B12N—S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)與機械性能研究

張廣洋

【摘 要】本文針對B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)研究分析并對工藝進行了優(yōu)化，重點分析我公司生產(chǎn)此類高中壓轉(zhuǎn)子化學(xué)成分、性能結(jié)果、工藝參數(shù)進行總結(jié)、統(tǒng)計分析。通過試驗對比分析水淬加油冷混合方式與回火溫度參數(shù)對高中壓轉(zhuǎn)子沖擊功和強度性能的影響。有針對性的確定不同截面直徑尺寸最佳熱處理工藝參數(shù)。結(jié)果表明該工藝方案在保證該類高中壓轉(zhuǎn)子其余各項性能指標合格的前提下明顯改善了拉伸強度和沖擊功性能。

【關(guān)鍵詞】B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子；沖擊功；熱處理工藝參數(shù)

1前言

大型鑄鍛件廣泛應(yīng)用于電力、水力、造船、石油化工、成套設(shè)備。我公司是國內(nèi)鍛件產(chǎn)品的主要生產(chǎn)制造廠家，每年生產(chǎn)數(shù)百件各類電站轉(zhuǎn)子，其中生產(chǎn)的高中壓轉(zhuǎn)子每年約為150件左右。據(jù)統(tǒng)計，以往生產(chǎn)的高中壓轉(zhuǎn)子采用常規(guī)標準、常規(guī)工藝最終熱處理工藝參數(shù)較穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率較高。隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展與熱處理工藝不斷進步，各大主機廠家對轉(zhuǎn)子鍛件產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)要求等越來越嚴格。

為了滿足高中壓汽輪機轉(zhuǎn)子工作條件，我廠根據(jù)不同廠家采用的標準制定不同的工藝流程，比如超純凈高中壓轉(zhuǎn)子在煉鋼時采取（LVCD+VCD）真空除氣進行碳脫氧去除有害氣體和真空澆注方式提高鋼水純凈度，減少鋼水中的硫、磷、氫、氧等有害元素含量，有效地減少回火脆性傾向。

由于高中壓轉(zhuǎn)子工作環(huán)境高溫高壓，淬火后為得到較好的下貝氏體和上貝氏體組織和少量的珠光體組織。淬火采用緩冷方式以油冷或空冷方式為主，為提高其淬透性還需配比一定的合金元素。

2 分析研究

2.1 B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)[1]研究分析

由于機械標準要求不同，所需的工藝參數(shù)也會有相應(yīng)的變化，本文主要以某廠超純高中壓轉(zhuǎn)子機械性能標準研究。

2.1.1 奧氏體化溫度

由于轉(zhuǎn)子鍛件有效截面尺寸不同，為獲得所需要的組織和力學(xué)性能，奧氏體化最佳溫度采用950℃，使其完全奧氏體化后保溫足夠長時間，待奧氏體均勻化后為淬火做好充足準備。

2.1.2 淬火冷卻方式

淬火冷卻速度對鋼的強度、沖擊韌性[2]和FATT50等多項力學(xué)性能指標影響較大，為得到較好的沖擊韌性全程的油冷可能滿足不了標準要求，所以為提高合格率，針對大截面尺寸的高中壓轉(zhuǎn)子必要采取特殊的淬火方式。

2.1.3 回火溫度

回火溫度與保溫時間對B12N-S鋼轉(zhuǎn)子鍛件力學(xué)性能影響較大，由于強度性能對回火溫度較敏感，所以溫度均勻性影響著強度均勻性，為同時滿足縱向性能、徑向性能和切向性能合格，我廠經(jīng)過多年工作總結(jié)，大量試驗數(shù)據(jù)證明，為獲得良好綜合力學(xué)性能，最佳淬火溫度為950℃，最佳回火溫度為670-680℃。

2.2熱處理工藝及結(jié)果

本文主要討論兩種工藝參數(shù)下得到的力學(xué)性能比較，主要區(qū)別在于淬火方式與回火溫度的不同。

2.2.1 方案一工藝曲線

按不同的有效截面計算相對應(yīng)的淬火時間和回火時間，通用的工藝為淬火階段可采用燃氣爐，爐溫設(shè)定950±10℃，淬火采取全程油冷，回火階段采用電爐加熱，爐溫設(shè)定680±5℃，爐溫均勻性好有利于強度均勻性和各項機械性能指標。采用的工藝參數(shù)如下圖1.

2.2.2 方案二工藝曲線

針對有效截面在Φ1100mm以上的轉(zhuǎn)子鍛件，由于截面大，蓄熱量也多，必要增加強冷卻方式來提高沖擊韌性，淬火冷卻采取水冷加油冷混合冷卻方式，回火爐溫設(shè)定670±5℃保溫。采用的工藝參數(shù)如下圖2。.

2.2.3 數(shù)據(jù)對比分析

經(jīng)過我廠多年實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)不同截面的B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子在兩種工藝參數(shù)下進行數(shù)據(jù)對比。

通過大量的實驗數(shù)據(jù)歸納總結(jié)了不同截面直徑尺寸的鍛件轉(zhuǎn)子在全程油冷、680℃下回火保溫和鍛件轉(zhuǎn)子在水淬加油冷混合方式、670℃下回火保溫時，屈服強度、抗拉強度以及沖擊功數(shù)據(jù)統(tǒng)計。.

從圖3中（a）（b）（c）數(shù)據(jù)對比可以看出B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子在工藝參數(shù)全程油冷、680℃回火保溫下試樣屈服強度、抗拉強度、沖擊功整體偏低，部分大截面轉(zhuǎn)子試樣低于技術(shù)要求下限而不合格，而轉(zhuǎn)子鍛件在工藝參數(shù)為淬火水淬加油冷混合方式、670℃回火保溫下試樣屈服強度、抗拉強度、沖擊功整體偏高，極少數(shù)試樣力學(xué)性能低于技術(shù)要求而不合，為提高最終熱處理一次交檢合格率針對此材質(zhì)鋼有效截面在Φ1100mm以上的轉(zhuǎn)子應(yīng)采用淬火方式為水淬油冷混合式，回火溫度應(yīng)在670℃下進行。

2.3 回火溫度對機械性能的影響

從圖4中（d）數(shù)據(jù)曲線可以看出，B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子隨著回火溫度升高，屈服強度上限與屈服強度下限均體現(xiàn)先升高后下降趨勢，屈服強度上限在回火溫度670℃—675℃達到峰值，回火溫度超過680℃后屈服強度下降較快。屈服強度下限在回火溫度670℃左右達到峰值，回火溫度超過675℃后，屈服強度逐漸下降。

從圖4中（e）數(shù)據(jù)曲線可以看出，B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子隨著回火溫度的升高，沖擊功上、下限均呈上升趨勢，回火溫度在670℃—680℃之間，沖擊值上升較明顯，回火溫度超過680℃后沖擊值變化較緩慢。

3 結(jié)論

B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子有效截面在Φ1100mm以上的最終熱處理工藝的最佳淬火溫度為950℃、最佳回火溫度為670—680℃、最佳淬火方式為水淬加油冷混合式，但是水冷時間過長會有開裂風險，有效截面在Φ1100—1200mm的轉(zhuǎn)子水冷時間在10分鐘左右；截面超過Φ1200mm的轉(zhuǎn)子回火溫度在670℃為宜，水冷時間控制在20分鐘最佳。

參考文獻：

[1]白剛等.熱處理手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]-康大滔.葉國斌.大型鍛件材料及熱處理.北京龍門書局，1998：427

（作者單位：中國第一重型機械股份公司熱處理分廠）