CN109536677A - 汽轮机锻件的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机锻件的生产工艺，涉及汽轮机锻件的技术领域，解决了现有叶片在高温调质时容易出现变形和开裂的问题，其技术方案要点是包括以下步骤：a．制坯；b．分切；c．锻前加热；d．锻打；e．热处理；f．机加工；g．消除应力；h．调质；i．喷涂金属复合涂层，在退火时先炉冷再空冷，能够有效的降低锻造后的残余应力，回火时先保温再空冷，能够有效的降低淬火后残余的应力，机械加工后进行加热并且保温，之后再空冷致室温，能够有效的消除机加工过程中残余的应力，从而防止其在后期高温调质的过程当中因内应力存在而出现变形和裂纹。

Description

汽轮机锻件的生产工艺
技术领域
本发明涉及汽轮机锻件的技术领域，更具体的说，它涉及一种汽轮机锻件的生产工艺。
背景技术
汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用，而叶片是汽轮机中非常重要的一种锻件，也是汽轮机当中最精密以及最重要的零件之一。
汽轮机叶片的工作环境复杂多变，需要在极苛刻的条件之下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力已激活腐蚀等，这也就导致了在对叶片进行加工的过程当中加工要求是非常严格的，并且叶片加工的工作量也是比较大的，叶片的使用寿命与叶片的加工方式有着很大的关系，为了满足叶片的使用性能的需求，仅仅只是依靠叶片的材料的应用很难得到满足，通常都需要在后续采用各种热处理技术来提高叶片的精度以及使用寿命，但是在锻造以及机械加工之后，叶片的内应力无法完全释放，在后续的高温调质过程当中非常容易出现变形和裂纹，从而影响了汽轮机叶片的质量和使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽轮机锻件的生产工艺，其在退火时先炉冷再空冷，能够有效的降低锻造后的残余应力，回火时先保温再空冷，能够有效的降低淬火后残余的应力，机械加工后进行加热并且保温，之后再空冷致室温，能够有效的消除机加工过程中残余的应力，从而防止其在后期高温调质的过程当中因内应力存在而出现变形和裂纹。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种汽轮机锻件的生产工艺，包括以下步骤：
a．制坯：将原料经过冶炼、热轧以及冷却制成加工汽轮机叶片用的坯料；
b．分切：按照需要加工的汽轮机叶片的体积来对坯料进行切割，切割出符合规格的坯料块；
c．锻前加热：对坯料块进行锻前加热；
d．锻打：将坯料块锻打成叶片的形状；
e．热处理：对锻件一次进行退火、淬火和回火，退火时将锻件在炉内加热到600℃～700℃，然后保温10min，之后将锻件在炉内冷却至250℃～260℃，之后打开炉门，使得锻件缓慢的冷却到130℃～140℃，然后将锻件从炉内取出，空冷致室温；回火时，将锻件在炉中缓慢的加热到460℃～470℃，然后在炉内保温50min，然后将炉内加热至560℃～570℃，然后对锻件进行水冷，使其快速冷却至室温；回火时，将锻件放入到炉内，然后加热到270℃～290℃，之后在炉内保温20min，然后将锻件空冷至室温；
f．机加工：通过机械加工，将锻件加工成半成品叶片；
g．消除应力：将半成品叶片放入炉内并且加热到880℃～900℃，然后在炉内对半成品叶片保温20min，之后将半成品叶片在炉内冷却到室温；
h．调质：在调质处理的时候通过两次正火和两次回火，正火时温度为700℃～750℃，并且保温10min，然后水冷至室温，回火时先加热至650℃～700℃，保温15min，然后加热至800℃～850℃，保温10min，之后空冷至室温；
i．喷涂金属复合涂层：将粒度为6μm～10μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在30cm/min～35 cm/min，压力为4MPa～4.5 MPa，温度控制在200℃～250℃。
