燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)2Cr13扭葉片模鍛件毛坯生產(chǎn)工藝流程及質(zhì)量控制要點

卞 吉

(南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，南京 210037)

燃?xì)廨啓C(jī)是發(fā)電設(shè)備的高端裝備，其技術(shù)含量和設(shè)計制造難度居所有機(jī)械設(shè)備前列，是機(jī)械制造行業(yè)的金字塔頂端，在國民經(jīng)濟(jì)和能源電力工業(yè)中有著重要的戰(zhàn)略地位。聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)是指在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)中使用的汽輪機(jī)。 汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件之一，動葉片主要有扭葉片和直葉片兩種,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種數(shù)量多，對汽輪機(jī)性能影響大。葉片的數(shù)量約占汽輪機(jī)零件總數(shù)的1/7，其加工工時約占總工時的1/8，所以葉片模鍛件設(shè)計質(zhì)量、原材料質(zhì)量及鍛造、熱處理過程質(zhì)量嚴(yán)重影響和制約著汽輪機(jī)的整體性能和生產(chǎn)周期。

汽輪機(jī)動葉片毛坯目前有兩種制造方法：一種是通過模鍛形成形狀類似成品葉片的模鍛毛坯；另一種是通過方鋼銑制成成品葉片。模鍛毛坯一般用于葉片較長、形狀較復(fù)雜的扭葉片和直葉片；方鋼銑制一般用于葉片較短、形狀較規(guī)則的直葉片[1]。本文針對某型號燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)扭葉片模鍛件毛坯生產(chǎn)過程質(zhì)量控制要素進(jìn)行重點分析，并提出具體的質(zhì)量控制措施，以便更好地控制葉片產(chǎn)品的實物質(zhì)量，保證機(jī)組整體質(zhì)量水平和使用壽命。葉片在制造過程中，如果模具尺寸、強度有問題，葉片毛坯原材料及鍛造、熱處理過程質(zhì)量控制不嚴(yán)，造成型線不符合圖紙要求、內(nèi)外部缺陷等質(zhì)量問題導(dǎo)致葉片報廢或使用壽命降低，進(jìn)而影響汽輪機(jī)的整體質(zhì)量，所以從源頭上控制葉片原材料及鍛造、熱處理質(zhì)量至關(guān)重要。

1 汽輪機(jī)2Cr13模鍛葉片毛坯生產(chǎn)制造一般工藝流程

葉片在工作中承受著高溫、高壓、極大的離心力和蒸汽的交變應(yīng)力,這就要求葉片零件具備較高的綜合性能、良好的耐蝕性。

2Cr13屬馬氏體不銹鋼，具有良好的淬透性，且材料價格不高，具備較好的物理性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。工件淬火后獲得馬氏體組織，淬火、回火后具備較好的綜合性能，常用于制作汽輪機(jī)葉片。目前，許多汽輪機(jī)葉片均選用2Cr13材料生產(chǎn)葉片。汽輪機(jī)2Cr13模鍛葉片毛坯生產(chǎn)制造一般工藝流程主要包含模具設(shè)計、原材料質(zhì)量檢測、鍛造成型、熱處理、模鍛件驗收五個重要環(huán)節(jié)(如圖1所示)。模具設(shè)計屬于技術(shù)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，原材料質(zhì)量檢測屬于材料準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，其中鍛前加熱、預(yù)鍛制坯、坯料加熱、模鍛成型、模鍛件切邊屬于鍛造成型環(huán)節(jié)，模鍛件驗收屬于交付把關(guān)環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量均決定著模鍛葉片毛坯的質(zhì)量，并嚴(yán)重影響著后續(xù)加工質(zhì)量和葉片的最終使用壽命。

圖1 2Cr13模鍛葉片毛坯生產(chǎn)的工藝流程圖

2 葉片模鍛件(模具)設(shè)計對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

葉片模鍛件設(shè)計是葉片模鍛件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否直接影響著汽輪機(jī)葉片成型質(zhì)量和最終使用壽命。

