汽輪機(jī)用鋼2Cr11MoVNbN的鍛造工藝及鍛后熱處理工藝

趙 森 黃冬明

(泰安市山口鍛壓有限公司，山東271038)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力的需求也隨之加大，亞臨界、超臨界電站汽輪機(jī)的需求大幅增長(zhǎng)。亞臨界和超臨界汽輪機(jī)對(duì)葉片鋼的質(zhì)量要求非常高。其中2Cr11MoVNbN鋼屬于馬氏體類(lèi)耐熱不銹鋼，主要用于汽輪機(jī)動(dòng)葉片、隔板體等重要耐熱部件。該鋼是在Cr12型鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但由于Cr12型鋼馬氏體回火組織的穩(wěn)定性差，故在Cr12型馬氏體鋼中加入Mo、V、Nb、N等合金元素，使它比Cr12型鋼常用溫度提高100℃，成為12%Cr系耐熱型鋼中綜合性能最佳的鋼種之一。

最近，我公司為某大型汽輪機(jī)公司生產(chǎn)一批2Cr11MoVNbN汽輪機(jī)用葉片和隔板體。由于該種產(chǎn)品長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有比較系統(tǒng)的關(guān)于2Cr11MoVNbN冶煉鍛造方面的報(bào)道，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)比較少。并且該鋼種鍛造區(qū)間窄，鍛造中容易出現(xiàn)裂紋，鍛造火次多，容易產(chǎn)生粗晶，必須制訂嚴(yán)格的鍛造工藝，保證生產(chǎn)出合格鍛件。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求及規(guī)格

產(chǎn)品化學(xué)成分、鍛件常溫力學(xué)性能、高溫持久性能見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 產(chǎn)品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 鍛件常溫力學(xué)性能

圖1 鍛后熱處理工藝Figure 1 The heat treatment process after forging

表3 鍛件高溫持久性能

圖2 鍛后調(diào)質(zhì)熱處理Figure 2 The quenching and tempering heat treatment after forging

2 產(chǎn)品生產(chǎn)流程

產(chǎn)品生產(chǎn)流程為：真空脫氣鋼錠→下料→鐓粗沖孔→擴(kuò)孔→成型→鍛后退火→粗加工→UT→調(diào)質(zhì)→取樣、性能檢驗(yàn)→入庫(kù)。

由于該鋼高溫塑性差，始鍛溫度低，終鍛溫度比較高，因此鍛造區(qū)間較窄。始鍛溫度為1 150～1 200℃，終鍛為900℃，鍛造過(guò)程中極易產(chǎn)生裂紋，且不易清除。在鍛造過(guò)程中應(yīng)采取合理壓下量，壓下量過(guò)小不易鍛透，壓下量過(guò)大極易開(kāi)裂，所以下料時(shí)采用上平砧，下V型砧滾圓下料。下料后及時(shí)清理鍛件兩平面，防止在后續(xù)鐓粗中因變形不均勻產(chǎn)生裂紋。在鐓粗工序時(shí)，可將始鍛溫度提高20～30℃，提前預(yù)熱鐓粗帽、鐓粗臺(tái)至400℃左右。最后一火次保證鍛比1.5以上，并且始鍛溫度不超過(guò)1 100℃，防止鍛件晶粒粗大。

鍛后進(jìn)行二次高溫正、回火，工藝見(jiàn)圖1。

高溫正回火后硬度在220～260HBW時(shí)，再進(jìn)行粗加工調(diào)質(zhì)處理，工藝見(jiàn)圖2。

調(diào)質(zhì)后取樣做試驗(yàn)，晶粒度7～7.5得到的組織為回火索氏體加≤1.2%的δ鐵素體。抗拉強(qiáng)度971 MPa， 0.02%屈服強(qiáng)度860 MPa， 伸長(zhǎng)率A516.2%，斷面收縮率51% ，沖擊功17.2 J，硬度310HBW，高溫?cái)嗔褧r(shí)間≥27 h，完全達(dá)到要求。

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，用文中介紹的鍛造工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品超聲檢測(cè)、低倍和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果完全達(dá)到用戶要求。