CN109735763A - 25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转轴锻件芯部屈服强度≥535MP,抗拉强度≥640MP,且冲击韧性AKv≥80J,FATT50≤0℃的25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法,质量百分比:C0.21~0.25、Si≤0.37、Mn0.25~0.55、Cr1.50~1.80、Ni3.25~3.50、Mo0.25~0.40、V0.08~0.15、Cu≤0.25、S和P≤0.015、余下是铁。优点:一是通过优化优质的钢锭材料成分配比,使产品满足了高强度、高韧性要求;二是锻造工艺设计,避免造成锻件偏析、疏松、粗晶等缺陷;三是锻后热处理工艺设计,消除混晶组织,细化晶粒度;四是调质热处理工艺设计,满足客户高强度、高冲击韧性等各项性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种转轴锻件芯部屈服强度≥535MP,抗拉强度≥640MP,且冲击韧性AKv≥80J,FATT50≤0℃的25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法,属汽轮发电机高速运转零件制造领域。
背景技术
转轴锻件是稳定汽轮发电机高速运转的重要零件。随着技术的进步,现代发电设备正在向高参数、大容量和高效率的方向发展,高端转轴锻件由于锻造报废风险较高,热处理性能不稳定,这是目前行业内一直存在的“瓶颈”,大部分高端转轴都是有国外进口。
发明内容
设计目的:避免背景技术中的不足之处,设计一种转轴锻件芯部屈服强度≥535MP,抗拉强度≥640MP,冲击韧性AKv≥80J,FATT50≤0℃且热处理性能稳定、合金钢大型转轴锻件的合格率高、生产成本低的25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法。
设计方案:为了实现上述设计目的。本发明在技术指标的设计上,选择牌号为25X2H4MφA钢锭作为大型转轴锻件的材料,其化学成分:C0.21~0.29、Si≤0.37、Mn0.25~0.55、S,P≤0.015、Cr1.50~1.90、Ni3.25~4.00、Mo0.25~0.55、V0.08~0.15、Cu≤0.25;机械性能为:
但是:一是由于25X2H4MфA材料的Ni含量高,所以转轴锻件的白点敏感性也很高,因此,在生产过程中极易产生白点而造成转轴锻件报废;二是25X2H4MфA大型转轴锻件的合金元素含量高,锻件轴身尺寸直径大,锻件锻后容易造成偏析、疏松、粗晶等缺陷,给锻造造成很大的难度;三是25X2H4MфA转轴锻件直径大,锻后普通的正回火热处理无法消除混晶、粗晶现象,需要采取特殊热处理来消除混晶组织,细化晶粒度。
1、本发明的创新点在于:
1)由于25X2H4MфA材料的Ni含量高,所以转轴锻件的白点敏感性也很高,因此,在生产过程中极易产生白点而造成转轴锻件报废。为防止白点的产生,首先从原材料入手,选择优质炉料,采用钢包精炼炉,真空碳脱氧(VC)和真空脱气的双真空真空冶炼浇注的钢锭,确保转轴锻件原材料的纯净度。
2)化学成分优化:
本材质传统调质热处理为油淬,创新工艺为水淬,故C控制在0.21~0.25%,Cr控制为1.50~1.80,Ni控制为3.25~3.50,Mo控制为0.25~0.40,降低C和Cr、Ni、Mo的含量可以有效防止产品淬裂,降低合金元素含量,节约原材料成本。优化后的化学成如下:C0.21~0.25、Si≤0.37、Mn0.25~0.55、S,P≤0.015、Cr1.50~1.80、Ni3.25~3.50、Mo0.25~0.40、V0.08~0.15、Cu≤0.25。
3)锻造工艺改进:
(1)锻造工艺变形图图1所示:钢锭1250℃保温8小时后如下图压钳把、倒棱、切水口,完工后返炉加热至1270℃。
