CN108441617A - 一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法 - Google Patents

一种30Cr2Ni4MoV钢低压转子的预备热处理方法 Download PDF

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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]
Figure CN108441617AD00031
[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;
Figure CN108441617AD00032
[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
Figure CN108441617AD00041
[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 ;
Figure CN108441617AD00042
Figure CN108441617AD00043
[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
Figure CN108441617AD00044
.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
Figure CN108441617AD00045
Figure CN108441617AD00046
[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;
Figure CN108441617AD00051
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,
Figure CN108441617AD00052
[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
Figure CN108441617AD00053
[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
Figure CN108441617AD00061
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 ;
Figure CN108441617AC00021
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;
Figure CN108441617AC00022
Figure CN108441617AC00023
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
Figure CN108441617AC00024
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