汽輪機(jī)葉片輪廓面是復(fù)雜的異形曲面，在使用中承受復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，而且在高頻次的旋轉(zhuǎn)，這就要求葉片生產(chǎn)過程中鍛件毛坯的流線要與最終零件的輪廓曲線一致，防止葉片金屬流線被嚴(yán)重切斷造成應(yīng)力腐蝕或強度損失，同時要防止應(yīng)力集中造成葉片過早失效。

在葉片模鍛件設(shè)計過程中如果模鍛件外形輪廓曲線與最終零件曲線偏差很大，在后續(xù)加工過程中就會造成金屬流線被切斷，而且這樣加工的葉片結(jié)構(gòu)強度就會相對降低，在葉片使用過程中沿流線切斷部分容易形成應(yīng)力腐蝕或疲勞屈服，降低葉片的使用壽命。此外，如果葉片模鍛件設(shè)計過程中特征結(jié)構(gòu)過渡圓角設(shè)計過小、過渡不圓滑等，會造成葉片模鍛件在成型過程中產(chǎn)生夾層、流線紊亂、應(yīng)力集中等質(zhì)量問題。其夾層質(zhì)量問題會造成機(jī)加過程困難或?qū)е铝慵髲U，流線紊亂和應(yīng)力集中會造成葉片強度降低和疲勞壽命降低。

葉片模具設(shè)計應(yīng)考慮模具的尺寸符合熱鍛件圖，以及模具強度滿足設(shè)計要求。終鍛模膛是鍛件最后成形的模膛，通過它獲得帶飛邊的鍛件。終鍛模膛是按熱鍛件圖制造的，模膛設(shè)計的主要內(nèi)容是繪制熱鍛圖和確定飛邊槽尺寸?？紤]金屬的熱脹冷縮，熱鍛件圖的尺寸應(yīng)比鍛件圖的相應(yīng)尺寸有所放大。錘上模鍛為開式模鍛，一般終鍛模膛周圍必須有飛邊槽，其主要作用是增加金屬流出模膛的阻力，迫使金屬充滿模膛。飛邊還可以容納多余金屬，鍛造時飛邊起到緩沖作用，減弱上模對下模的打擊，使模具不易壓塌和開裂。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計對鍛件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具強度、鍛模和鍛錘的使用壽命有很大的影響。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)著重考慮模膛的布排、錯移力的平衡及鍛模的強度、鍛模材料、模塊尺寸、模膛表面粗糙度、導(dǎo)向等等。

綜上所述，在汽輪機(jī)葉片模鍛件設(shè)計過程中，為了提高葉片的成型質(zhì)量和使用壽命，一定要嚴(yán)格控制葉片模鍛件輪廓結(jié)構(gòu)和過渡圓角。具體設(shè)計要點和控制措施有如下三點：一是模鍛件輪廓面要與葉片最終零件輪廓面流向一致，且加工余量分配均勻，保證金屬流線不被大量切斷，防止后續(xù)使用過程中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和屈服；二是葉片模鍛件特征結(jié)構(gòu)過渡圓滑、流暢，避免出現(xiàn)特征結(jié)構(gòu)突變，防止后續(xù)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)夾層、流線紊亂、應(yīng)力集中等質(zhì)量問題[2]；三是采用仿真模擬成型軟件對模鍛件結(jié)構(gòu)、模鍛成型過程進(jìn)行分析和優(yōu)化，進(jìn)一步優(yōu)化模鍛件結(jié)構(gòu)，防止產(chǎn)生夾層、流線紊亂、難以充滿等質(zhì)量問題和缺陷。模具的設(shè)計不僅考慮最后成型的葉片尺寸符合熱鍛圖，還要考慮模具的強度設(shè)計。

3 原材料質(zhì)量對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

原材料質(zhì)量是決定葉片模鍛件質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。葉片模鍛件原材料一般使用軋制棒材，并保證原材料有足夠的擠壓比，保證其粗大組織得到充分的破碎、變形細(xì)化。其原材料質(zhì)量一般考核冶煉方法、化學(xué)成分、低倍組織、發(fā)紋及超聲波探傷等級等幾個方面。

3.1 嚴(yán)格控制原材料冶煉方法

冶煉方法嚴(yán)重影響著原材料的質(zhì)量。普通的冶煉方法不能滿足原材料高的純凈度要求，有害雜質(zhì)比較多，且鑄錠疏松，氣孔、偏析存在傾向比較大，嚴(yán)重影響葉片模鍛件的強度、內(nèi)部質(zhì)量。

