的主要任務(wù)就是通過(guò)采用高堿度、弱還原渣，利用真空處理過(guò)程，將S降至0.002%以下。同時(shí)通過(guò)“AP”工藝，對(duì)C、Mo分別進(jìn)行了控制。

圖1 轉(zhuǎn)子鍛后熱處理工藝曲線Figure 1 The heat treatment process of rotor after forging

圖2 調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 2 The quenching and tempering process

化學(xué)元素CSiMnPSCrMoNiVAlCuAsSbSn熔煉分析成品分析L1成品分析X1成品分析X30.240.240.240.240.010.050.050.050.020.020.020.020.0020.0030.0030.0030.0020.0020.0020.0021.701.701.691.680.420.420.430.423.613.603.583.600.110.090.090.09<0.01<0.01<0.01<0.010.030.020.020.020.0070.0040.0040.0040.001 50.000 90.000 70.000 70.030.020.020.02

表4 調(diào)質(zhì)后轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能Table 4 The mechanical property of rotor after quenching and tempering

2.2 鍛造

為了保證壓實(shí)鍛件，最終確定轉(zhuǎn)子的鍛造工藝為：壓鉗口→鐓粗→WHF+JTS→鐓粗→WHF+JTS→鐓粗→KD→出成品，即我們通常說(shuō)的三鐓三拔、兩次WHF兩次JTS的工藝方案。料溫在主要鍛造工序達(dá)到1 250～1 270℃，保證足夠的保溫時(shí)間，以便偏析擴(kuò)散并保證坯料均溫。

2.3 鍛后熱處理

1 000 MW超超臨界超純凈低壓轉(zhuǎn)子鍛件軸身直徑達(dá)到2 000 mm，經(jīng)7～8火鍛造，最后一火局部無(wú)鍛比。由于30Cr2Ni4MoV鋼具有較強(qiáng)的組織遺傳性，因此在預(yù)備熱處理中應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行均勻組織和細(xì)化晶粒。鍛后熱處理采用兩次正火的方式，如圖1所示，有效細(xì)化了晶粒，可探傷性良好。

2.4 最終熱處理

調(diào)質(zhì)熱處理工藝曲線如圖2所示。

3 檢驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

轉(zhuǎn)子熱處理后在轉(zhuǎn)子軸頸、軸身分別取樣進(jìn)行成品化學(xué)成分分析、力學(xué)性能、組織、晶粒度、夾雜物檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3至表5。

最終熱處理后轉(zhuǎn)子各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足訂貨技術(shù)條件要求，鋼錠爐后化學(xué)分析結(jié)果計(jì)算得出J系數(shù)僅為1.5，鋼水純凈度特別高。從成品分析的數(shù)據(jù)顯示C、Mo等元素幾乎沒(méi)有偏析，解決了大型鋼錠成分偏析問(wèn)題。超聲波探傷結(jié)果表明鋼水非常純潔，鍛件壓實(shí)效果很好。從鍛件晶粒度和性能結(jié)果可以看出，鍛件的熱處理效果很好。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)表明，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

表5 金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of metallographic examination