通过采用上述技术方案，退火时先炉冷再空冷，能够有效的降低锻造后的残余应力，回火时先保温再空冷，能够有效的降低淬火后残余的应力，机械加工进行加热并且保温，之后在空冷致室温，能够有效的消除机加工过程中残余的应力，从而防止其在后期高温调质的过程当中因内应力存在而出现变形和裂纹。
本发明进一步设置为：所述原料按照质量份数包括：：3份C、2份Si、0.5份Mn、3份Ni、4份V、0.05份Mo、0.7份Ti、1份Cu、0.5份Zno、2份Tin、2份TiALN、0.4份CrN、2份Cr、0.03份P、0.04份S、0.3份的镧系稀土以及80份Fe；其中镧系稀土中镧、铈、镨、钕的比例为3:4:4:4.5。
通过采用上述技术方案，镧系稀土元素的金属原子的半径比铁的原子半径大，很容易填补在其晶粒以及缺陷当中，并且生成能够阻碍晶粒继续生长的膜，从而能够使得晶粒细化，提高钢的性能。
本发明进一步设置为：所述步骤c中，进行锻前加热时，控制坯料块进炉时的温度不超过600℃，然后在该温度条件下对坯料块保温6～7h，然后以不超过70℃/h的升温速度进行升温，在升温到650℃以及750℃的时候分别对坯料块保温5～6h，然后以不超过900℃/h的升温速度升温到1200℃，然后在该温度调价下保温3～4h，然后再缓慢降温至1050℃，保温5～6h，完成锻前加热。
通过采用上述技术方案，通过分阶梯式的加热和保温，能够减少在进行加热的过程当中在坯料块当中所产生的内应力，从而更好的减少锻打结束之后存在的内应力，从而使得叶片在进行高温调质的过程当中能够减少变形和裂纹。
本发明进一步设置为：所述步骤d中，在进行锻打的过程当中控制第一次进行下压是的压下量为18mm，进行锻打时的锻打速度控制在2m/min。
通过采用上述技术方案，控制第一次的下压量和锻打速度，能够有效的改善锻件内部的塑性，从而减少后期锻打的过程当中产生的内应力。
本发明进一步设置为：所述步骤d中，在进行主变形锻造的时候需要严格的对每道次的压下量进行控制，将每道次的压下量控制在40mm，并且控制锻打的速度不超过4m/min。
通过采用上述技术方案，这样既能够保证锻件被锻透，还能够减少锻打的过程当中锻件中内应力的产生。
本发明进一步设置为：所述步骤d中，在进行最后一道次拉打的时候控制拉打速度为1.5m/min。
通过采用上述技术方案，通过控制最后一道拉打时的拉打速度能够更好的提高锻件的表面质量；
本发明进一步设置为：所述步骤h之后，对叶片喷涂金属复合涂层，将粒度为6μm～10μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在30cm/min～35 cm/min，压力为4MPa～4.5 MPa，温度控制在200℃～250℃。
通过采用上述技术方案，通过喷涂金属复合涂层，能够对叶片进行保护，并且能够提高叶片表面的光滑度，从而减少杂物附着在叶片上。
本发明进一步设置为：喷涂复合涂层之前，对半成品叶片进行抛丸处理，将金刚砂高速的喷射到经过调质处理的半成品叶片上，将叶片加工成粗糙面。
通过采用上述技术方案，通过加工粗糙面能够使得涂层更好的附着在叶片表面上。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明通过在退火时先炉冷再空冷，能够有效的降低锻造后的残余应力，回火时先保温再空冷，能够有效的降低淬火后残余的应力，机械加工进行加热并且保温，之后在空冷致室温，能够有效的消除机加工过程中残余的应力，从而防止其在后期高温调质的过程当中因内应力存在而出现变形和裂纹；
2、本发明通过喷涂复合涂层的方式，能够对叶片进行保护，并且能够提高叶片表面的光滑度，从而减少杂物附着在叶片上。
具体实施方式
实施例一：一种汽轮机锻件的生产工艺，包括以下步骤：
a．选取原料：原料按照重量份包括：3份C、2份Si、0.5份Mn、3份Ni、4份V、0.05份Mo、0.7份Ti、1份Cu、0.5份Zno、2份Tin、2份TiALN、0.4份CrN、2份Cr、0.03份P、0.04份S、0.3份的镧系稀土以及80份Fe；其中镧系稀土中镧、铈、镨、钕的比例为3:4:4:4.5；
