CN104946870A - 一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法 - Google Patents

Abstract

一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理工艺，①本发明预备热处理工艺采用正火+回火的形式，用以细化晶粒和改善材料内部组织，降低残余应力，调质热处理打下良好的基础；正火和淬火的加热都采用阶梯加热的方式，避免加热过快。升温时若加热速度过快，会导致淬火后残余应力叠加，可能带来锻件缺陷扩展甚至开裂等问题；淬火冷却时采用水淬油冷的冷却方式，提高工件在高温阶段的冷却速度，同时降低马氏体转变区的冷却速度，并在水冷初始阶段让工件在水中上下来回运动，充分保证了工件的淬火效果，同时减少了组织应力及热应力；质热处理时适当的降低了回火温度,在保证冲击韧性的同时提高了锻件的强度。

Description

一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法

技术领域

本发明属于工业汽轮机钢锻件产品生产技术领域，特别涉及强度要求较高的一种热处理工艺，具体涉及一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理工艺。

背景技术

工业汽轮机转子工作时转速高、受力条件复杂，同时工作环境恶劣，对转子锻件质量要求高，需要较好强韧性配合。若转子锻件强度不够而韧性有余，则工业汽轮机组效率较低，不利于市场竞争。为适应市场竞争,实现降本增效，提高机组效率，针对进汽温度较低的机组（小于450℃），在保证其韧性的条件下，提高其强度。对28CrMoNiV钢锻件产品按常规工艺热处理后，韧性可以保证，但强度不够，无法满足使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种在保证钢锻件韧性的同时，有效提高其强度，提高工业汽轮机组效率的，提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法。

为了达到上述目的，本发明所提供的一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理工艺，其制备工艺如下：

①预备热处理：采用正火+回火的形式。正火加热采用分段阶梯加热方式，在预热温度为250～320℃条件下预热10h,第一段从温度为250～320℃以不超过60℃/h加热到温度为700～750℃，到温后保温3小时，第二段迅速加热到900～920℃，保温时间采用2h/100mm，出炉空冷至320～380℃；转入炉内进行回火，在温度为280～320℃,保温14小时，然后以不超过45℃/h加热至640～660℃,保温时间采用3h/100mm，随后炉冷至150℃出炉空冷至室温。

②调质热处理：淬火加热，预热至250℃保温2小时，第一段以不超过50℃/h加热到温度为720℃，到温后保温2小时，第二段以不超过60℃/h加热到温度为940～950℃，保温时间采用2h/100mm，使锻件完成奥氏体转变。淬火冷却，先在空气中预冷2～3min,然后放入10～25℃的水中冷却7～12min,在冷却前5分钟内让工件在水中上下来回运动，并不断的注入清水同时搅拌，使淬火过程中水的温升控制在10℃以内，在马氏体转变区换为油冷，初始油温为10～25℃，油冷80～150min，再在660～670℃条件下进行高温回火，保温时间采用4h/100mm。进入马氏体转变区后，由水冷变为油冷，因为油比水的冷却速度慢很多，可有效的减缓组织转变速度，使得应力减小，再通过马氏体和残余奥氏体的分解，以及渗碳体的聚集长大和α相的再结晶，可获得细小均匀的回火索氏体组织，回火随炉以不超过25℃/h冷却至200℃，出炉空冷至室温。

所述的28CrMoNiV钢化学成分的质量百分比为：C：0.25～0.30%， Si：≤0.30%， Mn：0.30～0.80%， P：≤0.012%， S：≤0.012%， Cr：1.10～1.40%，Ni：0.50～0.75%， Mo：0.80～1.00%， V0.25～0.35%， Cu：≤0.20 %，Al：≤0.01%，其余为Fe。

所述的28CrMoNiV钢为轴身直径D小于700mm的锻件。

本发明具有如下优点及有益效果：

①本发明预备热处理工艺采用正火+回火的形式，用以细化晶粒和改善材料内部组织，降低残余应力，调质热处理打下良好的基础。

②本发明热处理工艺正火和淬火的加热都采用阶梯加热的方式，避免加热过快。升温时若加热速度过快，会导致淬火后残余应力叠加，可能带来锻件缺陷扩展甚至开裂等问题。

③本发明淬火冷却时采用水淬油冷的冷却方式，提高工件在高温阶段的冷却速度，同时降低马氏体转变区的冷却速度，并在水冷初始阶段让工件在水中上下来回运动，充分保证了工件的淬火效果，同时减少了组织应力及热应力。

