30Cr1Mo1V汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)工藝

文/龔東升·天重江天重工有限公司

30Cr1Mo1V汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)工藝

文/龔東升·天重江天重工有限公司

轉(zhuǎn)子工作時(shí)不僅需要承受高速旋轉(zhuǎn)（3000r/min）所產(chǎn)生的巨大離心力，同時(shí)還承受扭轉(zhuǎn)和彎曲的應(yīng)力，是汽輪機(jī)上重要的安全部件。因此，要求其強(qiáng)度高、韌性好、組織性能均勻、殘余應(yīng)力小等，探傷執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T1265-2002。轉(zhuǎn)子的鍛造難度大于一般軸類鍛件，因此必須要有可靠的工藝、先進(jìn)的設(shè)備和熟練的操作工人才能保證鍛出優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)子。

我公司經(jīng)過幾代技術(shù)人員的研究，已經(jīng)擁有較為成熟的轉(zhuǎn)子鍛造工藝和熱處理工藝，已經(jīng)能生產(chǎn)30萬、60萬千瓦汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件?，F(xiàn)以30CrMo1V汽輪機(jī)整體轉(zhuǎn)子為例介紹一下汽輪轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)工藝。

轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)流程

為了使轉(zhuǎn)子達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定，其生產(chǎn)過程中的每一環(huán)節(jié)，都應(yīng)有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范和檢測(cè)措施，目前其生產(chǎn)流程如下：

冶煉→鑄錠→加熱→鍛造→第一次熱處理（鍛后熱處理）→鍛件外觀檢查→切取低倍試片→毛坯超聲探傷→鍛件初加工→超聲波探傷→機(jī)加工→第二次熱處理→（調(diào)質(zhì)）→切取性能試樣、鉆中心孔→檢查內(nèi)孔質(zhì)量→超聲波探傷→外觀尺寸檢查→合格件交付。

原材料

隨著大型發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，轉(zhuǎn)子鍛件也相應(yīng)朝著大型化發(fā)展，為了保證鍛件質(zhì)量，鋼錠的尺寸也趨于大型化。分析國外電站事故的原因可以得出以下結(jié)論，轉(zhuǎn)子斷裂除了應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)子中心區(qū)橫向塑性低和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高外，還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子中存在著大量的夾雜物和疏松等冶金缺陷，甚至有些還存在白點(diǎn)。因此，鋼錠在冶煉時(shí)需要采用先進(jìn)的工藝方法，嚴(yán)格控制硫磷和其他有害元素的含量。硫、磷含量均應(yīng)不大于0.012%，鋼中氫氣含量應(yīng)不大于1.5ppm。澆注也應(yīng)采用真空或其他先進(jìn)方法，以降低有害氣體的含量，減少疏松程度。

鍛造

鍛件尺寸愈大，鋼錠中的冶金缺陷愈嚴(yán)重，在鍛造過程中改善缺陷愈困難。因此，為生產(chǎn)出質(zhì)量合格的大型鍛件，就應(yīng)根據(jù)鍛件組織性能的具體要求，正確選用恰當(dāng)?shù)淖冃喂に?，改進(jìn)操作方法，以及利用坯料不均勻的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)等，使坯料鍛透，內(nèi)部空洞類缺陷得到焊合，從而達(dá)到改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量和提高鍛件力學(xué)性能的目的。

轉(zhuǎn)子鍛造過程中，拔長和鐓粗是兩個(gè)最基本也是最重要的變形工步。在改進(jìn)鋼錠變形的新工藝方法中，應(yīng)始終以這兩種變形工步為基礎(chǔ)，改變變形鋼錠的受力狀態(tài)。

圖1 整體轉(zhuǎn)子鍛件圖

圖2 加熱工藝曲線圖

依照以上所述，使用WHF法進(jìn)行鍛造，砧寬比不小于0.8，單面壓下量為11%。轉(zhuǎn)子材質(zhì)為30Cr1Mo1V，要求鍛造比不小于3，鍛件重29.4t，材料利用率為68%，鋼錠重43t，火次為四火，整體轉(zhuǎn)子鍛件圖如圖1所示。

加熱工藝

該整體轉(zhuǎn)子采用的是合金結(jié)構(gòu)鋼，始鍛溫度為1220℃，終鍛溫度為750℃，根據(jù)車間設(shè)備實(shí)際情況（臺(tái)車式加熱爐，燃燒介質(zhì)為煤氣），經(jīng)多次實(shí)際檢測(cè)，爐膛內(nèi)鍛件本體溫度比爐前儀表顯示溫度低30℃左右。在（850±10）℃時(shí)對(duì)鍛件保溫5h，保證溫度均勻，再升溫至1250℃。

圖中橫線代表時(shí)間區(qū)間，其中“待料”是指該加熱爐的鋼錠陸續(xù)到達(dá)之前的等待時(shí)間，

時(shí)間長短不一，主要取決于煉鋼分廠的生產(chǎn)進(jìn)度；“5h”等類似符號(hào)代表此溫度階段保溫的最小時(shí)間。豎線代表溫度的大小；斜線代表等速率升溫。

圖3 8000t水壓機(jī)

