CN106086361A - 一种工业汽轮机转子锻件分段热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业汽轮机转子锻件分段热处理方法，所述工业汽轮机转子锻件包括高压段和低压段，高压段直径D1，低压段直径D2，所述工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：预备热处理的正火和回火；调质处理的淬火和回火，淬火和回火使用分段热处理设备，高压段和低压段用隔热挡板隔开分别升温加热到不同的温度，淬火冷却时高温段喷雾冷却，低温段喷水冷却。本发明的工业汽轮机转子锻件分段热处理方法工艺合理，使单个工业汽轮机转子高压段具有优异的高温性能同时低压段具有优异的低温性能，使工业汽轮机的转速提高，进而提高工业汽轮机效率。

Description

一种工业汽轮机转子锻件分段热处理方法
技术领域
本发明涉及工业汽轮机转子锻件产品技术生产领域，尤其涉及一种工业汽轮机转子锻件具有不同性能的高压段和低压段的分段热处理工艺方法。
背景技术
通常工业汽轮机转子的高温性能和低温性能是相互矛盾的两种性能。为规避这种矛盾，大型汽轮机组所采用的转子分为高压转子和低压转子，以满足高压转子的高温蠕变、持久等高温性能，低压转子的强度、韧性等常温性能。工业汽轮机为使机组结构紧凑简单，便于运行控制，安全可靠高，一般采用单根整锻转子，但该整锻转子采用整体热处理方式，使得转子需同时兼顾高温性能和低温性能，这样就牺牲一部分高温或低温性能，限制了工业汽轮机转子转速提高，阻碍了工业汽轮机组效率的提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工业汽轮机转子锻件具有不同性能的高压段和低压段的分段热处理工艺方法，使工业汽轮机的转速提高，进而提高工业汽轮机效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种工业汽轮机转子锻件分段热处理方法，所述工业汽轮机转子锻件包括高压段和低压段，高压段直径D1，低压段直径D2，所述工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：
(1)、预备热处理：
a)正火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，在900～920℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*2h/100mm，保温结束后，出炉空冷；
b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，在280～320℃保温10h，再以＜50℃/h加热速度升温，在640～660℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*3h/100mm，保温结束后，先随炉冷却至≤250℃，再出炉空冷至室温；
(2)、调质处理：
a)淬火：将预备热处理后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间设置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至950～960℃保温，低压段加热至900～910℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*2h/100mm，保温结束后，出炉快速放入立式冷 却装置中，对高压段进行喷雾冷却，低压段进行喷水冷却，冷却至≤250℃。
b)回火：将淬火后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间设置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至680～690℃保温，低压段加热至650～660℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*4h/100mm，保温结束后，先以＜25℃/h的冷却速度随炉冷却至≤200℃，出炉空冷至室温。
正火使工业汽轮机转子锻件内部组织均匀且细小，正火后进行回火降低锻件的硬度，正火和回火配合细化组织晶粒，改善材料内部组织结构，降低残余应力，降低硬度改善切削加工性能，为粗加工和调质处理做组织准备；调质处理高压段淬火温度比低压段高50℃左右，高压段温度较高是为得到相对较为粗大的奥氏体晶粒度，保证较好的高温性能，低压段温度较低是为了抑制奥氏体晶粒的长大，保证韧性，获得较好的室温性能；高压段淬火冷却速度较慢是为了获得较多的贝氏体组织，高温回火后获得更加优异的高温性能，低压段淬火冷却速度较快是为了获得更多的马氏体组织，确保回火后获得细小均匀的回火索氏体组织，具有优异的室温强度和韧性；回火温度通常高压段比低压段回火温度高30℃左右，因为回火温度提高使得回火索氏体组织中的碳化物聚集长大，使高压段获得优异的高温性能，回火温度稍低的低压段的组织更细小从而获得高的强、韧性的低温性能。
上述预备热处理的正火和回火的保温时间以及调质处理淬火和回火的保温时间按照高压段直径D1和低压段直径D2中较大值计算保温时间，确保工业汽轮机转子锻件完全加热透彻，内部组织转变完全化。
作为本发明工业汽轮机转子锻件的热处理方法的进一步补充技术方案，
上述正火阶段升温加热采用阶梯升温方式：从室温升温至260～330℃预热10h,再以＜70℃/h加热速度升温至700～750℃保温3h，再快速加热到900～920℃；上述淬火升温加热采用阶梯升温方式：高压段和低压段均从室温升温至250～320℃保温2h，再以＜45℃/h加热速度升温至700～720℃保温2h，高压段以＜65℃/h加热到950～960℃，低压段＜65℃/h加热到900～910℃，实践证明阶梯加热的方式能避免锻件加热过快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。
为方便工业汽轮机转子锻件的进炉与出炉上述预备热处理采用设备为台式热处理炉；为防止工业汽轮机转子锻件弯曲、变形，提高其同心度，上述调质处理采用井式热处理炉。
为使淬火组织均匀且组织应力降低，保证其淬透性，上述淬火阶段冷却时锻件以4～6r/min匀速旋转。
为了保证整个工业汽轮机转子锻件组织的均匀性，上述工业汽轮机转子锻件高压段和低压段直径D1和D2均小于900mm。