④本发明调质热处理时适当的降低了回火温度,在保证冲击韧性的同时提高了锻件的强度。

⑤本发明的热处理工艺，能有效减少锻件的残余应力。

附图说明

图1为本发明的工业汽轮机转子锻件示意图。

图2为本发明的工业汽轮机转子锻件热处理工艺图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但本发明所要求的保护范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

实施例1：如图1所示，本实施例描述的提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，选用轴身直径为400mm, 化学成分为C：0.25～0.30%， Si：≤0.30%， Mn：0.30～0.80%， P：≤0.012%， S：≤0.012%， Cr：1.10～1.40%，Ni：0.50～0.75%， Mo：0.80～1.00%， V0.25～0.35%， Cu：≤0.20 %，Al：≤0.01%，其余为Fe；钢种为28CrMoNiV的锻件。热处理工艺采用正火+回火+调质方式进行，如图2所示，先进行正火，在预热温度为250～320℃条件下预热10h, 正火加热采用分段阶梯加热方式，第一段从温度为250～320℃以不超过60℃/h加热到温度为700～750℃，到温后保温3小时，第二段迅速加热到900～920℃，保温时间为8h，出炉空冷至320～380℃；转入炉内进行回火，在温度为280～320℃下,保温10小时，然后以不超过45℃/h加热至640～660℃,保温时间为12h，随后炉冷至150℃出炉空冷至室温。预备热处理后采用调质处理工艺，预热至250℃保温2小时，淬加热也采用分段阶梯加热方式，第一段以不超过50℃/h加热到温度为720℃，到温后保温2小时，第二段以不超过60℃/h加热到温度为940～950℃，保温时间为8h，使锻件完成奥氏体转变。淬火冷却，先在空气中预冷2～3min,然后放入10～25℃的水中冷却约8min,在冷却前5分钟内让工件在水中上下来回运动，并不断的注入清水同时搅拌，使淬火过程中水的温升控制在10℃以内，在马氏体转变区换为油冷，初始油温为10～25℃，油冷约90min，再在660～670℃条件下进行高温回火，保温时间为16h。进入马氏体转变区后，由水冷变为油冷，因为油比水的冷却速度慢很多，可有效的减缓组织转变速度，使得应力减小，再通过马氏体和残余奥氏体的分解，以及渗碳体的聚集长大和α相的再结晶，可获得细小均匀的回火索氏体组织，回火随炉以不超过25℃/h冷却至200℃，出炉空冷至室温。力学性能满足使用的韧性指标和高强度的要求。

实施例2：本实施例描述的提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，选用轴身直径为500mm, 化学成分为C：0.25～0.30%， Si：≤0.30%， Mn：0.30～0.80%， P：≤0.012%， S：≤0.012%， Cr：1.10～1.40%，Ni：0.50～0.75%， Mo：0.80～1.00%， V0.25～0.35%， Cu：≤0.20 %，Al：≤0.01%，其余为Fe；钢种为28CrMoNiV的锻件。热处理工艺采用正火+回火+调质方式进行，如图2所示，先进行正火，在预热温度为250～320℃条件下预热10h, 正火加热采用分段阶梯加热方式，第一段从温度为250～320℃以不超过60℃/h加热到温度为700～750℃，到温后保温3小时，第二段迅速加热到900～920℃，保温时间为10h，出炉空冷至320～380℃；转入炉内进行回火，在温度为280～320℃下,保温10小时，然后以不超过45℃/h加热至640～660℃,保温时间为15h，随后炉冷至150℃出炉，空冷至室温。预备热处理后采用调质处理工艺，预热至250℃保温2小时，淬加热也采用分段阶梯加热方式，第一段以不超过50℃/h加热到温度为720℃，到温后保温2小时，第二段以不超过60℃/h加热到温度为940～950℃，保温时间为10h，使锻件完成奥氏体转变。淬火冷却，先在空气中预冷2～3min,然后放入10～25℃的水中冷却约9min,在冷却前5分钟内让工件在水中上下来回运动，并不断的注入清水同时搅拌，使淬火过程中水的温升控制在10℃以内，在马氏体转变区换为油冷，初始油温为10～25℃，油冷约110min，再在660～670℃条件下进行高温回火，保温时间为20h。回火随炉以不超过25℃/h冷却至200℃，出炉空冷至室温。力学性能满足使用的韧性指标和高强度的要求。

