30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子缺陷分析

30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子是汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的核心產(chǎn)品，也是我公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品。我公司近期生產(chǎn)的10萬(wàn)級(jí)以上30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子探傷經(jīng)常發(fā)現(xiàn)單個(gè)不超標(biāo)缺陷，鍛件缺陷位置分布較為規(guī)律。為此我們對(duì)近兩年來(lái)生產(chǎn)的30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子質(zhì)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)其中一件探廢的20萬(wàn)級(jí)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子進(jìn)行了解剖分析。

轉(zhuǎn)子類產(chǎn)品在鍛件市場(chǎng)里屬附加值略高于其他鍛件的產(chǎn)品。近幾年國(guó)內(nèi)主要由一重、二重、上重及太重生產(chǎn)鍛件毛坯，之后發(fā)往生產(chǎn)發(fā)電機(jī)整機(jī)的廠家，再由整機(jī)廠家進(jìn)行后續(xù)的精加工及組裝。轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的心臟，因此對(duì)超探及性能的要求都很高，尤其超探的超標(biāo)缺陷，對(duì)轉(zhuǎn)子的影響是致命的，不存在任何讓步的空間。

投產(chǎn)情況

2016年初至2017年底共生產(chǎn)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子34件，其中報(bào)廢2件（比率5.9%），探傷發(fā)現(xiàn)不超標(biāo)缺陷5件（比率14.7%），其余為探傷無(wú)缺陷的合格產(chǎn)品。

工藝簡(jiǎn)介

30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子產(chǎn)品主要生產(chǎn)工藝流程為：冶煉鋼錠—鍛造（鍛件成形）—鍛后熱處理—調(diào)質(zhì)前粗加工（加工后UT）—調(diào)質(zhì)（性能熱處理）—性能檢驗(yàn)—終探前加工（最終UT）—開(kāi)槽加工—消應(yīng)力處理—熱跑前加工—熱穩(wěn)定性試驗(yàn)—包裝發(fā)貨（全部指標(biāo)檢驗(yàn)合格后）。

材質(zhì)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼錠要求真空碳脫氧方式進(jìn)行冶煉，冶煉過(guò)程為電弧爐冶煉—精煉爐精煉—真空處理—真空碳脫氧澆注。化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

轉(zhuǎn)子在125MN油壓機(jī)上鍛造成形，鍛造加熱過(guò)程中進(jìn)行了足夠時(shí)間的高溫?cái)U(kuò)散，經(jīng)過(guò)3次拔長(zhǎng)2次鐓粗，鍛比在5以上。有問(wèn)題的轉(zhuǎn)子其缺陷主要集中在轉(zhuǎn)身區(qū)域，雖然有較大的變形，但仍未解決缺陷問(wèn)題。鍛后熱處理采用三次過(guò)冷+兩次正火+一次回火，確保組織轉(zhuǎn)變充分，并保證擴(kuò)氫時(shí)間充足。

表1 30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子化學(xué)成分要求（重量百分含量）

圖1 轉(zhuǎn)子缺陷圖

解剖分析

2017年初，在理化實(shí)驗(yàn)室對(duì)爐號(hào)293-1-3-1的20萬(wàn)級(jí)30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子進(jìn)行了解剖分析。

該轉(zhuǎn)子規(guī)格為φ980mm×7200mm，調(diào)質(zhì)前粗加工后對(duì)其超探，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)身300mm左右范圍內(nèi)有一處連續(xù)φ2～φ5mm缺陷（圖1），嚴(yán)重超出訂貨廠家的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致該轉(zhuǎn)子報(bào)廢。為確定缺陷性質(zhì)，找出報(bào)廢原因，我們經(jīng)探傷人員精準(zhǔn)定位后選取缺陷位置，最終選擇A位置進(jìn)行了解剖分析，對(duì)此處分別進(jìn)行了低倍、高倍和微觀斷口檢測(cè)。

低倍檢驗(yàn)

在指定位置鋸取試片取樣后進(jìn)行酸浸，結(jié)果如下：

一般疏松、中心疏松、錠型偏析均為1.0級(jí)；一般點(diǎn)狀偏析4.0級(jí)；無(wú)邊緣點(diǎn)狀偏析、白點(diǎn)、殘余縮孔；無(wú)皮下氣泡、翻皮、非金屬夾雜及夾渣和異金屬夾雜物；邊緣有折疊裂紋一條，深約15mm（圖2、圖3）。

硫印為1.0級(jí)，如圖4所示。

高倍檢驗(yàn)

檢驗(yàn)部位為低倍小裂紋缺陷處，缺陷處微觀形態(tài)為大量密集分布的夾雜物，圖5、圖6所示分別為缺陷處高倍（100×）、缺陷處高倍（500×）圖。

圖2 取樣試片

圖3 取樣試片放大圖

圖4 低倍酸浸宏觀形貌

圖5 缺陷處高倍（100×）

圖6 缺陷處高倍（500×）

圖7 斷口掃描

微觀斷口

缺陷處人工開(kāi)斷口，微觀斷口顯示為大量渣條。渣條處情況如圖7所示，能譜分析顯示為硫化物夾雜（圖8）。

試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)低倍、高倍和微觀斷口檢測(cè)顯示，小裂紋性質(zhì)為原材料中存在大量硫化物夾雜。最終由于硫化物夾雜類缺陷聚集產(chǎn)生連續(xù)缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。為此我公司與冶煉分公司進(jìn)行了深入的交流及討論，確定解決措施，避免類似問(wèn)題再次發(fā)生。

解決措施

通過(guò)對(duì)近兩年生產(chǎn)的30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子探傷缺陷分析及解剖分析，我公司研究決定，需要從以下方面控制產(chǎn)品質(zhì)量：

⑴對(duì)鋼錠原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制；

⑵冶煉過(guò)程中控制好造渣、洗包、真空度、鋼水量、精煉、吹氬等關(guān)鍵環(huán)節(jié)；

圖8 能譜分析

⑶鍛造過(guò)程中，控制好底部和冒口的切除量（對(duì)切下底部及冒口余料進(jìn)行稱重，精確控制切除量），控制好大變形的壓下量；

⑷鍛造加熱及鍛后熱處理過(guò)程中要嚴(yán)格控制爐溫，對(duì)于截面較大的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品表面敷熱電偶。以料溫為主，確保過(guò)程中的保溫時(shí)間。