为了保证整个工业汽轮机转子锻件的淬透性，上述工业汽轮机转子锻件材质为28CrMoNiV，其具体化学成分为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。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明工业汽轮机转子锻件的热处理方法调质处理的淬火和回火使用分段热处理设备，高压段和低压段用隔热挡板隔开分别升温加热到不同的温度，淬火冷却时高温段喷雾冷却，低温段喷水冷却，使得工业汽轮机转子锻件的高温段和低温段获得不同的内部组织，从而满足并提高高压段的高温性能，低压段的低温性能，可提升工业汽轮机的转速，进而提高工业汽轮机效率。
2、本发明工业汽轮机转子锻件的热处理方法预备热处理采用正火与回火方式，正火可以使工业汽轮机转子锻件得到更细更均匀的组织，正火与回火配合的方法可以细化晶粒和改善材料内部组织，降低残余应力，降低硬度改善切削加工性能，为粗加工和调质处理打下良好的基础。
3、本发明工业汽轮机转子锻件的热处理方法淬火冷却时锻件以4～6r/min匀速旋转可使淬火组织均匀，降低组织应力。
4、本发明工业汽轮机转子锻件的热处理方法正火和淬火阶段采用阶梯加热的方式，避免加热过快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。
附图说明
图1是本发明工业汽轮机转子锻件示意图；
图2是本发明工业汽轮机转子锻件预备热处理工艺图；
图3是本发明工业汽轮机转子锻件调质处理工艺图；
图4为本发明的工业汽轮机转子锻件分段热处理示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明的技术方案做进一步说明和描述。
实施例1：
本实施例中工业汽轮机转子锻件如图1所示包括高压段和低压段，高压段直径D1为300mm，低压段直径D2为400mm，材质为28CrMoNiV，其具体化学成分为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。
本实施例中工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：。
(1)、预备热处理(如图2所示)：
a)正火：将工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉，加热阶段采用阶梯加热方式，室温升温至260～330℃，预热10h，再以＜70℃/h加热速度升温到700～750℃保温3h，再快速加热到900～920℃，保温8h，保温结束后，出炉空冷；
b)回火：将正火后的工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉在温度为280～330℃,保温4h，再以＜50℃/h加热速度升温至640～660℃保温12h，保温结束后，随炉冷却至250℃，出炉空冷至室温；
(2)、调质处理(如图3-4所示)：
a)淬火：将预备热处理的工业汽轮机转子锻件放入分段井式热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热采用阶梯加热方式升温加热，从室温升温至250～300℃，保温2h，再以＜45℃/h加热速度升温至700～720℃时保温2h，高压段以＜65℃/h加热速度升温到950～960℃，低压段＜65℃/h加热速度升温到900～910℃，保温时间均为8h，保温结束后，出炉快速放入立式冷却装置中，使锻件以4～6r/min匀速旋转，对高压段进行喷雾冷却，低压段进行喷水冷却，冷却至250℃以下。
b)回火：将淬火后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至680～690℃保温，低压段加热至650～660℃保温，保温时间均为16h，保温结束后，先以＜25℃/h冷却速度随炉冷却至≤200℃，再出炉空冷至室温。
实施例2：
本实施例中工业汽轮机转子锻件如图1所示包括高压段和低压段，高压段直径D1为500mm，低压段直径D2为600mm，材质为28CrMoNiV，其具体化学成分为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。
本实施例中工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：。
(1)、预备热处理(如图2所示)：
a)正火：将工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉，加热阶段采用阶梯加热方式，室温升温至260～330℃，预热10h，再以＜70℃/h加热速度升温至700～750℃时保温3h，再快速加热到900～920℃保温12h，保温结束后，出炉空冷；
b)回火：将正火后的工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉加热升温，在280～330℃保温4h，再以＜50℃/h加热速度升温，在640～660℃保温18h，保温结束后，先随炉冷却至250℃以下，再出炉空冷至室温；
(2)、调质处理(如图3-4所示)：
a)淬火：将预备热处理的工业汽轮机转子锻件放入分段井式热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热采用阶梯加热方式升温加热，从室温升温至250～300℃保温2h，再以＜45℃/h加热速度升温为700～720℃保温2h，高压段以＜65℃/h加热速度升温到950～960℃保温，低压段＜65℃/h加热速度升温到900～910℃保温，保温时间均为12h,保温结束后，出炉快速放入立式冷却装置中，使锻件以4～6r/min匀速旋转，对高压段进行喷雾冷却，低压段进行喷水冷却，冷却至250℃以下。
b)回火：将淬火后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至680～690℃保温，低压段加热至650～660℃保温，保温时间均为24h，保温结束后，先以＜25℃/h冷却速度随炉冷却至≤200℃，再出炉空冷至室温。
实施例3：
本实施例中工业汽轮机转子锻件如图1所示包括高压段和低压段，高压段直径D1为700mm，低压段直径D2为800mm，材质为28CrMoNiV，其具体化学成分为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。
本实施例中工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：。
(1)、预备热处理(如图2所示)：
