燃機(jī)輪盤鍛件用30Cr2Ni4MoV鋼冶煉工藝研究及冶金質(zhì)量評價(jià)

羅玉立 鞠慶紅 曾 杰 楊先芝

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

燃機(jī)輪盤鍛件用30Cr2Ni4MoV鋼冶煉工藝研究及冶金質(zhì)量評價(jià)

羅玉立 鞠慶紅 曾 杰 楊先芝

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

介紹了燃機(jī)輪盤用30Cr2Ni4MoV超純凈鋼的冶煉工藝措施、過程控制及質(zhì)量評價(jià)。通過制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に?、精?xì)化的過程控制，所有產(chǎn)品一次性合格。

燃機(jī)輪盤；冶煉工藝；30Cr2Ni4MoV；過程控制；質(zhì)量評價(jià)

1 技術(shù)條件

某汽輪機(jī)廠采用30Cr2Ni4MoV超純凈鋼制造燃機(jī)鍛件。對C、Cr、Ni、Mo、V等常規(guī)可控元素的要求與普通低壓轉(zhuǎn)子相同，但是對Si、Mn、P、S等殘余元素提出了相當(dāng)高的要求。燃機(jī)鍛件殘余、有害元素的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求見表1。

表1 燃機(jī)鍛件殘余、有害元素的 化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The standard requirements of chemical composition of residual and harmful elements of gas turbine forgings (mass fraction, %)

注：J=(Si+Mn)(P+Sn)×10 000

該鍛件不僅對化學(xué)成分要求非常嚴(yán)格，而且對夾雜物總量也提出了非?？量痰囊?。標(biāo)準(zhǔn)要求A+B+C+D≤3.0，必須至少有一項(xiàng)達(dá)到0級，其他任何一項(xiàng)不能超過1級。

2 工藝措施及過程控制

對殘余、有害元素成分和夾雜物總量的嚴(yán)格要求，對原輔材料的質(zhì)量等級、冶煉工藝和生產(chǎn)過程管控等都提出了相當(dāng)高的要求。

2.1 工藝流程

本次生產(chǎn)錠型約100 t，根據(jù)我廠設(shè)備，選用“電弧爐粗煉→鋼包爐真空精煉→真空澆注”的流程，從工藝上采取最優(yōu)手段，確保有效地去除鋼中的有害元素，降低氣體含量，減少內(nèi)生夾雜物。

2.2 原輔材料要求

為了盡可能的降低As、Sn、Sb等殘余有害元素含量，冶煉本鋼種時(shí)，選用特優(yōu)生鐵和特優(yōu)廢鋼，精選海綿鐵，嚴(yán)格控制本廠返回廢鋼用量。必須選取有害殘余元素含量低的、高等級的鐵合金，嚴(yán)格控制在加入鐵合金的過程中帶入殘余元素。對于造渣及脫氧材料同樣必須進(jìn)行精選。

2.3 過程控制

在電爐粗煉階段，主要任務(wù)是通過吹氧助熔，快速熔化爐料，實(shí)現(xiàn)脫P(yáng)和去除夾雜物的目的。在冶煉前期，充分利用溫度低、脫P(yáng)條件良好的情況造好渣，實(shí)現(xiàn)快速脫P(yáng)。在冶煉后期，強(qiáng)化脫C，強(qiáng)化鋼液沸騰去除鋼液中的夾雜物。當(dāng)P≤0.002 5%，溫度達(dá)到工藝要求后出鋼。

STZ 誘導(dǎo)小鼠 DR 模型的主要缺點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長，這增加了實(shí)驗(yàn)成本[25]。STZ 有細(xì)胞毒性，可以破壞心臟、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等重要臟器的功能，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物劑量依賴性死亡[11]。STZ 劑量高于 200 mg/kg 會(huì)導(dǎo)致小鼠死亡[5]。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有 STZ中毒現(xiàn)象時(shí)可以通過注射藥物降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的死亡率，如他克林可以作為糖基清除劑在注射 STZ 后使用[26]。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，也可以降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的死亡率，如選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物時(shí)盡量選用雄性小鼠，小鼠周齡要達(dá)到性成熟期（盡量在 8～9 周齡），采用高脂飲食伴注射較低劑量 STZ 的方式，或盡量采用靜脈注射等。

