CN108441617A - 一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法，属于大直径发电机转子的热处理技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法。该方法先将转子升温至奥氏体化温度，保温后，降温进入起伏保温阶段，最后降温至250℃下出炉；其中，所述起伏保温阶段为至少重复两次a步骤，所述a步骤为先在T1温度下保温，然后在T2温度下保温；所述T1为珠光体转变温度，T2比T1低20～50℃。本发明方法，可以有效解决大直径30Cr2Ni4MoV钢低压转子正火次数多，操作复杂等问题，减小正火过程中的应力开裂风险，具有操作简单、质量稳定、成本降低、应力风险小、工艺周期短等优点。
Description
一种30Cr2N i 4MoV钢低压转子的预备热处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，属于大直径发电机 转子的热处理技术领域。
背景技术
[0002] 大直径发电机转子是发电设备的关键零件，高质量转子锻件的成型制造包括冶 炼、铸锭、锻造和热处理等生产环节，其中，热处理工艺的选择是决定转子内在质量和最终 性能的关键，直接影响运行可靠性。
[0003] 30Cr2Ni4M〇V钢汽轮机低压转子是发电行业中的重大关键设备，在运行过程中承 受着巨大的离心力和热应力，由于其尺寸大，对转子整体的组织和晶粒的均匀性都提出极 高的要求，并且为保证探伤要求，晶粒尺寸也有严格要求。为满足上述要求，目前采用的热 处理工艺模式为正回火+调制处理，其中大直径转子则需要采用2-3次及以上的高温正火加 回火的工艺，现有的转子预备热处理工艺流程见图1。以直径为1950mm的低压转子为例，一 次高温正火所需的时间为300h以上，而回火所需的时间为IOOh以上。可见，目前工艺所采用 的多次高温正火加回火的工艺，其预备热工艺模式周期长、成本高，操作复杂，并且正火过 程中存在应力开裂风险。能否在保证转子质量的前提下简化工艺，减少正火次数，缩短锻后 热处理周期一直是人们所关注的问题。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是提供一种30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法， 解决大直径30Cr2Ni4M〇V钢低压转子正火次数多，操作复杂的问题。
[0005] 本发明30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法，先将30Cr2Ni4MoV钢低压转子 升温至奥氏体化温度，保温η小时后，降温进入起伏保温阶段，最后降温至250°C下出炉；其 中，所述起伏保温阶段为至少重复两次a步骤，所述a步骤为先在Tl温度下保温ml小时，然后 在T2温度下保温m2小时;所述Tl为珠光体转变温度，T2比Tl低20〜50°C;
[0006]
[0007] 优选的，将转子通过保温平台升温至奥氏体化温度，所述保温平台升温为先于200 〜2 4 0 °C保温η 1小时后，升温至6 0 0〜6 2 0 °C保温η 2小时；然后升温至奥氏体化温度；
[0008] 优选的，以彡10°C/h的速率升温至600〜620°C，以彡30°C/h的速率升温至奥氏体 化温度。
[0009] 作为优选方案，奥氏体化温度为870〜930°C。
[0010] 优选的，起伏保温阶段为重复两次a步骤。
[0011] 优选的，所述Tl为650± 10°C ;所述T2为620± 10°C。
[0012] 进一步优选的，起伏保温阶段中，从Tl到T2的降温速率或者从T2到Tl的升温速率 均彡5°C/h。
[0013] 优选的，采用两段降温方式降温至250°C下出炉，所述两段降温方式为先以<25 °C/h的冷速冷却至400°C，然后再以< 15°C/h的冷速冷却至250°C。
[0014] 进一步优选的，所述转子的化学成分为CSO. 35%，Si : 0.15〜0.37%，Mn: 0.20〜 0.40%，P$0.02%，S<0.02%，Cr:1.50〜2.00%，Ni:3.25〜3.75%，Mo:0.30〜0.60%，V: 0.07〜0.15%，且转子锻造时最后一火的初锻温度< 1200°C。
[0015] 优选的，锻造结束后，先将转子降温至600〜650°C保温5〜10h，再以80〜100°C/h 的速率降温至520 ± 20 °C保温n0小时，然后以< 10°C/h的速率降温至200〜240 °C保温;所述
[0016] 与现有的多次正火加回火工艺相比，本发明具有如下有益效果：
[0017] 通过上述预备热处理工艺方式，仅需进行一次奥氏体化，可以有效解决大直径 30Cr2Ni4M〇V钢低压转子正火次数多，操作复杂等问题，减小正火过程中的应力开裂风险。 对于大直径低压转子可以优先缩短热处理时间。并且操作简单，可有效控制晶粒尺寸和均 匀化晶粒，调质后的晶粒尺寸可以稳定达到7.0级以上。可见，本发明的预备热处理工艺，具 有操作简单、质量稳定、成本降低、应力风险小、工艺周期短等优点。
