CN104531974A - 一种大型锻件淬火热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型锻件淬火热处理工艺，主要针对最大截面直径3-3.5米的发电机转子、汽轮机转子等长轴类大型电站转子锻件的淬火热处理。工艺包括加热、保温、冷却三个阶段，首先，采用冷炉或温炉方式投料，工件随炉加热，加热阶段采取400-450℃和600-650℃两段中间保持，有效避免由于大锻件截面直径过大引起的芯壁温差过大，减小热应力；然后，高温段快速升温至830-850℃后保温充分的时间，保证工件芯部的奥氏体化；最后，采用冷却水量连续降低或梯级降低方式喷水冷却，终冷时间根据芯部温度小于180℃的时间确定。有效解决原热处理工艺存在的锻件性能均匀性差、能源与原材料消耗高等一系列问题，节能减排实现经济效益与环境保护的完美结合。

Description

一种大型锻件淬火热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种大型锻件淬火热处理工艺，特别是汽轮机、发电机等高中低压转子等长轴类大型锻件淬火热处理工艺，属于机械工业热处理技术领域。
背景技术
大型锻件是国民经济建设、国防工业和现代科学事业发展所必需的各种大型、关键设备、装置中的主要基础零部件，其生产能力与技术水平是衡量一个国家的重工业发展水平与重大、关键技术装备自给能力的主要标志之一。我国大型锻件的生产已经具有相当的规模，技术水平也正向国际先进水平靠拢。然而在工艺水平方面，仍存在着锻件性能均匀性差、能源与原材料消耗高等一系列的问题。热处理是决定大型锻件质量的关键步骤之一。汽轮机与发电机转子锻件是火力发电设备最为典型的大型锻件，由于其尺寸大、重量大，热处理时不能得到较大的加热速率和冷却速率，必须通过淬火热处理来保证钢的性能和质量。然而，由于大型锻件的特殊性，在加热和冷却过程中产生巨大的表面和心部温差和组织转变的差异，容易引起工件内部巨大的热应力。此外，喷水冷却过程中，多采用恒定水流量持续喷射，冷却水量大，电能消耗大，即使冷却水循环利用，仍需补充近2%的新鲜水源，并且冷却水中间处理负荷大。鉴于上述现有大型锻件热处理所存在的实际问题，成为技术攻关的重要课题。本发明主要针对高中低压转子等长轴类大型锻件提供了一种大型锻件淬火热处理工艺，有效地降低大型锻件加热过程中的心壁温差，降低工件内部热应力，并且优化淬火冷却工艺，实现节能减排，大大节约热处理成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大型锻件淬火热处理工艺，针对3-3.5米直径的高中低压转子等长轴类大型锻件淬火热处理，该工艺包括加热阶段、保温阶段和冷却阶段。加热工艺采用两次中间保持和高温段快速升温工艺，在加热过程中尽量降低温差热应力，确保已存在的缺陷不在扩大，同时尽量减少工件在高温阶段的停留时间，以防奥氏体晶粒过大；喷淬工艺设计在保证工件喷淬质量的前提下，采用变频泵控制冷却水量连续降低，或根据喷淬时间控制冷却水量梯级降低，大大节约新鲜冷却水用量，降低泵功消耗，最大程度地降低工件热处理成本，实现节能减排，提高经济效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型锻件淬火热处理工艺，适用于最大截面直径3-3.5米，材质为30Cr2Ni4MoV、26Cr2Ni4MoV、34CrMo1A的发电机转子、汽轮机转子等长轴类大型电站转子锻件的淬火热处理，本工艺包括加热、保温、冷却三个阶段。其工艺参数如下：
加热阶段：室温下冷炉进料，或220±5℃温炉进料，并保温8-10h进行温炉预热；以15-30℃/h升温至400-450℃，中间保持10-15h；继续以15-20℃/h的升温速率加热至600-650℃，中间保持10-15h；之后高温段以50℃/h的升温速率加热至830-850℃。
保温阶段：保温时间的确定根据心部奥氏体化程度给出，对于3-3.5米直径的大型锻件，保温时间为60-100h。
冷却阶段：先空冷20分钟，然后，将工件垂直置于立式喷淬装置中，喷水冷却25-30h，喷水终冷时间根据心部冷却至低于180℃的时间给定。喷淬过程中，根据喷淬时间控制喷水流量梯级式降低，如：前30分钟2700t/h，后2h900t/h，最后以装置所要求的最小喷淋量喷水；或采用浅埋热电偶方式，实时测量表面温度，根据表面温度降低速率控制变频泵频率，喷水量从2700t/h连续降低至最小流量，该最小流量应为喷淬装置所要求的最小喷淋量和变频泵最小额定流量两个值中的较大值。
本发明的有益效果是：（1）本发明喷淬冷却工艺突破了传统的恒定流量工艺，采用变频泵控制冷却水流量连续降低，或控制冷却水流量随喷淬时间梯级降低，可以大大降低热处理过程用水用电量，节约淬火热处理的成本，实现了节能减排，提高了经济效益。（2）本发明喷淬冷却工艺中喷水终冷时间根据心部冷却至低于180℃的时间给定，进一步节约用水用电，节能减排，降低成本，并且可以有效缩短热处理工期，增加周转，提高效率。（3）本发明加热工艺采用温炉预热、两次中间保持、高温段采用快速升温，有效减小了加热过程中的心壁温差，避免工件内部热应力过大，工艺过程更合理。（4）加热过程中，最大心壁温差可控制在300℃左右，有效降低因心壁温差过大引起的热应力。对比2700t/h恒流量喷淬冷却方式，本发明工艺可节水节电85%以上，单个大锻件热处理过程即可节约成本过万元。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1是本发明一种大型锻件淬火热处理工艺的工艺流程图。
图2是本发明工艺下3.4米直径30Cr2Ni4MoV大锻件升温曲线图。
图3是本发明工艺下3.4米直径30Cr2Ni4MoV大锻件冷却曲线图。
附图标记
1、升温时炉温曲线           2、升温时工件表面温度曲线
3、升温时工件心部温度曲线   4、升温时工件心壁温度差曲线
5、冷却时工件心部温度曲线   6、冷却时工件表面温度曲线。
具体实施方式
一种大型锻件淬火热处理工艺，对于材质为30Cr2Ni4MoV，最大截面直径为3.4米的转子锻件，请参阅图1至图3，图中的升温时炉温曲线1、升温时工件表面温度曲线2、升温时工件心部温度曲线3、升温时工件心壁温度差曲线4、冷却时工件心部温度曲线5和冷却时工件表面温度曲线6分别表示其时间与温度的相互对应关系；淬火工艺具体步骤如下：
（1）、室温下，将大型转子锻件垂直置于电加热炉内，以全功率升温至220℃，预热保温10小时；
（2）、以15℃/h的升温速率加热炉温至450℃，中间保持保温10小时；
（3）、以15℃/h的升温速率加热炉温至650℃，中间保持保温10小时；
（4）、以50℃/h的升温速率加热炉温至840℃，保温100小时；
（5）、保温后，将大型转子锻件移出电加热炉，空冷20分钟后，将大型转子锻件垂直置于立式淬火装置中，喷水淬火30h，冷却水流量选用梯级降低方式，前30分钟 2700t/h，中间2h采用900t/h，最后27.5h采用400t/h。