為提高葉片模鍛件的質(zhì)量，應(yīng)對原材料冶煉方法提出要求。原材料應(yīng)采用電爐冶煉并經(jīng)電渣重熔，進(jìn)一步消除原材料內(nèi)部存在的雜質(zhì)，提高原材料的純凈度。同時，降低原材料冶煉過程中存在疏松、氣孔、偏析、夾雜的傾向，進(jìn)而提高和保證葉片模鍛件的最終質(zhì)量。

3.2 嚴(yán)格控制原材料的化學(xué)成份

原材料成分符合要求是葉片模鍛件生產(chǎn)的基礎(chǔ)和質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)。原材料成分不合格嚴(yán)重影響著后續(xù)鍛造成型、熱處理的質(zhì)量，并對葉片最終強度、壽命產(chǎn)生極大的影響，所以應(yīng)嚴(yán)格控制原材料的化學(xué)成份，保證原材料化學(xué)成分符合要求[3]。按GB/T 8732—2014 《汽輪機(jī)葉片用鋼》要求，2Cr13原材料化學(xué)成分符合表1的規(guī)定。

表1 2Cr13化學(xué)元素含量表 %

在實際生產(chǎn)過程中，要控制主元素化學(xué)成分處于要求的中間數(shù)值，盡量防止處于主元素含量的上限或下限；同時盡量降低硫、磷、砷、錫、銻及氮、氫、氧等有害雜質(zhì)元素的含量，提高原材料的純凈度。

3.3 嚴(yán)格控制原材料的低倍組織和斷口組織

低倍組織是反映原材料宏觀組織的質(zhì)量狀況，同時嚴(yán)重影響和決定著葉片模鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。

在實際原材料驗收過程中，嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行低倍組織檢測，不允許原材料低倍組織和斷口組織存在白點、縮孔、氣泡、空洞、翻皮、分層、裂紋及肉眼可見的夾雜、點狀偏析、銀亮斑點、針孔、層狀斷口、過熱斷口等缺陷。

3.4 嚴(yán)格控制原材料的發(fā)紋

發(fā)紋是原材料的一種宏觀缺陷，指鋼的原材料塔形車削試樣經(jīng)酸蝕法或磁粉法顯示出的呈縱向分布的細(xì)小紋縷。它是鋼中夾雜的氣泡或疏松等缺陷在鋼的加工變形過程中沿鍛軋方向被延伸所致。發(fā)紋嚴(yán)重地危害著鋼的力學(xué)性能，特別是疲勞強度等。用于制造重要機(jī)件的鋼材，對發(fā)紋的數(shù)量、大小和分布狀態(tài)都有嚴(yán)格的限制。

對于發(fā)紋的檢測，可以根據(jù)GB/T 10121—2008《鋼材塔形發(fā)紋磁粉檢驗方法》來判定。在實際生產(chǎn)過程應(yīng)根據(jù)葉片的使用要求，嚴(yán)格控制檢測試樣發(fā)紋的數(shù)量，進(jìn)而提高葉片模鍛件和葉片最終零件的質(zhì)量。

3.5 嚴(yán)格控制原材料的超聲波探傷等級

超聲波探傷是對原材料內(nèi)部疏松、裂紋、夾雜等組織缺陷的一種檢測手段，要求較高的原材料須考慮相應(yīng)的超聲波探傷等級，防止因內(nèi)部組織缺陷超標(biāo)影響葉片零件的強度和使用壽命。所以在實際生產(chǎn)過程，應(yīng)按照設(shè)計文件要求對原材料進(jìn)行超聲波探傷，防止因原材料內(nèi)部質(zhì)量不合格降低葉片模鍛件質(zhì)量。

4 鍛造成型環(huán)節(jié)工藝過程對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

鍛造成型過程包含鍛前加熱、預(yù)鍛制坯、坯料加熱、模鍛成型、模鍛件切邊五個環(huán)節(jié)。鍛前加熱、預(yù)鍛制坯、模鍛成型、模鍛件切邊四個環(huán)節(jié)，是葉片模鍛件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工藝參數(shù)、工藝過程的控制質(zhì)量直接影響著葉片模鍛件的成型質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，并最終決定著葉片的使用壽命。