附图说明
[0018] 图1为现有的转子预备热处理工艺示意图。
[0019] 图2为本发明实施例1的转子预备热处理工艺示意图。
[0020] 图中，Nl为第一次高温正火，N2为第二次高温正火，N3为第三次高温正火，Hl为回 火。
具体实施方式
[0021] 本发明30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，先将转子升温至奥氏体化温 度，保温η小时后，降温进入起伏保温阶段，最后降温至250°C下出炉;其中，所述起伏保温阶 段为至少重复两次a步骤，所述a步骤为先在Tl温度下保温ml小时，然后在T2温度下保温m2 小时；所述Tl为珠光体转变温度，T 2比Tl低20〜50 °C ;
[0022] 本发明的预备热处理方法，为一次奥氏体化，并在奥氏体化后添加起伏保温模式， 通过多层次的组织遗传消除方式，使得预备热处理后获得尺寸均匀的晶粒和特征组织，为 转子的调制做好准备，使得调质后获得组织均匀、晶粒度达到均匀的7.0级以上。
[0023] 本发明公式中的“半径mm”是指转子的半径，单位为mm。以直径
.的 30Cr2Ni4MoV钢低压转子为例，该转子的半径为975mm，由此计算得到的η彡51.875h;ml彡 75. Ih;m2彡75. Ih。为了缩短热处理时间，优选的
[0024] 优选的，将转子通过保温平台升温至奥氏体化温度，所述保温平台升温为先于200 〜2 4 0 °C保温η 1小时后，升温至6 0 0〜6 2 0 °C保温η 2小时；然后升温至奥氏体化温度；
E奥氏体化之前添加两个保温平台。第一 个保温平台为在200〜240Γ保温，该操作主要是为了完成一次固态相变，而第二个保温平 台为在600〜620°C保温，不仅可以减少加热过程的热应力，还能平衡内应力与奥氏体自发 再结晶动力。发明人通过研究发现，第二个保温平台的温度600〜620°C为宜，这样可以在固 态相变热力学和动力学之间很好的平衡。
[0025] 为了缩短热处理时间，优选的，
[0026] 优选的，转子从第一个保温平台升温到第二个保温平台的升温速率<10°C/h，即 以<10°C/h的速率升温至600〜620 °C。如果升温速率过快，将会造成热应力大，形成开裂风 险从第二个保温平台升温至奥氏体化温度的升温速率<30°C/h，即以<30°C/h的速率升温 至奥氏体化温度。如果升温速率过快，将会造成热应力大，造成变形，裂纹等缺陷。
[0027] 通过保温平台升温达到奥氏体化温度，完成奥氏体的转化。奥氏体化温度为将转 子完全转变为奥氏体的温度，受钢化学成分的影响。优选的，本申请所述奥氏体化温度为 870〜930。。。
[0028] 本发明的预备热处理方法，通过在珠光体转变温度附近的起伏保温，增加了珠光 体转变的热力学条件，可以有效缩短珠光体转变时间。为了最大程度的缩短热处理时间，优 选的，起伏保温阶段为重复两次a步骤。
[0029] 起伏保温的温度应该在珠光体转变温度附近，优选的，所述Tl为650± HTC ;所述 T2 为620±1(TC。
[0030] 作为优选方案，起伏保温阶段中，从Tl到T2的降温速率或者从T2到Tl的升温速率 均<5°C/h。。如果升温速率过快，将会造成转子本体的温度很难平衡，增加保温时间。
[0031] 起伏保温阶段后，需要将转子冷却出炉。优选的，采用两段降温方式降温至250°C 下出炉，所述两段降温方式为先以<25°C/h的冷速冷却至400°C，然后再以<15°C/h的冷速 冷却至250°C。采用该降温方式，可以很好的控制应力。
[0032] 本发明的转子为30Cr2Ni4MoV钢，优选的，所述转子的化学成分为CSO. 35 %，Si : 0.15〜0.37%，Mn:0.20〜0.40%，P<0.02%，S<0.02%，Cr:1.50〜2.00%，Ni:3.25〜 3.75%，Mo:0.30〜0.60%，V:0.07〜0.15%。
[0033] 所述转子采用锻造成型，优选的，转子锻造时最后一火的初锻温度<1200°C。
[0034] 作为优选方案，锻造结束后，先将转子降温至600〜650°C保温5〜10h，再以80〜 100 °C/h的速率降温至520 ± 20 °C保温no小时，然后以< 10 °C/h的速率降温至200〜240 °C保 温;所述
[0035] 本发明的方法，适用于大直径的低压转子，优选的，所述转子的半径为800〜 2200mm〇
[0036] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。
[0037] 实施例1
[0038] 采用如下方案对直径为φ1950_的30Cr2Ni4MoV钢低压转子进行热处理:其工艺 图参照图2。
[0039] (1)锻造后进入600〜650°C待料炉中进行均温和消应力处理，保温时间10h，炉温 快速(90 °C/h)降温至520 ± 20 °C，并保温35h。
[0040] (2) 520±20°C平台保温结束后，按照10°C/h的冷却速度，冷却至200〜240°C，保温 40h〇