Claims (5)

1.一种大型锻件淬火热处理工艺，其特征在于：本工艺主要针对最大截面直径3-3.5米的发电机转子、汽轮机转子等长轴类大型电站转子锻件的淬火热处理，用于30Cr2Ni4MoV、26Cr2Ni4MoV、34CrMo1A的转子锻件，本工艺包括加热、保温、冷却三个阶段；
（1）加热阶段：采用冷炉或220±5℃温炉投料方式，工件随炉加热，采取两段中间保持措施，以避免心壁温差过大引起的热应力，然后在高温段快速升温至830-850℃；
（2）保温阶段：保温60-100小时，充分保温，保证心部的奥氏体化；
（3）冷却阶段：空冷20分钟，将工件置于喷淬装置中，采用喷水冷却方式，冷却水量通过变频泵控制连续降低，或采用梯级式流量控制；喷水冷却过程中根据喷淬时间控制冷却水量梯级降低；喷水冷却过程中，通过浅埋热电偶的方式实时测量表面温度，根据表面温度降低速率控制变频泵频率，连续调节喷淬的冷却水量。
2.根据权利要求1所述的一种大型锻件淬火热处理工艺，其特征在于：所述喷水冷却过程空冷20分钟后，喷水冷却25-30h。
3.根据权利要求1和2所述的一种大型锻件淬火热处理工艺，其特征在于：所述喷水冷却过程喷水终冷时间根据心部冷却至低于180℃的时间给定。
4.根据权利要求1所述的一种大型锻件淬火热处理工艺，其特征在于：所述加热过程，采取400-450℃和600-650℃两段中间保持。
5.根据权利要求1所述的一种大型锻件淬火热处理工艺，其特征在于：所述加热阶段的高温段以50℃/h快速升温至830-850℃。
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