b．制坯：将原料经过冶炼、热轧以及冷却制成加工汽轮机叶片用的坯料；
c．分切：按照需要加工的汽轮机叶片的体积来对坯料进行切割，切割出符合规格的坯料块；
d．锻前加热：进行锻前加热时，控制坯料块进炉时的温度不超过600℃，然后在该温度条件下对坯料块保温6h，然后以不超过70℃/h的升温速度进行升温，在升温到650℃以及750℃的时候分别对坯料块保温5h，然后以不超过900℃/h的升温速度升温到1200℃，然后在该温度调价下保温3h，然后再缓慢降温至1050℃，保温5h，完成锻前加热；
e．锻打：将坯料块锻打成叶片的形状，在进行锻打的过程当中控制第一次进行下压是的压下量为18mm，进行锻打时的锻打速度控制在2m/min，从而有效的改善锻件内部的塑性，在进行主变形锻造的时候需要严格的对每道次的压下量进行控制，将每道次的压下量控制在40mm，并且控制锻打的速度不超过4m/min，这样既能够保证锻件被锻透，还能够减少锻打的过程当中锻件中内应力的产生；在进行最后一道次拉打的时候控制拉打速度为1.5m/min，从而保证锻件的表面质量；
f．热处理：对锻件一次进行退火、淬火和回火，退火时将锻件在炉内加热到600℃，然后保温10min，之后将锻件在炉内冷却至250℃，之后打开炉门，使得锻件缓慢的冷却到130℃，然后将锻件从炉内取出，空冷致室温；回火时，将锻件在炉中缓慢的加热到460℃，然后在炉内保温50min，然后将炉内加热至560℃，然后对锻件进行水冷，使其快速冷却至室温；回火时，将锻件放入到炉内，然后加热到270℃，之后在炉内保温20min，然后将锻件空冷至室温；
g．机加工：通过机械加工，将锻件加工成半成品叶片；
h．消除应力：将半成品叶片放入炉内并且加热到880℃，然后在炉内对半成品叶片保温20min，之后将半成品叶片在炉内冷却到室温；
i．调质：在调质处理的时候通过两次正火和两次回火，正火时温度为700℃，并且保温10min，然后水冷至室温，回火时先加热至650℃，保温15min，然后加热至800℃，保温10min，之后空冷至室温；
j．抛丸处理：将金刚砂高速的喷射到经过调质处理的半成品叶片上，将叶片加工成粗糙面；
k．喷涂金属复合涂层：将粒度为6μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在30cm/min，压力为4MPa，温度控制在200℃；反复进行两次喷涂，第一次喷涂厚度为50μm，第二次喷涂厚度为200μm。
实施例二：一种汽轮机锻件的生产工艺，包括以下步骤：
a．选取原料：原料按照重量份包括：3份C、2份Si、0.5份Mn、3份Ni、4份V、0.05份Mo、0.7份Ti、1份Cu、0.5份Zno、2份Tin、2份TiALN、0.4份CrN、2份Cr、0.03份P、0.04份S、0.3份的镧系稀土以及80份Fe；其中镧系稀土中镧、铈、镨、钕的比例为3:4:4:4.5；
b．制坯：将原料经过冶炼、热轧以及冷却制成加工汽轮机叶片用的坯料；
c．分切：按照需要加工的汽轮机叶片的体积来对坯料进行切割，切割出符合规格的坯料块；
d．锻前加热：进行锻前加热时，控制坯料块进炉时的温度不超过600℃，然后在该温度条件下对坯料块保温6.5h，然后以不超过70℃/h的升温速度进行升温，在升温到650℃以及750℃的时候分别对坯料块保温5.6h，然后以不超过900℃/h的升温速度升温到1200℃，然后在该温度调价下保温3.5h，然后再缓慢降温至1050℃，保温5.5h，完成锻前加热；
e．锻打：将坯料块锻打成叶片的形状，在进行锻打的过程当中控制第一次进行下压是的压下量为18mm，进行锻打时的锻打速度控制在2m/min，从而有效的改善锻件内部的塑性，在进行主变形锻造的时候需要严格的对每道次的压下量进行控制，将每道次的压下量控制在40mm，并且控制锻打的速度不超过4m/min，这样既能够保证锻件被锻透，还能够减少锻打的过程当中锻件中内应力的产生；在进行最后一道次拉打的时候控制拉打速度为1.5m/min，从而保证锻件的表面质量；