4.1 鍛前加熱工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

2Cr13屬馬氏體不銹鋼，其合金元素含量超過10%，加熱溫度不宜太高，過高組織會出現(xiàn)δ鐵素體，使鋼的塑性下降，且易在兩相界面產(chǎn)生裂紋。因此馬氏體不銹鋼的始鍛溫度一般為1 100～1 150 ℃，所以鍛造加熱溫度應(yīng)選擇在1 150～1 170 ℃之間。

馬氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性差，為防止在實際生產(chǎn)中坯料開裂，坯料的入爐溫度應(yīng)低于400 ℃，同時，850 ℃前應(yīng)緩慢加熱，并在1 150～1 170 ℃進(jìn)行保溫，其保溫時間應(yīng)根據(jù)材料規(guī)格大小而定，一般預(yù)熱保溫時間可按0.6～0.8 min/mm計算，到原材內(nèi)外部均熱后，才能快速加熱到始鍛加熱溫度。

鍛件在高溫區(qū)停留時間不宜過長，否則易造成嚴(yán)重過氧化、元素貧化和晶粒粗化，其加熱保溫時間可按0.3～0.8 min/mm計算，防止長時間在高溫區(qū)加熱導(dǎo)致毛坯氧化、晶粒粗化[4]等質(zhì)量問題。

為保證葉片毛坯鍛前加熱的質(zhì)量，應(yīng)對以下幾個方面進(jìn)行嚴(yán)格控制：(1)嚴(yán)格選擇鍛前加熱溫度；(2)選擇控溫精度較高的加熱設(shè)備，嚴(yán)格控制鍛前加熱溫度；(3)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行預(yù)熱和保溫；(4)嚴(yán)格控制高溫加熱區(qū)保溫時間。

4.2 預(yù)鍛制坯工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

預(yù)鍛制坯是模鍛成型質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，預(yù)鍛成型過程和尺寸不僅影響模鍛成型質(zhì)量，而且還影響模鍛件的內(nèi)部質(zhì)量，所以要對預(yù)鍛成型工藝方法、預(yù)鍛成型終鍛溫度、預(yù)鍛成型結(jié)構(gòu)和尺寸等工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

馬氏體不銹鋼高溫組織為單相奧氏體，在900～950 ℃范圍內(nèi)要避免重?fù)?，以防鍛造開裂；終鍛變形量應(yīng)大于12%～20%，防止落入臨界變形區(qū)造成晶粒粗大；終鍛變形程度不易過小，若加熱溫度高、終鍛變形程度小時，可能由于組織遺傳引起低倍粗晶。

2Cr13屬馬氏體不銹鋼，傳熱速度慢，且變形抗力大，終鍛溫度不宜太低。若溫度過低，鋼的塑性下降較大，易產(chǎn)生鍛造裂紋，其終鍛成型溫度不應(yīng)低于850 ℃。

預(yù)鍛毛坯的結(jié)構(gòu)和尺寸直接決定著葉片模鍛成型的質(zhì)量，預(yù)鍛毛坯尺寸不合理會造成模鍛成型充不滿、折疊、夾層等多種表面缺點。如果預(yù)鍛毛坯一致性差，還會造成模鍛件一致性差，給后續(xù)機(jī)械加工帶來很大的困難。為保證預(yù)鍛毛坯的合理正確性，應(yīng)通過仿真模擬成型的工藝方法對預(yù)鍛毛坯進(jìn)行仿真模擬驗證和優(yōu)化，保證預(yù)鍛毛坯結(jié)構(gòu)和尺寸合理。為保證預(yù)鍛毛坯的一致性和成型質(zhì)量，應(yīng)盡量通過胎模鍛成型的工藝方法保證預(yù)鍛毛坯成型的一致性，進(jìn)而提高葉片模鍛成型的質(zhì)量和一致性[5]。

為保證葉片預(yù)鍛成型的質(zhì)量，應(yīng)對以下幾個方面進(jìn)行嚴(yán)格控制：(1)嚴(yán)格控制鍛造變形程度和終鍛成型變形量；(2)嚴(yán)格控制終鍛成型時的溫度；(3)嚴(yán)格控制預(yù)鍛毛坯成型結(jié)構(gòu)和尺寸。