(2)钢锭1270℃保温12h后出炉,在3150吨压机用弧面上镦粗帽和Ø1000漏盘镦粗至图1尺寸,取出用平面上墩板和旋转工作台径向压扁方(单边压下量450mm),再拔长锻至图2尺寸,照此工艺两镦两拔,返炉。
(3)钢锭保温1250℃保温4.5h后出炉,拔长锻至图3尺寸,并用上平、下三角剁刀号印分料,返炉。
(4)钢锭1270℃保温4.5h后出炉,拔长两端至如图4尺寸,返炉。
(5)钢锭1220℃保温3h后出炉,先拔长滚锻出一端台阶,调头滚锻另一端台阶,最后滚锻中间大台阶,并精整各处校直成型,冒口、水口余料剁掉,完工。如图5。
3)转轴锻件锻后热处理:25X2H4MфA转轴锻件直径大,锻后普通的正回火热处理无法消除混晶、粗晶现象,需要采取特殊热处理来消除混晶组织,细化晶粒度。本工艺采取三次过冷两次正火,热装炉待料≤60℃/h加热到650℃/h,保温10h,≤25℃炉冷至200℃保温8H,升温至650℃等温5h,升温至910℃保温20h,使组织完全奥氏体化,消除混晶,风冷至低于200℃,200℃保温8h,升温至860℃保温20h,雾冷至低于200℃,保温8h,升温至650℃保温40h,进行扩氢处理,≤25℃/h炉冷至200℃出炉空冷。具体锻后热处理工艺详见图2。
4)转轴锻件调质热处理:25X2H4MфA转轴锻件客户性能要求高,芯部试样需要达到屈服强度≥535MP,抗拉强度≥640MP,且冲击韧性AKv≥80J,FATT50≤0℃,普通的调质热处理无法稳定的达到客户要求,需要采取本发明的调质热处理工艺才能满足客户要求。即采取两次等温升温速度≤60℃/h至850℃保温18小时,时组织完全奥氏体化,水冷50分钟出水,待表面温度达到300℃入水,再水冷30分钟出水,回火150~180℃等温10h,使残余奥氏体充分转变,≤30℃/h升温至610℃,控制升温速度,减小升温时芯部的拉应力,610℃保温36h,快速风冷至400℃,加快脆性转变区,防止产生回火脆性,400℃保温10h,≤25摄氏度炉冷。
本发明与背景技术相比,一是通过优化优质的钢锭材料成分配比,使产品满足了高强度、高韧性要求;二是锻造工艺设计,避免造成锻件偏析、疏松、粗晶等缺陷;三是锻后热处理工艺设计,消除混晶组织,细化晶粒度;四是调质热处理工艺设计,满足客户高强度、高冲击韧性等各项性能指标。
附图说明
图1是本发明锻造工艺变形示意图。
图2是本发明钢锭粗镦后再拔长锻至尺寸示意图。
图3是本发明钢锭保温1250℃、保温4.5h后出炉,拔长锻至尺寸示意图。
图4是本发明钢锭1270℃保温4.5h后出炉,拔长两端至如下尺寸示意图。
图5是本明钢锭1220℃保温3h后出炉,先拔长滚锻出一端台阶,调头滚锻另一端台阶,最后滚锻中间大台阶,并精整各处校直成型示意图。
图6是本发明锻后热处理工艺示意图。
图7是本发明调质热处理工艺示意图。
图8是大型转轴锻件交货尺寸示意图。
具体实施方式
实施例1:一种25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件,其特征是质量百分比:C0.21~0.25、Si≤0.37、Mn0.25~0.55、Cr1.50~1.80、Ni3.25~3.50、Mo0.25~0.40、V0.08~0.15、Cu≤0.25、S和P≤0.015、余下是铁。
实施例2:在实施例1的基础上,C0.24、Si≤0.29、Mn0.28、Cr1.71、Ni3.45、Mo0.38、V0.10、Cu0.05、S0.005、P0.007,上述成份的误差控制在±0.05左右。
实施例3:参照附图1-8。
1、转轴锻件原材料选择优质炉料,采用钢包精炼炉,真空碳脱氧(VC)和真空脱气的双真空真空冶炼浇注的钢锭,经过化学成分优化,化验后钢锭成分:C0.24、Si≤0.29、Mn0.28、Cr1.71、Ni3.45、Mo0.38、V0.10、Cu0.05、S0.005、P0.007。
2、25X2H4MфA转轴锻件锻造工艺:锻造工艺变形图如图1所示:
(1)钢锭1250℃保温8小时后如下图压钳把、倒棱、切水口,完工后返炉加热至1270℃。
