30Cr1M o1V高中壓轉(zhuǎn)子局部偏析的分析與處理

王 濤 崔晉娥 何亞軍 邱 斌

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

30Cr1M o1V高中壓轉(zhuǎn)子局部偏析的分析與處理

王 濤 崔晉娥 何亞軍 邱 斌

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

對(duì)30Cr1Mo1V汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子軸頸部位出現(xiàn)的偏析痕跡缺陷進(jìn)行解剖，分析出現(xiàn)偏析的原因，對(duì)缺陷進(jìn)行定性，并根據(jù)產(chǎn)品特性提出工藝改進(jìn)措施，起到了良好效果。

汽輪機(jī);高中壓轉(zhuǎn)子;30Cr1Mo1V;偏析缺陷

國(guó)內(nèi)高中壓轉(zhuǎn)子采用的鋼種主要是30Cr1Mo1V，這也是我公司的成熟產(chǎn)品之一。但是，近期發(fā)現(xiàn)個(gè)別轉(zhuǎn)子精加工酸洗檢查時(shí)在軸頸部位出現(xiàn)細(xì)小條狀痕跡顯示，分布位置沒(méi)有任何規(guī)律。其他廠家也出現(xiàn)類似現(xiàn)象，不僅影響了用戶的工期，也給制造廠帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了詳細(xì)了解該現(xiàn)象的原因并制訂解決措施，我們對(duì)缺陷產(chǎn)品進(jìn)行了解剖分析。

1 轉(zhuǎn)子偏析區(qū)域檢測(cè)

1.1 轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)工藝流程

高中壓轉(zhuǎn)子解剖件執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為JB/ T1265—2002《25MW～200MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子體和主軸鍛件技術(shù)條件》。實(shí)際生產(chǎn)工藝流程為:電爐初煉→鋼包爐精煉(VD)→真空澆注(MSD)→水壓機(jī)鍛造→鍛后熱處理→粗加工→無(wú)損檢測(cè)→最終熱處理→精加工→超聲檢測(cè)→包裝運(yùn)輸。

1.2 偏析痕跡缺陷金相檢測(cè)

用戶及我公司對(duì)該件產(chǎn)品進(jìn)行了超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)，結(jié)果都是合格的。但是用戶在精加工過(guò)程中轉(zhuǎn)子的前軸頸部位經(jīng)過(guò)兩次酸洗檢查，均出現(xiàn)了肉眼可見(jiàn)，長(zhǎng)度在5 mm～100 mm的條狀偏析。將轉(zhuǎn)子端頭切下、磨光，進(jìn)行低倍酸洗，如圖1、圖2。

該偏析痕跡在100倍顯微鏡下觀察有顏色不同的條狀區(qū)域，但在500倍顯微鏡下觀察與正常區(qū)域無(wú)差異，見(jiàn)圖3、圖4、圖5。正常區(qū)域組織為回火索氏體，組織中碳化物相對(duì)較為稀疏;偏析區(qū)域組織也為回火索氏體，組織中碳化物相對(duì)密集。

1.3 偏析痕跡區(qū)域力學(xué)性能檢測(cè)

圖1 轉(zhuǎn)子局部偏析區(qū)域酸洗Figure 1 Pickling for the spot segregation zone on the rotor

圖2 酸洗檢查結(jié)果局部放大Figure 2 Local detail of Pickling inspection result

在偏析條帶處切取性能試樣進(jìn)行軸向和徑向的兩拉三沖試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，偏析區(qū)域的力學(xué)性能是合格的。

圖3 偏析區(qū)域組織×100Figure 3 Structure of segregation zone×100

圖4 正常區(qū)域組織×500Figure 4 Structure of normal zone×500

圖5 偏析區(qū)域組織×500Figure 5 Structure of segregation zone×500

2 分析討論

鋼錠凝固過(guò)程為選擇性結(jié)晶，當(dāng)枝晶間的流速超過(guò)了等溫線遷移的速度時(shí)，偏析就形成了［1］。為了將偏析減至最小，可以選擇鋼的化學(xué)成分，使枝晶間鋼水和大量鋼水間的密度差減小。但是，由于鋼的化學(xué)成分受技術(shù)條件的限制，實(shí)際上是不可能完全抑制偏析形成的。

出現(xiàn)偏析痕跡缺陷的轉(zhuǎn)子在進(jìn)行超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)時(shí)均無(wú)磁痕顯示;放大500倍顯微鏡下觀察與正常區(qū)域無(wú)差異;痕跡區(qū)域的力學(xué)性能及組織與正常區(qū)域相同;該件產(chǎn)品的力學(xué)性能也完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此可判斷，該條狀痕跡既不是裂紋，也不是非金屬夾雜，而是大鋼錠固有的金屬偏析。

表1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results ofmechanical property test

日本某廠制造的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在精加工時(shí)軸頸端外圓也出現(xiàn)過(guò)類似的偏析條帶。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外專家的評(píng)審意見(jiàn)也是認(rèn)為此類偏析不是過(guò)度偏析，是大鋼錠固有的偏析。

由于出現(xiàn)偏析痕跡缺陷的高壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較特殊，在位于轉(zhuǎn)子端部有一個(gè)小軸徑與法蘭相連，兩者截面相差很大。小軸直徑?310 mm、法蘭直徑?550 mm，而鍛件毛坯的尺寸更大，小軸部分的凹檔難以鍛出。因此小軸部分的徑向加工量過(guò)大，最終導(dǎo)致鋼錠固有的偏析帶暴露出來(lái)。

3 工藝改進(jìn)措施

根據(jù)解剖分析及相似案例的處理結(jié)果，我們認(rèn)為加強(qiáng)鍛件煉鋼、鍛造生產(chǎn)工藝和操作環(huán)節(jié)控制可避免偏析暴露在產(chǎn)品表面。具體措施如下:

(1)根據(jù)產(chǎn)品大小及結(jié)構(gòu)，選擇最合適的較小錠型生產(chǎn)，避免鋼錠錠型增大而偏析加重;

(2)采用合適的澆注工藝參數(shù)，減輕鋼錠的偏析;

(3)控制好鍛件利用率，充分切除水冒口;

(4)精確鍛造尺寸，避免鋼錠毛坯肥大，減少小軸頸部分的加工量，避免偏析區(qū)暴露。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)30Cr1Mo1V高中壓轉(zhuǎn)子小軸頸部位偏析缺陷進(jìn)行解剖分析，確定了此類偏析產(chǎn)生的原因并對(duì)偏析缺陷進(jìn)行定性:此類偏析痕跡屬大鋼錠固有的金屬偏析，不是過(guò)度偏析，不會(huì)影響鍛件產(chǎn)品的使用。為解決此問(wèn)題，我們制定了一系列工藝改進(jìn)措施。經(jīng)過(guò)一年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，我們分析的原因、提出的工藝改進(jìn)措施是正確的，從根本上解決了缺陷問(wèn)題。

［1］ 李建國(guó)，胡僑丹.凝固原理［M］.北京:高等教育出版社.

編輯 肖紅原

Analysis and Improved Measures of Spot Segregation on HP＆MPRotor of 30Cr1Mo1V

W ang Tao，Cui Jin'e，He Yajun，Qiu Bin

The segregation trace defect occurred on the journal neck of the HP＆MP steam turbine rotor of 30Cr1Mo1V has been anatomized，the cause of the segregation and the nature of the defecthave been determined，and also the process has been improved based on the characteristics of product，which has obtained good results.

steam turbine，HP＆MP rotor，30Cr1Mo1V，segregation defect

U464.331+1

B

2013—05—06