4.3 模鍛成型工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

模鍛成型過程是葉片模鍛件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，模鍛成型工藝參數(shù)不僅影響模鍛成型質(zhì)量，而且影響模鍛件的內(nèi)部質(zhì)量，并對葉片最終質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響，所以要對模鍛成型的模具預(yù)熱溫度、模具冷卻、模鍛后冷卻等工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

如果終鍛成型模具預(yù)熱溫度過低，造成模鍛成型過程中毛坯表層迅速冷卻，其成型毛坯塑性、流動性大幅度降低，造成終鍛成型時出現(xiàn)充不滿、夾層、裂紋等質(zhì)量問題，進(jìn)而導(dǎo)致鍛件報廢，同時還會造成鍛件內(nèi)部冷熱不均產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，在后續(xù)加工過程中導(dǎo)致開裂。所以終鍛成型前需要對成型模具進(jìn)行預(yù)熱，其預(yù)熱溫度在200～250 ℃之間，防止成型毛坯因冷卻過快產(chǎn)生質(zhì)量問題。

在模鍛成型過程中，由于模具型腔頻繁、長時間與高溫成型毛坯接觸，其型腔表面溫度急劇升高，造成模具型腔表面強度和耐磨性下降，容易造成模具型腔磨損、變形，進(jìn)而影響模鍛成型尺寸和表面質(zhì)量，所以須要對成型過程中模具溫度進(jìn)行控制[6]。合理的方法是定時或定量對模具型腔噴冷卻液控制模具溫度，防止模具型腔因溫度過高產(chǎn)生磨損或變形。

2Cr13不銹鋼對冷卻速度特別敏感，空冷即可獲得馬氏體組織，使鍛件內(nèi)存在很大熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和鍛造應(yīng)力，易導(dǎo)致表面裂紋，所以馬氏體鋼鍛后應(yīng)緩冷。一般是將鍛件放在200 ℃左右的爐中或石棉保溫箱中冷卻，或是轉(zhuǎn)入600 ℃爐中保溫并隨爐冷卻。冷卻后應(yīng)及時進(jìn)行軟化退火處理(680～780 ℃保溫2～4 h)，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于機(jī)械加工。

4.4 模鍛件切邊工藝因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

模鍛件切邊是模鍛成型質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，其切邊工藝因素有切邊模具和切邊溫度。為保證切邊質(zhì)量，應(yīng)對切邊模具和切邊溫度進(jìn)行控制。

切邊模具設(shè)計不合理，切邊成型會產(chǎn)生毛刺、拉裂、飛邊等問題，嚴(yán)重影響切邊質(zhì)量和切邊效率。為保證切邊成型質(zhì)量，應(yīng)設(shè)計合理的切邊模具，保證切邊模具定位準(zhǔn)確、凸凹模配合間隙合理和一致。

切邊溫度過低會造成切邊困難、切邊開裂等現(xiàn)象，輕則造成切邊效率下降，重則造成模鍛件報廢，所以應(yīng)嚴(yán)格控制切邊溫度。切邊溫度應(yīng)控制在(650±50)℃左右，當(dāng)溫度低于設(shè)定的切邊溫度時，應(yīng)重新加熱至切邊溫度后再進(jìn)行切邊處理。

5 熱處理過程對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

熱處理過程是葉片模鍛件最終力學(xué)性能實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工藝參數(shù)、工藝過程的控制質(zhì)量，直接影響著葉片模鍛件最終性能指標(biāo)，并最終決定著葉片的使用壽命。

2Cr13葉片模鍛件熱處理工藝要素包含加熱設(shè)備和工藝參數(shù)。加熱設(shè)備包含淬火和回火加熱設(shè)備。工藝參數(shù)包括淬火溫度、淬火保溫時間、淬火介質(zhì)、介質(zhì)溫度、回火溫度、回火保溫時間等工藝參數(shù)。其中淬火溫度、淬火保溫時間、淬火介質(zhì)、介質(zhì)溫度是淬火工藝參數(shù)；回火溫度、回火保溫時間是回火工藝參數(shù)。