[0041] (3) 200〜240°(：平台保温结束后，以10°(：/11的加热速度加热至600〜620°(：，保温 53h〇
[0042] (4) 600〜620°C平台保温结束后，以30°C/h的加热速度加热至900± 10°C，表面到 温后，保温52h。
[0043] (5) 900 ± 10 °C平台保温结束后，以20 °C /h的冷速冷却至650 ± 10 °C，并保温76h。
[0044] ⑹650 ± 10 °C平台保温结束后，以5 °C /h的冷速冷却至620 ± 10 °C，并保温76h。
[0045] (7) 620±10°(：平台保温结束后，以5°(：/11的加热速度升温至650±10°(：，并保温 76h〇
[0046] ⑻650 ± 10 °C平台保温结束后，以5 °C /h的冷速冷却至620 ± 10 °C，并保温76h。
[0047] (9) 620 ± 10°C平台保温结束后，以25°C/h的冷速冷却至400°C，然后再以15°C/h的 冷速冷却至250 °C以下出炉。
[0048] (10)出炉后采用常规方法进行调质处理。
[0049] 通过上述方法处理50个30Cr2Ni4MoV钢低压转子，测定其晶粒尺寸，均为7.0级以 上，转子晶粒度的尺寸和均匀性完全满足技术要求，且未产生应力开裂。
[0050] 采用现有的预备热处理方法制备直径为
的30Cr2Ni4MoV钢低压转子，其 工艺如图1所示，通过三次高温正火和一次回火，处理一个转子的预备热处理的时间为 1080h，然后采用常规方法进行调质处理，转子晶粒度的尺寸和均匀性满足技术要求，但是 处理周期达到45天以上。
[0051] 可见，本发明方法，不仅可以有效控制晶粒尺寸和均匀化晶粒，得到满足技术要求 的转子，还能缩短热处理时间，降低制造成本。
Claims (10)
1. 一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：先将30Cr2Ni4MoV钢 低压转子升温至奥氏体化温度，保温η小时后，降温进入起伏保温阶段，最后降温至250°C下 出炉;其中，所述起伏保温阶段为至少重复两次a步骤，所述a步骤为先在Tl温度下保温ml小 时，然后在T2温度下保温m2小时;所述Tl为珠光体转变温度，T2比Tl低20〜50°C ;
2. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：将 转子通过保温平台升温至奥氏体化温度，所述保温平台升温为先于200〜240°C保温nl小时 后，升温至600〜620°C保温n2小时；然后升温至奥氏体化温度；
3. 根据权利要求2所述的30Cr2Ni4Mo V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：以 < 10°C/h的速率升温至600〜620°C，以<30°C/h的速率升温至奥氏体化温度。
4. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：奥 氏体化温度为870〜930°C。
5. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：起 伏保温阶段为重复两次a步骤。
6. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：所 述Tl为650 ± 10cC ;所述T2为620 ± 10cC。
7. 根据权利要求6所述的30Cr2Ni4Mo V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：起 伏保温阶段中，从Tl到T2的降温速率或者从T2到Tl的升温速率均<5°C/h。
8. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：采 用两段降温方式降温至250°C下出炉，所述两段降温方式为先以<25°C/h的冷速冷却至400 °C，然后再以< 15°C/h的冷速冷却至250°C。
9. 根据权利要求1所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于：所 述转子的化学成分为(：彡0.35%，51:0.15〜0.37%，]\111:0.20〜0.40%，？彡0.02%，5彡
0.02%，0:1.50〜2.00%，附：3.25〜3.75%，]\1〇:0.30〜0.60%，¥:0.07〜0.15%，且转子 锻造时最后一火的初锻温度<1200°C。
10. 根据权利要求9所述的30Cr2Ni4M〇V钢低压转子的预备热处理方法，其特征在于:锻 造结束后，先将转子降温至600〜650°C保温5〜10h，再以80〜100°C/h的速率降温至520 土 20 °C保温n0小时，然后以< 10 °C /h的速率降温至200〜240 °C保温;所述
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