鍛造工藝

選用工具及設(shè)備

我公司選用的設(shè)備主要為8000t水壓機(jī)，該水壓機(jī)為三梁四柱型結(jié)構(gòu)，2006年由6000t改造成8000t，改造后公稱噸位為8000t，鍛造能力為拔長150t，鐓粗80t；配套設(shè)備為150t運(yùn)輸車、150t鍛造車、80t操作機(jī)；選用輔助工具為80t吊鉗、75t翻轉(zhuǎn)吊鉗、上平下V砧、鐓粗漏盤、鐓粗帽等。

四火次的確定

第一火：該火次進(jìn)行壓φ850mm鉗把、倒棱、錯(cuò)底。當(dāng)?shù)谝换鹬皇菈恒Q把和帶錐度倒棱時(shí)，鍛造溫度下的最小保溫時(shí)間可以比工藝規(guī)定時(shí)間縮短一半。

第二火：該火次進(jìn)行第一次鐓粗壓實(shí)，是關(guān)系到轉(zhuǎn)子鍛件內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵火次。為保證中心壓透，始鍛溫度為1270℃，保溫時(shí)間為14h，終鍛溫度為800℃。鐓粗鍛件到φ2200mm×1150mm時(shí)，用1200mm平砧，并注意每一趟與上一趟錯(cuò)砧50%，單面壓下量為11%；然后滾外圓到φ1350mm。該火次的鍛造比為2.65，未滿足要求的鍛件需要進(jìn)行第二次壓實(shí)。

圖4 分料成形鍛件

圖5 熱處理工藝曲線圖

第三火：該火次進(jìn)行第二次鐓粗壓實(shí)。始鍛溫度為1270℃，終鍛溫度為800℃，保溫14h。鐓粗鍛件到φ2200mm×1120mm，拔長時(shí)保證雙面壓下量為22%，最后滾外圓到φ1300mm。

第四火：該火次進(jìn)行鍛件成形。始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為750℃，保溫5h，使用600mm上平下V砧，通拔到φ1240mm，按圖4分料成形鍛件（可分為兩火完成）。

注意第二、三、四火，在生產(chǎn)過程中準(zhǔn)備好燒剝?cè)O(shè)備，及時(shí)鏟除鍛造過程中出現(xiàn)的裂紋，尤其是第四火成形時(shí)嚴(yán)禁帶裂紋鍛造。經(jīng)過以上鍛造過程，鍛造比達(dá)到了5.5,滿足要求?；鸷拇蠹s為6%，實(shí)際生產(chǎn)中第四火可以分為兩火完成，但此時(shí)由于剩余鍛造比很小，保溫的溫度不要超過1100℃，以防止晶粒粗大。

熱處理工藝

大鍛件的熱處理，包括鍛后冷卻、退火（低溫退火、中間退火、完全退火、等溫退火等）、正火、回火、調(diào)質(zhì)，還有等溫冷卻及起伏等溫退火等。大鍛件熱處理通常與鍛后冷卻結(jié)合在一起進(jìn)行。根據(jù)轉(zhuǎn)子鍛件需要滿足的力學(xué)性能、高溫持久強(qiáng)度和硬度的要求，制定了如圖5所示的熱處理工藝曲線。

圖中橫線代表時(shí)間區(qū)間，其中“待料”是指該加熱爐的鋼錠陸續(xù)到達(dá)之前的等待時(shí)間，時(shí)間長短不一，主要取決于煉鋼分廠的生產(chǎn)進(jìn)度?！?”等數(shù)字代表此溫度階段保溫的時(shí)間。“（720±10）℃”代表該階段的溫度，“（7）”表示該階段先進(jìn)行均溫7h。豎線代表溫度的大小，斜線代表等速率，升溫技術(shù)要求應(yīng)滿足以下5點(diǎn)：

⑴鍛造完成后立即回爐處理，表面溫度不得低于720℃。

⑵吊下空冷時(shí)置于不小于450mm的墊鐵上散開冷卻。

⑶嚴(yán)禁火焰直接噴燒工件，嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝的要求。

⑷括號(hào)內(nèi)的時(shí)間僅供參考，根據(jù)工件溫度的多少可適當(dāng)延長均溫時(shí)間。

⑸調(diào)彎以后，待650℃均溫后，需補(bǔ)足剩余的20h保溫時(shí)間。

對(duì)經(jīng)過上述熱處理之后的鍛件，進(jìn)行毛坯探傷，檢驗(yàn)結(jié)果為合格，未發(fā)現(xiàn)缺陷。調(diào)質(zhì)處理前對(duì)鍛件進(jìn)行探傷，結(jié)果也為合格。

結(jié)束語

用戶對(duì)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，因此我公司采用兩次鐓粗壓實(shí)的方法，對(duì)鋼錠心部的疏松、氣孔等缺陷進(jìn)行壓實(shí)，同時(shí)利用WHF法，單面大壓下量鍛造，迫使鍛件心部產(chǎn)生較大變形，其心部的變形比用普通平砧拔長要大得多，同時(shí)必須保證每火次的鍛件溫度和保溫時(shí)間。在鐓粗壓實(shí)的兩火中，鐓粗一定要到位，嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，確保生產(chǎn)出合格的轉(zhuǎn)子鍛件。

龔東升，助理工程師，主要研究大型鍛件的工藝和RR法全纖維曲軸的鍛造技術(shù)。