5.1 加熱設(shè)備對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

加熱設(shè)備的精度對產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響。淬火溫度嚴(yán)重影響著淬火的質(zhì)量，如果加熱設(shè)備控溫精度不穩(wěn)，就會造成淬火溫度過高或過低。

為有效控制鍛前加熱的溫度，應(yīng)選擇控溫精度較高的加熱設(shè)備，加熱設(shè)備控溫精度應(yīng)在±15 ℃。優(yōu)先選用控溫精度較高的電爐加熱，防止加熱設(shè)備控溫不準(zhǔn)導(dǎo)致實際加熱溫度過高或過低，保證2Cr13葉片熱處理加熱溫度受控，進(jìn)而保證葉片熱處理質(zhì)量。

5.2 淬火工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

淬火溫度選擇不合理嚴(yán)重影響淬火質(zhì)量。溫度選擇過低，達(dá)不到淬火效果；溫度選擇過高，會造成晶粒粗大，或者產(chǎn)生過熱傾向。為了保證淬火效果，應(yīng)合理選擇淬火溫度范圍，2Cr13馬氏體不銹鋼合理的淬火溫度范圍是 980 ～1 060 ℃。取980 ℃加熱油淬時硬度要明顯低于1 060 ℃加熱油淬，980 ℃油淬后硬度為45～50 HRC，1 060 ℃油淬后硬度要高2 HRC，但1 060 ℃淬火后得到的組織晶粒較粗，脆性大。為得到較好的組織和硬度，提高淬火效果，一般把淬火溫度控制在1 000～1 030 ℃的溫度區(qū)間。

淬火保溫時間如果選擇不合理嚴(yán)重影響淬火質(zhì)量。時間過短，工件未熱透，強化相未充分溶解，達(dá)不到淬火效果；保溫時間過長會造成晶粒粗大，或者產(chǎn)生過熱傾向。為了保證淬火效果，應(yīng)合理選擇淬火保溫時間，防止保溫時間過長或過短。保溫時間的計算方法為：

t=(10～30)+(2～3)×d

(1)

式中：t為淬火保溫時間， min；d為制件的有效厚度或條件厚度， mm。根據(jù)上述的計算范圍，盡量取中間數(shù)值[7]。

如果淬火介質(zhì)選擇不合理，會造成極大的組織應(yīng)力，甚至?xí)鸫慊痖_裂。2Cr13屬馬氏體不銹鋼，具有良好的淬透性，尺寸不大的2Cr13鋼工件從淬火溫度空冷即可淬透，獲得馬氏體組織。所以為達(dá)到較好的淬火效果，同時又防止淬火開裂，實際生產(chǎn)中一般選取淬火油作為淬火介質(zhì)。

5.3 回火工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

回火溫度如果選擇不合理，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和硬度。溫度過低，硬度下不來且強度偏高，不僅加工困難，而且塑性指標(biāo)偏低；溫度過高，會造成晶粒粗大，硬度下降明顯且強度降低，也達(dá)不到要求。為了保證回火效果，應(yīng)合理選擇回火溫度范圍。2Cr13馬氏體不銹鋼合理的回火溫度范圍是 450～600 ℃之間。450～500 ℃回火，硬度為45～50 HRC；500～550 ℃回火，硬度為40～44 HRC；550～600 ℃回火，硬度為28～32 HRC。應(yīng)根據(jù)葉片性能指標(biāo)和硬度要求，合理選擇回火溫度范圍。

回火保溫時間如果選擇不合理，嚴(yán)重影響回火質(zhì)量。時間過短，達(dá)不到回火效果；保溫時間過長，會造成晶粒粗大，硬度降低。為了保證回火效果，應(yīng)合理選擇回火保溫時間。其保溫時間的計算方法為：

T=(60～80)+(1～3)×d

(2)