实施例3：本实施例描述的提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，选用轴身直径为600mm, 化学成分为C：0.25～0.30%， Si：≤0.30%， Mn：0.30～0.80%， P：≤0.012%， S：≤0.012%， Cr：1.10～1.40%，Ni：0.50～0.75%， Mo：0.80～1.00%， V0.25～0.35%， Cu：≤0.20 %，Al：≤0.01%，其余为Fe；钢种为28CrMoNiV的锻件。热处理工艺采用正火+回火+调质方式进行，如图2所示，先进行正火，在预热温度为250～320℃条件下预热10h, 正火加热采用分段阶梯加热方式，第一段从温度为250～320℃以不超过60℃/h加热到温度为700～750℃，到温后保温3小时，第二段迅速加热到900～920℃，保温时间为12h，出炉空冷至320～380℃；转入炉内进行回火，在温度为280～320℃下,保温10小时，然后以不超过45℃/h加热至640～660℃,保温时间为18h，随后炉冷至15℃出炉，空冷至室温。预备热处理后采用调质处理工艺，预热至250℃保温2小时，淬加热也采用分段阶梯加热方式，第一段以不超过50℃/h加热到温度为720℃，到温后保温2小时，第二段以不超过60℃/h加热到温度为940～950℃，保温时间为10h，使锻件完成奥氏体转变。淬火冷却，先在空气中预冷2～3min,然后放入,10～25℃的水中冷却约11min,在冷却前5分钟内让工件在水中上下来回运动，并不断的注入清水同时搅拌，使淬火过程中水的温升控制在10℃以内，在马氏体转变区换为油冷，初始油温为10～25℃，油冷约135min，再在660～670℃条件下进行高温回火，保温时间为24h。回火随炉以不超过25℃/h冷却至200℃，出炉空冷至室温。力学性能满足使用的韧性指标和高强度的要求。

  将以上各实施例及相应的对照例产品按GB/T228和GB/T229标准进行测试，结果如下表1，常规工艺生产的产品（对照例1’、2’、3’），淬火冷却采用油冷，淬火冷却速度慢，锻件淬透效果不理想，此外贝氏体形成较多，造成强度和冲击均低；而本发明工艺生产的产品（实施例1、2、3），一方面淬火冷却时采用水淬油冷的冷却方式，以提高高温阶段的冷却速度，降低马氏体转变区的冷却速度，水冷初期严格控制水的温升并让锻件上下来回运动，使冷却均匀，在保证良好淬火效果的同时减少了热应力和组织应力；另一方面在调质热处理高温回火时适当的降低了回火温度，在保证冲击韧性的同时得到了较高的强度。故综合力学性能得到提高。

表1 实施例与对照例产品的测试数据对比

由上表1数据可以看出，本发明工艺生产的产品强度在提升的同时，韧性并没有大幅下降，具有较好的综合力学性能，明显优于对照例产品，充分说明了本发明工艺显著的优越性。

Claims (3)

1.一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，其特征在于：

①预备热处理：采用正火+回火的形式，其中正火加热采用分段阶梯加热方式，在预热温度为250～320℃条件下预热10h，第一段从温度为250～320℃以不超过60℃/h加热到温度为700～750℃，到温后保温3小时，第二段迅速加热到900～920℃，保温时间采用2h/100mm，出炉空冷至320～380℃；转入炉内进行回火，在温度为280～320℃,保温14小时，然后以不超过45℃/h加热至640～660℃,保温时间采用3h/100mm，随后炉冷至150℃出炉空冷至室温；

②调质热处理：淬火加热，预热至250℃保温2小时，第一段以不超过50℃/h加热到温度为720℃，到温后保温2小时，第二段以不超过60℃/h加热到温度为940～950℃，保温时间采用2h/100mm，使锻件完成奥氏体转变；淬火冷却，先在空气中预冷2～3min,然后放入10～25℃的水中冷却7～12min,在冷却前5分钟内让工件在水中上下来回运动，并不断的注入清水同时搅拌，使淬火过程中水的温升控制在10℃以内，在马氏体转变区换为油冷，初始油温为10～25℃，油冷80～150min，再在660～670℃条件下进行高温回火，保温时间采用4h/100mm；回火随炉以不超过25℃/h冷却至200℃，出炉空冷至室温。

2. 根据权利要求1所述的一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，其特征在于：所述的28CrMoNiV钢化学成分的质量百分比为：C：0.25～0.30%， Si：≤0.30%， Mn：0.30～0.80%， P：≤0.012%， S：≤0.012%， Cr：1.10～1.40%，Ni：0.50～0.75%， Mo：0.80～1.00%， V0.25～0.35%， Cu：≤0.20 %，Al：≤0.01%，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种提高工业汽轮机转子锻件28CrMoNiV钢强度的热处理方法，其特征在于：所述的28CrMoNiV钢为轴身直径D小于700mm的锻件。