大型空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的鍛熱工藝分析

陳 杰 范樵喬

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司鍛造廠，四川618013)

空冷技術(shù)是建設(shè)大型坑口火力發(fā)電廠最有效的節(jié)水措施。因此，開發(fā)、研制生產(chǎn)大型空冷電站機(jī)組是合理開發(fā)利用煤資源最為有效的措施之一，其中大型空冷電站機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件制造技術(shù)成為重機(jī)行業(yè)的主要研究內(nèi)容。本文對當(dāng)前空冷電站機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的制造技術(shù)進(jìn)行了工藝分析。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2 力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.3 性能熱處理后的殘余應(yīng)力不得超過60 MPa。

1.4 晶粒度不粗于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的5級，其中允許存在總量不超過5%的4級。

1.5 超聲波探傷要求見圖1和表3。

2 鍛造工藝分析

大型空冷機(jī)組電站機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件尺寸見圖2。

根據(jù)鍛件重量，按我廠現(xiàn)有的鋼錠系列和工藝規(guī)范，應(yīng)該用167 t真空鋼錠在100 MN水壓機(jī)上生產(chǎn)。因主截面直徑不大，為?1 320 mm，所以主變形采用了鐓粗加WHF法拔長的工藝方案?？偟腻懺毂葹?.2，達(dá)到了使鍛件整個(gè)截面充分鍛透的目的。工藝方案也充分考慮了鋼錠水冒口切除量。用該工藝進(jìn)行多次生產(chǎn)都因輥身有夾雜物導(dǎo)致探傷不合格而報(bào)廢，分析原因?yàn)?67 t鋼錠的高徑比太大，不利于冶煉時(shí)夾雜物上浮。后調(diào)整工藝方案，選用高徑比較小的185 t鋼錠留余料生產(chǎn)的方法，主要鍛造工藝參數(shù)并沒變化，但是探傷性能都一次性合格，并形成了批量化生產(chǎn)。

表1 轉(zhuǎn)子化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition of the rotor (mass fraction, %)

注：H≤2×10-6。

表2 轉(zhuǎn)子力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)要求Table 2 The mechanical properties of the rotor

圖1 轉(zhuǎn)子探傷位Figure 1 The inspection location of the rotor

區(qū)域1：本體表面至250 mm以內(nèi)和汽輪機(jī)端軸頸表面至100 mm以內(nèi)的區(qū)域。

區(qū)域2：除區(qū)域1以外的區(qū)域。

圖2 轉(zhuǎn)子鍛件尺寸Figure 2 The forging size of the rotor

圖3 轉(zhuǎn)子鍛件粗加工圖Figure 3 The rough machining chart of the rotor

區(qū)域需報(bào)告的缺陷最小當(dāng)量拒收的缺陷最小當(dāng)量12直徑大于1.2 mm直徑大于1.6 mm直徑大于1.2 mm直徑大于2.0 mm

3 熱處理工藝分析

3.1 熱處理基本情況

轉(zhuǎn)子鍛件交貨長度為13 063 mm，交貨重量為71 220 kg，粗加工重量達(dá)95 005 kg，粗加工尺寸為?1 224 mm×14 113 mm，其中軸身長度為8 514 mm。粗加工圖見圖3。

3.2 鍛后熱處理

空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子毛坯截面比一般的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的截面大，為?1 290 mm。同時(shí)該轉(zhuǎn)子鍛件長達(dá)14 300 mm，鍛件的軸身長度接近9 000 mm，鍛后產(chǎn)生粗晶和混晶現(xiàn)象的趨勢很大。同時(shí)為滿足其晶粒度要求，我們確定鍛后熱處理工藝為兩次高溫保溫和一次回火處理?？绽浒l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的鍛后熱處理工藝見圖4。

從實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果(表4)看出，鍛后熱處理工藝對于細(xì)化晶粒起到了重要的作用。

3.3 調(diào)質(zhì)工藝

大型空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的性能熱處理工藝見圖5。

由表2可以看出，該件的力學(xué)性能要求較高，尤其是中心孔的取樣部位深達(dá)軸身內(nèi)部，同時(shí)中心棒強(qiáng)度及常溫沖擊值要求與表面徑向的要求相同，并且塑性指標(biāo)及FATT50的要求也與表面徑向的要求接近。為了達(dá)到如此高的力學(xué)性能要求，必須使工件得到充分的冷卻，以使組織能充分轉(zhuǎn)變。所以實(shí)際的性能熱處理工藝中采用了大水量噴水淬火的方式，并且根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)及大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取了正確的回火溫度。

圖4 鍛后熱處理工藝Figure 4 The heat treatment craft of the rotor after forging

從實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果(表4)看出，此性能熱處理工藝對于保證力學(xué)性能合格達(dá)標(biāo)是行之有效的。

4 檢驗(yàn)結(jié)果

對生產(chǎn)的大型空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件進(jìn)行了檢驗(yàn)。金相組織徑向及中心均為回火索氏體。殘余應(yīng)力平均值為2 MPa。晶粒度為徑向6.0級，中心5.5級。超聲波探傷全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表4。FATT檢驗(yàn)結(jié)果見表5。夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖5 性能熱處理工藝Figure 5 The performance heat treatment craft of the rotor

取樣位置Rp0.02/MPaRm/MPaA5(%)Z(%)AKV/J軸身W-W76076088088520217477--V-V7657657607658558558558502222232165636862145138139158U-U7407457407458408458508452223242566676670143165160148中心Y17658852269.5208,216,200188,194,204Y28159102065132,128,142123,124,132

注：取樣位置見圖3。

表5 FATT檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 The check results of FATT

注：取樣位置見圖3。

表6 夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 The check results of inclusions

5 結(jié)論

(1)對于空冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子這類質(zhì)量要求高的細(xì)長軸類鍛件，除了采用足夠的鍛比達(dá)到鍛透鍛實(shí)的目的并保證足夠的水冒口切除量以外，還得考慮所用鋼錠的高徑比。盡量選用短粗錠生產(chǎn)，避免因冶煉時(shí)夾雜物上浮不充分而進(jìn)入鍛件本體。

(2)從力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，鍛后熱處理工藝采取兩次高溫加一次回火，可以確保晶粒度的一次性合格。性能熱處理時(shí)采取大水量噴水、正確的回火溫度及回火冷卻速度，使組織得到充分轉(zhuǎn)變(包括轉(zhuǎn)子心部組織)，盡量減少了殘余奧氏體含量，確保了各項(xiàng)性能指標(biāo)一次性合格。