式中：T為回火保溫時間， min；d為制件的有效厚度或條件厚度,mm。根據(jù)上述的計算范圍，盡量取中間數(shù)值，防止保溫時間過短或過長。

6 模鍛件的驗收對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的影響及控制措施

葉片模鍛件驗收屬于交付把關(guān)環(huán)節(jié)，驗收不嚴(yán)有可能造成漏檢或誤檢，有可能把不合格的當(dāng)作合格的，給后續(xù)產(chǎn)品使用帶來很大的隱患，甚至造成葉片提前報廢。所以應(yīng)按照要求嚴(yán)格進(jìn)行產(chǎn)品驗收工作，遇見問題絕不放過，嚴(yán)把交付質(zhì)量關(guān)。

6.1 模鍛葉片毛坯一般交付驗收

每種產(chǎn)品根據(jù)使用環(huán)境的不同，其技術(shù)要求不盡相同，但驗收內(nèi)容一定要與產(chǎn)品圖紙技術(shù)要求相對應(yīng)。產(chǎn)品一般交付驗收環(huán)節(jié)內(nèi)容主要有：熔煉方式、化學(xué)成分、低倍組織、非金屬夾雜物、機(jī)械性。

化學(xué)成分：原材料進(jìn)廠時，應(yīng)根據(jù)質(zhì)量保證書按爐號逐爐復(fù)驗化學(xué)成分，分析結(jié)果應(yīng)符合表1規(guī)定，具體分析方法應(yīng)符合圖紙或國家、行業(yè)規(guī)定的檢測方法。

低倍組織：(1)按爐號抽檢低倍組織，在橫向酸浸試片上不得有肉眼可見的氣泡、裂紋、夾雜物、軸心晶間裂紋、翻皮及縮孔殘余，一般疏松、中心疏松和方框形偏析均不得超過2級，如發(fā)現(xiàn)白點，則該批材料報廢；(2)酸浸低倍組織檢查按GB/T 226—2015進(jìn)行，評級按GB/T 1979—2001進(jìn)行。

非金屬夾雜物：(1)按爐號抽檢非金屬夾雜物，A、B、C、D類均不大于3級；(2)非金屬夾雜物的評定按GB/T 10561—2016進(jìn)行。

機(jī)械性能：(1)按爐號抽檢機(jī)械性能，拉伸、沖擊和布氏硬度值均應(yīng)符合GB/T 1220—2016或GB/T 1221—2016的規(guī)定：(2)機(jī)械性能試驗方法分別按GB/T 228—2010、GB/T 229—2020、GB/T 231—2018進(jìn)行。

6.2 首件首批的鍛模驗證

鍛造生產(chǎn)開工前，操作人員應(yīng)按工藝文件進(jìn)行鍛前準(zhǔn)備，確認(rèn)正常后方可投入生產(chǎn)，包含：熟悉工藝文件、檢查設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)；根據(jù)鍛件材料、形狀、尺寸及工藝要求，選擇相應(yīng)的鍛造設(shè)備；選擇合適的加熱設(shè)備，制定合理的加熱規(guī)范，嚴(yán)格控制加熱溫度、加熱速度和保溫時間；安裝調(diào)整好鍛?；蛴嘘P(guān)工具；鍛模及各種鍛造工具在開鍛前必須進(jìn)行預(yù)熱，以保證鍛件質(zhì)量和工鍛模的壽命；根據(jù)鍛件材料、精度和工藝要求選用合適的防護(hù)潤滑劑；毛坯在模鍛前和模鍛過程中必須清除油污；所有模鍛件必須經(jīng)試模、劃線檢查，當(dāng)確定符合鍛件圖要求時，方能進(jìn)行試制或正式投入生產(chǎn)。

按照工藝規(guī)范控制開鍛和終鍛溫度。同一料盤的首、尾件必須檢測其始鍛溫度、終鍛溫度和鍛模溫度是否符合相關(guān)工藝操作規(guī)程規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行在終鍛溫度下停鍛，不可過高和過低。

對大批生產(chǎn)的模鍛件須按工藝要求進(jìn)行首件檢驗，當(dāng)確認(rèn)符合鍛件圖要求時，方可進(jìn)行生產(chǎn)。首件檢驗包括：每批的首件，檢查其合金牌號、批號、規(guī)格是否與隨行卡片一致；操作人員和檢查人員共同檢查對照模鍛中間工序(預(yù)鍛制坯、坯料加熱、終鍛成型、模鍛件切邊)是否正確；對有鍛造方向要求的鍛件，嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，避免鍛錯方向；對纖維方向有要求的鍛件，應(yīng)記清纖維方向并在鍛后標(biāo)注在鍛件上；使用經(jīng)需方認(rèn)可的專用量具和樣板對鍛件的形狀和尺寸進(jìn)行檢查；上下模必須檢查錯移。生產(chǎn)中要做到首、尾件必檢，中間按批抽檢。檢驗鍛件的成型情況、表面質(zhì)量應(yīng)符合鍛件圖及工藝要求。

