nicrmov鋼超純化低壓轉(zhuǎn)子零件制造工藝研究

1超純鋼低壓轉(zhuǎn)子材料由于能夠顯著提高發(fā)電效率，越來越多的家庭能夠獲得廣泛應(yīng)用。超臨界機(jī)組汽輪機(jī)低壓端的進(jìn)氣溫度高達(dá)400～500℃,而傳統(tǒng)的NiCrMoV材料在350～500℃長期使用會出現(xiàn)回火脆化現(xiàn)象。所以,必須研制超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子鍛件。為替代進(jìn)口,我們開展了3.5%NiCrMoV超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子鍛件制造工藝技術(shù)研究。2j型超干凈鋼壓裂的設(shè)計與壓力損失的系數(shù)設(shè)計2.1mtn/si重質(zhì)亞投料-q-msn脆化敏感性的測定回火脆化敏感性是由斷裂形貌轉(zhuǎn)變溫度(FATT)的變化來證實(shí)的。將鋼于回火脆化敏感性溫度范圍(350～500℃)內(nèi)保持一段時間后,由測定FATT的變化(△FATT)來確定回火脆化敏感性,參見表1。Watanabe曾指出,Mn、Si同偏析于晶界的P和Sn共同存在時促進(jìn)了NiCrMoV鋼的回火脆化敏感性,將這些成分的影響結(jié)合在一起的J系數(shù)被定義為:J=(Mn+Si)×(P+Sn)×104Watanabe發(fā)現(xiàn),當(dāng)J≥10時NiCrMoV鋼就可能脆化。而超純凈鋼轉(zhuǎn)子由于嚴(yán)格控制了Mn、Si、P和Sn等雜質(zhì)元素,J<10,使轉(zhuǎn)子能在350～500℃溫度范圍內(nèi)工作而不產(chǎn)生回火脆化敏感性,參見表1、圖1。2.2超純化鋼參考?xì)W美、日本超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子和我國低壓轉(zhuǎn)子鍛件用材料,選擇3.5%NiCrMoV鋼作為我廠超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子鍛件用鋼。參照美國電力研究所(EPRI)制訂的NiCrMoV超純凈鋼的成分標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合我國具體情況,對3.5%NiCrMoV鋼種進(jìn)行成分設(shè)計,通過一系列超純鋼的冶煉工藝試驗(yàn),力爭使鋼水純凈度達(dá)到EPRI標(biāo)準(zhǔn)要求,詳見表2。360工藝難點(diǎn)分析超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子鍛件生產(chǎn)流程為冶煉→鍛造→鍛后熱處理→粗加工、超探→性能熱處理→性能取試、超探→半精加工→消應(yīng)處理→殘余應(yīng)力測試、精加工→包裝發(fā)貨。超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的核心是煉鋼,相比于普通低壓轉(zhuǎn)子存在很多工藝難點(diǎn),如:殘余元素Cu、As、Sn、Sb要求難以達(dá)到;電爐初煉深度脫P(yáng)、脫Mn難度大;防止回P、回Mn難度大;鋼包爐脫O、脫S難度大;控Si難度大。我們所用的鋼錠是149t,工藝為EF→LF(IV.VCD)→MSD.VCD。4標(biāo)準(zhǔn)曲線及方差分析為了評定超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子的質(zhì)量狀況,選取一件相同規(guī)格的600MW普通低壓轉(zhuǎn)子作為對比件,分別在兩件轉(zhuǎn)子的軸端、軸身和吊頭芯部切取試樣(見圖2),并進(jìn)行化學(xué)成分、氣體、夾雜、拉伸性能、沖擊性能、斷裂韌性、步冷試驗(yàn)等項目分析評定。4.1內(nèi)壓板范圍煉鋼工藝執(zhí)行良好,各項技術(shù)參數(shù)均達(dá)到工藝要求,除As外,其余成分均控制在“內(nèi)控”范圍,各個部位的J系數(shù)<4.2,達(dá)到了EPRI標(biāo)準(zhǔn)超純凈鋼的要求指標(biāo)。