(2)钢锭1270℃保温12h后出炉,在3150吨压机用弧面上镦粗帽和Ø1000漏盘镦粗至图1尺寸,取出用平面上墩板和旋转工作台径向压扁方(单边压下量450mm),再拔长锻至图2尺寸,照此工艺两镦两拔,返炉。
(3)钢锭保温1250℃保温4.5h后出炉,拔长锻至如图3尺寸,并用上平、下三角剁刀号印分料,返炉。
(4)钢锭1270℃保温4.5h后出炉,拔长两端至如下尺寸,返炉。如图4。
(5)钢锭1220℃保温3h后出炉,先拔长滚锻出一端台阶,调头滚锻另一端台阶,最后滚锻中间大台阶,并精整各处校直成型,冒口、水口余料剁掉,完工。如图5。
需要理解到的是:上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述,但是这些文字描述,只是对本发明设计思路的简单文字描述,而不是对本发明设计思路的限制,任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改,均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件,其特征是质量百分比:C0.21~0.25、Si≤0.37、Mn0.25~0.55、Cr1.50~1.80、Ni3.25~3.50、Mo0.25~0.40、V0.08~0.15、Cu≤0.25、S和P≤0.015、余下是铁。
2.根据权利要求1所述的25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件,其特征是:C0.24、Si≤0.29、Mn0.28、Cr1.71、Ni3.45、Mo0.38、V0.10、Cu0.05、S0.005、P0.007。
3.根据权利要求2所述的25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件,其特征是:
。
4. 25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件制作方法,其特征是:
(1)钢锭1250℃保温8小时后如下图压钳把、倒棱、切水口,完工后返炉加热至1270℃;
(2)钢锭1270℃保温12h后出炉,在3150吨压机用弧面上镦粗帽和Ø1000漏盘镦粗至图1尺寸,取出用平面上墩板和旋转工作台径向压扁方,单边压下量450mm,再拔长锻至下图2尺寸,照此工艺两镦两拔,返炉;
(3)钢锭保温1250℃保温4.5h后出炉,拔长锻至图3尺寸,并用上平、下三角剁刀号印分料,返炉;
(4)钢锭1270℃保温4.5h后出炉,拔长两端至图4尺寸,返炉;
(5)钢锭1220℃保温3h后出炉,先拔长滚锻出一端台阶,调头滚锻另一端台阶,最后滚锻中间大台阶,并精整各处校直成型,冒口、水口余料剁掉,完工。
5. 25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件锻后热处理方法,其特征是:
采取三次过冷两次正火,热装炉待料≤60℃/h加热到650℃/h,保温10h,≤25℃炉冷至200℃保温8H,升温至650℃等温5h,升温至910℃保温20h,使组织完全奥氏体化,消除混晶,风冷至低于200℃,200℃保温8h,升温至860℃保温20h,雾冷至低于200℃,保温8h,升温至650℃保温40h,进行扩氢处理,≤25℃/h炉冷至200℃出炉空冷。
6. 25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件调质热处理方法,其特征是:采取两次等温升温速度≤60℃/h至850℃保温18小时,时组织完全奥氏体化,水冷50分钟出水,待表面温度达到300℃入水,再水冷30分钟出水,回火150~180℃等温10h,使残余奥氏体充分转变,≤30℃/h升温至610℃,控制升温速度,减小升温时芯部的拉应力,610℃保温36h,快速风冷至400℃,加快脆性转变区,防止产生回火脆性,400℃保温10h,≤25摄氏度炉冷。
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