6.3 模鍛葉片毛坯采購技術(shù)規(guī)范

本單位采購模鍛葉片，都有相應(yīng)的采購技術(shù)規(guī)范。規(guī)范中明確了技術(shù)要求、原材料要求、質(zhì)量控制要求、質(zhì)量檢驗要求、質(zhì)量責(zé)任、交付驗收要求及最終數(shù)量確認(rèn)等。

技術(shù)要求：一方面規(guī)定了模鍛葉片毛坯技術(shù)條件，另一方面規(guī)定了供方針對需方提供的產(chǎn)品圖紙設(shè)計的毛坯供貨圖、工裝圖、檢驗樣板圖等資料須提供需方審核。

原材料要求：規(guī)定了采購的原材料須符合GB/T 8732—2014的要求。

質(zhì)量控制要求：規(guī)定了供方應(yīng)具備從事產(chǎn)品加工所必需的一切生產(chǎn)設(shè)備、清潔安全的存儲設(shè)施、運行狀況良好的檢測設(shè)備等。供方應(yīng)制定并經(jīng)需方審核的質(zhì)量控制計劃，建立并實施工裝模具上、下場驗證規(guī)章制度，建立相應(yīng)的質(zhì)量檔案等。

質(zhì)量檢驗要求：規(guī)定供方模鍛件須通過首件認(rèn)證(FPQ)后，方可批量生產(chǎn)。首件認(rèn)證其實是貫徹用戶需求及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的過程，認(rèn)證件的要求應(yīng)高于后續(xù)的批量件。首件認(rèn)證資料應(yīng)包括模鍛葉片毛坯制造工藝方案、原材料質(zhì)保書、原材料化學(xué)成分及機(jī)械性能等復(fù)試報告、材料標(biāo)識移植規(guī)定、質(zhì)量控制計劃、無損探傷人員資格證書、無損(磁粉)探傷報告、主要尺寸及型線檢查記錄、模鍛葉片毛坯熱處理記錄、機(jī)械性能及化學(xué)成分等試驗報告。

質(zhì)量責(zé)任：規(guī)定在需方加工、裝配、運行過程中，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不符合規(guī)定，或產(chǎn)品被證實存在任何缺陷包括潛在缺陷，需方應(yīng)要求供方采取有效措施進(jìn)行質(zhì)量整改，更換產(chǎn)品或采取其他措施解決產(chǎn)品的質(zhì)量問題。

交付驗收：規(guī)定供方向需方交付模鍛葉片時，應(yīng)同時提交與產(chǎn)品有關(guān)的質(zhì)量文件和資料，其內(nèi)容主要包括質(zhì)量證明書、原材料質(zhì)保書、原材料復(fù)驗報告、熱處理記錄和各項檢驗記錄等。

模鍛毛坯數(shù)量的認(rèn)定應(yīng)以精加工后拋光合格、磁粉探傷合格數(shù)量為準(zhǔn)。

7 結(jié)語

通過對汽輪機(jī)葉片模鍛件設(shè)計、原材料檢測、鍛造成型過程、熱處理及驗收過程和質(zhì)量進(jìn)行控制，保證汽輪機(jī)葉片模鍛件實物工藝技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定、組織和性能一致性高，防止葉片模鍛件出現(xiàn)材料成分一致性差、表面質(zhì)量缺陷多、晶粒不均勻、性能不符合技術(shù)要求等質(zhì)量問題，有效提高葉片模鍛件生產(chǎn)的過程質(zhì)量和實物質(zhì)量，為汽輪機(jī)葉片后續(xù)機(jī)械加工創(chuàng)造有利的條件，同時為提高燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的整體質(zhì)量和運行可靠性奠定堅實的基礎(chǔ)。