從表3結(jié)果可以證實(shí),超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子各個部位具有均勻的化學(xué)成分分布,Si、Mn、P、S、As、Sn、Sb被控制在較低水平,可見成分控制是很成功的。4.2晶粒度及氫含量分析對于超純凈NiCrMoV鋼,有人擔(dān)心鋼中很低的非金屬夾雜物含量可能減少奧氏體晶粒形核數(shù)量,從而粗化晶粒尺寸,或者在奧氏體化溫度期間由于沒有非金屬夾雜物這個障礙而加速晶粒的長大。從表4晶粒度數(shù)據(jù)分析可見,超純凈轉(zhuǎn)子各個部位的晶粒度與普通低壓轉(zhuǎn)子的晶粒度基本相當(dāng),均在5.5級以上,說明超純凈NiCrMoV鋼不會造成晶粒粗化。對于超純凈NiCrMoV鋼,也有人擔(dān)心對氫脆敏感。對鋼中分解的氫來講,MnS夾雜是良好的吸收劑,這種夾雜物的減少可能導(dǎo)致低硫鋼對氫脆敏感。從表4中超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子氫含量數(shù)據(jù)分析可見,各個部位的氫含量均小于1.0×10-6,完全低于氫脆極限。因此完全可以解除超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子對氫脆敏感的擔(dān)心。4.3超純mn材料的加工和環(huán)境分析在普通轉(zhuǎn)子鍛件中,固溶于鐵素體中的Mn有提高淬透性的作用,超純凈鋼中十分低的Mn含量,是否會使大型轉(zhuǎn)子鍛件心部不能被淬成均勻一致的貝氏體組織而出現(xiàn)鐵素體組織呢?常規(guī)鋼的Mn含量為0.20%～0.40%,能增加一定的淬透性,但NiCrMoV鋼的淬透性主要是由大量的Ni和Cr、Mo合金元素決定的,Mn含量的減少對淬透性有一定影響,但影響程度不大。從表5超純凈轉(zhuǎn)子的強(qiáng)韌性數(shù)據(jù)可見,轉(zhuǎn)子表面和心部同樣被淬成均勻一致的貝氏體組織。國外早期的超純凈鋼轉(zhuǎn)子鍛件曾存在沿徑向強(qiáng)度不均勻的問題。從表5中試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可見,表面性能(縱向、徑向、切向)與中心性能十分相近,沿轉(zhuǎn)子軸向(從頂部到底端)和切向(鍛件圓周)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)都比較均勻,說明超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子與普通低壓轉(zhuǎn)子同樣具有很好的強(qiáng)度均勻性。同時超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子具有更優(yōu)的韌性指標(biāo),尤其是FATT50和上平臺功指標(biāo)明顯好于普通低壓轉(zhuǎn)子。4.4斷裂帶的特性從表5中斷裂韌性數(shù)據(jù)可知,超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子室溫下的斷裂韌性達(dá)到了較高的水平,這進(jìn)一步增加了轉(zhuǎn)子鍛件的使用可靠性。4.5步冷脆化試驗(yàn)為了檢驗(yàn)脆化傾向,我們分別對超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子和普通低壓轉(zhuǎn)子的徑向部位進(jìn)行了步冷脆化試驗(yàn)。從圖3、圖4可見,超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子在經(jīng)過脆化試驗(yàn)后,沖擊功無明顯下降,而普通低壓轉(zhuǎn)子在經(jīng)過脆化試驗(yàn)后,沖擊功下降顯著。從這方面可以充分證明超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子具備很好的抗脆化傾向。4.6超聲清洗機(jī)該轉(zhuǎn)子的最終超聲波探傷結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,未發(fā)現(xiàn)?1.6mm以上記錄缺陷。說明超純凈鋼低壓轉(zhuǎn)子具備良好的組織均勻性、堅實(shí)