a)正火：将工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉，加热阶段采用阶梯加热方式，室温升温至260～330℃预热10h，再以＜70℃/h加热速度升温至700～750℃保温3h，在快速加热 到900～920℃保温16h，保温结束后，出炉空冷；
b)回火：将正火后的工业汽轮机转子锻件放入台式热处理炉加热升温，在280～330℃保温4h，再以＜50℃/h加热速度升温，在640～660℃保温24h，保温结束后，先随炉冷却至250℃，再出炉空冷至室温；
(2)、调质处理(如图3-4所示)：
a)淬火：将预备热处理的工业汽轮机转子锻件放入分段井式热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热采用阶梯加热方式升温加热，从室温升温至250～300℃保温2h，再以＜45℃/h加热速度升温至700～720℃保温2h，高压段以＜65℃/h加热速度升温到950～960℃保温，低压段以＜65℃/h加热速度升温到900～910℃保温，保温时间均为16h，保温结束后，出炉快速放入立式冷却装置中，使锻件以4～6r/min匀速旋转，对高压段进行喷雾冷却，低压段进行喷水冷却，冷却至250℃以下。
b)回火：将淬火后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间装置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至680～690℃保温，低压段加热至650～660℃保温，保温时间均为32h，保温结束后，先以＜25℃/h冷却速度随炉冷却至≤200℃，再出炉空冷至室温。
对比例：
为了说明本发明的工业汽轮机转子锻件分段热处理方法与现有技术的相比的优点，现做如下对比例：
对比例1’与实施例1，对比例2’与实施例2，对比例3’与实施例3的工业汽轮机转子锻件高压段和低压段的直径D1，D2、材质和预备热处理分别相同，对比例中工业汽轮机转子锻件采用常规调质处理方法，整个工业汽轮机转子锻件采用传统的淬火、回火的方式即淬火升温阶段不采用分段加热方式，冷却阶段直接油冷，高压段和低压段淬火和回火温度相同，冷却阶段的冷却速度也相同，即整根转子不同部位的性能一样。
对实施例1-3和对比例1’-3’热处理的工业汽轮机转子锻件按GB/T228、GB/T229标准进行测试，同时按照GB/T2039标准进行了持久试验测试，标准中规定的外推方法推导出540℃/1万小时条件下的持久强度Ru10000/540℃，测试结果如下表1，从表中可以看出，本发明工业汽轮机转子锻件分段热处理方法制备的产品相比对比例的产品高压段540℃/1万小时条件下的持久强度高25MPa左右，低压段强度、韧性和塑性均远高于对比例，可见分段热处理方法生产的转子锻件，高压段、低压段分别具有优异的高温性能和低温性能，明显优于对比例 产品，充分说明了本发明工艺显著的优越性。
表1实施例与对比例产品的测试数据对比
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种工业汽轮机转子锻件分段热处理方法，所述工业汽轮机转子锻件包括高压段和低压段，高压段直径D1，低压段直径D2，其特征在于，所述工业汽轮机转子锻件分段热处理方法包括以下步骤：
(1)、预备热处理：
a)正火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，在900～920℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*2h/100mm，保温结束后，出炉空冷；
b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，在280～320℃保温10h，再以＜50℃/h加热速度升温，在640～660℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*3h/100mm，保温结束后，先随炉冷却至≤250℃，再出炉空冷至室温；
(2)、调质处理：
a)淬火：将预备热处理后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间设置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至950～960℃保温，低压段加热至900～910℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*2h/100mm，保温结束后，出炉快速放入立式冷却装置中，对高压段进行喷雾冷却，低压段进行喷水冷却，冷却至≤250℃；
b)回火：将淬火后的工业汽轮机转子锻件放入分段热处理炉，高压段和低压段之间设置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，高压段加热至680～690℃保温，低压段加热至650～660℃保温，保温时间为MAX(D1，D2)*4h/100mm，保温结束后，先以＜25℃/h的冷却速度随炉冷却至≤200℃，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，所述正火阶段升温加热采用阶梯升温方式：从室温升温至260～330℃预热10h,再以＜70℃/h加热速度升温至700～750℃保温3h，再快速加热到900～920℃；所述淬火升温加热采用阶梯升温方式：高压段和低压段均从室温升温至250～320℃保温2h，再以＜45℃/h加热速度升温至700～720℃保温2h，保温后，高压段以＜65℃/h加热速度升温到950～960℃，低压段＜65℃/h加热速度升温到900～910℃。
3.根据权利要求1所述的工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，所述预备热处理采用台式热处理炉；所述调质处理采用井式热处理炉。
4.根据权利要求1所述的工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，所述淬火阶段冷却时工业汽轮机转子锻件以4～6r/min旋转。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，所述工业汽轮机转子锻件高压段和低压段直径D1和D2均小于900mm。
6.根据权利要求5所述的工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，所述工业工业汽轮机转子锻件材质为28CrMoNiV。
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