在鋼包爐階段，主要任務(wù)是去氫脫氧、脫硫，去除夾雜物，調(diào)節(jié)化學(xué)成分和出鋼溫度。這一環(huán)節(jié)直接關(guān)系到鋼水純凈度，所以必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝。不僅要確保可控元素達(dá)到規(guī)定要求，還要保證殘余有害元素滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，做好去H脫O，降低鋼中的氣體及夾雜物含量，從而獲得高純凈度鋼水。

在鑄錠環(huán)節(jié)，不僅要選取表面質(zhì)量良好的冶金附具，而且還要做好冶金附具的清潔干燥工作，嚴(yán)格防止外來夾雜及二次氧化。

3 冶金質(zhì)量評價(jià)

通過執(zhí)行嚴(yán)格的工藝措施和精細(xì)的過程控制，整個(gè)冶煉過程非常順利，各項(xiàng)參數(shù)得到有力實(shí)施。對該支鋼錠鍛制成的13件不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行了理化檢驗(yàn)，從而進(jìn)行冶金質(zhì)量評價(jià)。

3.1 殘余元素檢測

熔煉中的和鍛件成品的殘余元素化學(xué)成分見表2。

從表2可以看出，通過對熔煉和鍛件成品的分析，殘余元素不僅達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，而且各元素含量相當(dāng)?shù)停貏e是J系數(shù)處于很低水平。

3.2 偏析評價(jià)

分析所有元素的偏析程度，均不超過5%。這在大型鋼錠制造的鍛件中是不多見的，說明制造鍛件的鋼錠的均勻性達(dá)到了非常高的水平。

3.3 夾雜物評價(jià)

對13件產(chǎn)品的夾雜物評級情況見表4。從表4可以看出，A類夾雜物幾乎全部為0級，B、C、D類夾雜物均不大于0.5級。所有產(chǎn)品的夾雜物總量均不超過3.0級，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 殘余元素化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Chemical composition of residual elements (mass fraction, %)

表3 易偏析元素的偏析情況(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 The segregation of elements (mass fraction, %)

表4 夾雜物評級Table 4 The inclusion grade

3.4 無損檢測

對13件產(chǎn)品按某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無損檢測，未發(fā)現(xiàn)超過?1 . 6 mm 的單個(gè)缺陷及超過?1 mm的密集缺陷，無損檢測一次性合格。

3.5 力學(xué)性能檢驗(yàn)

按某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，均一次性合格。部分工件的力學(xué)性能見表5。13件產(chǎn)品的力學(xué)性能非常均勻，并且各項(xiàng)指標(biāo)有很大的富余量。

表5 燃機(jī)鍛件的力學(xué)性能Table 5 Mechanical property of gas turbine forgings

4 結(jié)論

通過對13件燃機(jī)鍛件的冶煉過程進(jìn)行嚴(yán)格的工藝過程控制，成品的化學(xué)成分、力學(xué)性能非常均勻，所有工序一次性合格。各項(xiàng)理化檢驗(yàn)結(jié)果證明，該鋼錠純凈度高，冶金質(zhì)量良好，完全達(dá)到了燃機(jī)鍛件所需超純凈鋼的要求。

[1] 羅玉立，李連龍，何亞軍.620℃超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用新材料冶煉工藝研究.大型鑄鍛件，2016(2)：3-5.

[2] 金楊，馬騰霄.鋼包爐冶煉超低硫鋼研究. 大型鑄鍛件，2015(6)：13-15.

[3] 陳海堤，王濤，羅玉立.400t級巨型鋼錠偏析及夾雜物分布研究. 大型鑄鍛件，2013(1)：9-15.

編輯 杜 敏

Study on Smelting Process of 30Cr2Ni4MoV Steel for Wheel Forgings and Quality Evaluation

Luo Yuli, Ju Qinghong, Zeng Jie, Yang Xianzhi

The smelting process, the process control and the quality evaluation of ultra-high clean 30Cr2Ni4MoV steel for gas turbine wheel have been introduced. By preparing the strict process and controlling the process precisely, all the products meet the requirements.

gas turbine wheel; smelting process; 30Cr2Ni4MoV; process controlling; quality evaluation

2016—09—08

TF762.+8

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