f．热处理：对锻件一次进行退火、淬火和回火，退火时将锻件在炉内加热到650℃，然后保温10min，之后将锻件在炉内冷却至255℃，之后打开炉门，使得锻件缓慢的冷却到135℃，然后将锻件从炉内取出，空冷致室温；回火时，将锻件在炉中缓慢的加热到465℃，然后在炉内保温50min，然后将炉内加热至565℃，然后对锻件进行水冷，使其快速冷却至室温；回火时，将锻件放入到炉内，然后加热到280℃，之后在炉内保温20min，然后将锻件空冷至室温；
g．机加工：通过机械加工，将锻件加工成半成品叶片；
h．消除应力：将半成品叶片放入炉内并且加热到890℃，然后在炉内对半成品叶片保温20min，之后将半成品叶片在炉内冷却到室温；
i．调质：在调质处理的时候通过两次正火和两次回火，正火时温度为725℃，并且保温10min，然后水冷至室温，回火时先加热至675℃，保温15min，然后加热至825℃，保温10min，之后空冷至室温；
j．抛丸处理：将金刚砂高速的喷射到经过调质处理的半成品叶片上，将叶片加工成粗糙面；
k．喷涂金属复合涂层：将粒度为8μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在32.5 cm/min，压力为4.25 MPa，温度控制在225℃；反复进行两次喷涂，第一次喷涂厚度为100μm，第二次喷涂厚度为225μm。
实施例三：一种汽轮机锻件的生产工艺，包括以下步骤：
a．选取原料：原料按照重量份包括：3份C、2份Si、0.5份Mn、3份Ni、4份V、0.05份Mo、0.7份Ti、1份Cu、0.5份Zno、2份Tin、2份TiALN、0.4份CrN、2份Cr、0.03份P、0.04份S、0.3份的镧系稀土以及80份Fe；其中镧系稀土中镧、铈、镨、钕的比例为3:4:4:4.5；
b．制坯：将原料经过冶炼、热轧以及冷却制成加工汽轮机叶片用的坯料；
c．分切：按照需要加工的汽轮机叶片的体积来对坯料进行切割，切割出符合规格的坯料块；
d．锻前加热：进行锻前加热时，控制坯料块进炉时的温度不超过600℃，然后在该温度条件下对坯料块保温7h，然后以不超过70℃/h的升温速度进行升温，在升温到650℃以及750℃的时候分别对坯料块保温6h，然后以不超过900℃/h的升温速度升温到1200℃，然后在该温度调价下保温4h，然后再缓慢降温至1050℃，保温6h，完成锻前加热；
e．锻打：将坯料块锻打成叶片的形状，在进行锻打的过程当中控制第一次进行下压是的压下量为18mm，进行锻打时的锻打速度控制在2m/min，从而有效的改善锻件内部的塑性，在进行主变形锻造的时候需要严格的对每道次的压下量进行控制，将每道次的压下量控制在40mm，并且控制锻打的速度不超过4m/min，这样既能够保证锻件被锻透，还能够减少锻打的过程当中锻件中内应力的产生；在进行最后一道次拉打的时候控制拉打速度为1.5m/min，从而保证锻件的表面质量；
f．热处理：对锻件一次进行退火、淬火和回火，退火时将锻件在炉内加热到700℃，然后保温10min，之后将锻件在炉内冷却至260℃，之后打开炉门，使得锻件缓慢的冷却到140℃，然后将锻件从炉内取出，空冷致室温；回火时，将锻件在炉中缓慢的加热到470℃，然后在炉内保温50min，然后将炉内加热至570℃，然后对锻件进行水冷，使其快速冷却至室温；回火时，将锻件放入到炉内，然后加热到290℃，之后在炉内保温20min，然后将锻件空冷至室温；
g．机加工：通过机械加工，将锻件加工成半成品叶片；
h．消除应力：将半成品叶片放入炉内并且加热到900℃，然后在炉内对半成品叶片保温20min，之后将半成品叶片在炉内冷却到室温；
i．调质：在调质处理的时候通过两次正火和两次回火，正火时温度为750℃，并且保温10min，然后水冷至室温，回火时先加热至700℃，保温15min，然后加热至850℃，保温10min，之后空冷至室温；
j．抛丸处理：将金刚砂高速的喷射到经过调质处理的半成品叶片上，将叶片加工成粗糙面；
k．喷涂金属复合涂层：将粒度为10μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在35 cm/min，压力为4.5 MPa，温度控制在250℃；反复进行两次喷涂，第一次喷涂厚度为150μm，第二次喷涂厚度为250μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a．制坯：将原料经过冶炼、热轧以及冷却制成加工汽轮机叶片用的坯料；
b．分切：按照需要加工的汽轮机叶片的体积来对坯料进行切割，切割出符合规格的坯料块；
c．锻前加热：对坯料块进行锻前加热；
d．锻打：将坯料块锻打成叶片的形状；
e．热处理：对锻件一次进行退火、淬火和回火，退火时将锻件在炉内加热到600℃～700℃，然后保温10min，之后将锻件在炉内冷却至250℃～260℃，之后打开炉门，使得锻件缓慢的冷却到130℃～140℃，然后将锻件从炉内取出，空冷致室温；回火时，将锻件在炉中缓慢的加热到460℃～470℃，然后在炉内保温50min，然后将炉内加热至560℃～570℃，然后对锻件进行水冷，使其快速冷却至室温；回火时，将锻件放入到炉内，然后加热到270℃～290℃，之后在炉内保温20min，然后将锻件空冷至室温；
f．机加工：通过机械加工，将锻件加工成半成品叶片；
g．消除应力：将半成品叶片放入炉内并且加热到880℃～900℃，然后在炉内对半成品叶片保温20min，之后将半成品叶片在炉内冷却到室温；
h．调质：在调质处理的时候通过两次正火和两次回火，正火时温度为700℃～750℃，并且保温10min，然后水冷至室温，回火时先加热至650℃～700℃，保温15min，然后加热至800℃～850℃，保温10min，之后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述原料按照质量份数包括：：3份C、2份Si、0.5份Mn、3份Ni、4份V、0.05份Mo、0.7份Ti、1份Cu、0.5份Zno、2份Tin、2份TiALN、0.4份CrN、2份Cr、0.03份P、0.04份S、0.3份的镧系稀土以及80份Fe；其中镧系稀土中镧、铈、镨、钕的比例为3:4:4:4.5。
3.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述步骤c中，进行锻前加热时，控制坯料块进炉时的温度不超过600℃，然后在该温度条件下对坯料块保温6～7h，然后以不超过70℃/h的升温速度进行升温，在升温到650℃以及750℃的时候分别对坯料块保温5～6h，然后以不超过900℃/h的升温速度升温到1200℃，然后在该温度调价下保温3～4h，然后再缓慢降温至1050℃，保温5～6h，完成锻前加热。
4.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述步骤d中，在进行锻打的过程当中控制第一次进行下压是的压下量为18mm，进行锻打时的锻打速度控制在2m/min。
5.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述步骤d中，在进行主变形锻造的时候需要严格的对每道次的压下量进行控制，将每道次的压下量控制在40mm，并且控制锻打的速度不超过4m/min。
6.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述步骤d中，在进行最后一道次拉打的时候控制拉打速度为1.5m/min。
7.根据权利要求1所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：所述步骤h之后，对叶片喷涂金属复合涂层，将粒度为6μm～10μm的ZnO和Cu粉末按照1:1的比例搅拌均匀，然后利用氮气携带混合后的粉末喷涂到半成品叶片上，喷涂的时候喷涂速度控制在30cm/min～35cm/min，压力为4MPa～4.5 MPa，温度控制在200℃～250℃。
8.根据权利要求7所述的汽轮机锻件的生产工艺，其特征在于：喷涂复合涂层之前，对半成品叶片进行抛丸处理，将金刚砂高速的喷射到经过调质处理的半成品叶片上，将叶片加工成粗糙面。
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