CN111151695A - 材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺 - Google Patents

材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，包括原料钢锭制备步骤、锻造步骤、预备热处理步骤、调质热处理步骤，在所述锻造热处理工艺中，对阀杆锻造所用坯料的化学成分合理配比，将碱性电炉冶炼+钢包精炼+真空碳脱氧方法制造的钢锭进行锻造开坯，得到阀杆锻造所用坯料；将坯料装炉加热至1220～1250℃，出炉后进行锻造拔长、压圆；将锻件加热至880～910℃空冷，进行正火处理；再次加热至回火温度630～660℃；将锻件加热至840～870℃后进行水冷，水温控制在10～40℃；再加热至回火温度500～560℃后空冷。

Description

材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺
技术领域
本发明属于锻造技术领域，更具体地涉及一种材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺。
背景技术
核电汽轮机用阀杆长期在高温、高压环境中服役，容易使阀杆产生蠕变和氧化，使阀杆的尺寸产生变化，容易导致阀门卡涩，无法正常开关，严重影响机组的安全，有可能发生汽轮机超速飞车，造成重大事故和损失。阀杆的材料为30Cr2Ni4MoV，由于其服役条件苛刻，这不仅要求其具有高的屈服强度及抗拉强度，而且还要非常高的冲击韧性。因此要获得高强度、高冲击韧性的阀杆，就必须选择合理的锻造热处理工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，以获得高强度、高冲击韧性的阀杆。
为此，本发明提供的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺包括锻造步骤、预备热处理步骤、调质热处理步骤，其中：
在所述锻造步骤中，将阀杆所用的原料钢锭进行锻造开坯，得到阀杆锻造坯料；将所述锻造坯料装炉加热至1220～1250℃，出炉后进行锻造拔长、压圆，得到圆柱体形状的锻件；
在所述预备热处理步骤中，将所述锻件空冷至表面温度350℃，按功率加热至640～660℃，保温时间1～1.5h；继续加热至880～910℃进行正火处理，正火保温时间按照每100mm锻件外径2h来计算，将锻件进行空冷；再次按功率加热至630～660℃进行回火处理，回火保温时间按照每100mm锻件外径4h来计算，将锻件炉冷至400℃出炉；
在所述调质热处理步骤中，将锻件按功率加热至640～660℃，保温1～1.5h；再加热至840～870℃，锻件均温后进行保温，保温时间按照每100mm锻件外径1h来计算；锻件出炉后进行水冷，水冷时间按照每100mm锻件外径5～6min来计算，水温控制在10～40℃；锻件吊出水槽后，按60℃/h加热至500～560℃进行回火处理，回火保温时间按照每100mm锻件外径2～3h来计算，然后锻件吊出热处理炉空冷至室温。
优选地，在上述材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中，在所述锻造步骤中，锻造开坯时的锻造比控制为大于3，锻造拔长、压圆时的锻造比控制为大于2。
优选地，在上述材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中，在所述锻造步骤之前还包括原料钢锭制备步骤，在所述原料钢锭制备步骤中，阀杆所用的原料钢锭的化学成分按质量百分比控制为：C：0.22～0.35％，Mn：0.20～0.40％，Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50～2.00％，Ni：3.25～3.75％，Mo：0.30～0.60％，V：0.07～0.15％，Cu≤0.15％，Al≤0.010％，Sb≤0.005％，Sn≤0.020％，As≤0.050％；原料钢锭制备过程中所用的气体含量控制为：[H]≤1.5ppm，[O]≤40ppm，[N]≤70ppm；原料钢锭制备方法为碱性电炉冶炼+钢包精炼+真空碳脱氧法。
作为一种具体实施方式，在上述材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中，在所述锻造步骤中，锻造开坯后得到的阀杆锻造坯料的外径尺寸D0控制为315mm，长度尺寸L0控制为1400mm，锻造拔长、压圆后得到的锻件的外径尺寸D1控制为200mm，长度尺寸L1控制为2650mm；在所述预备热处理步骤中，将锻件加热至880～910℃进行正火处理的保温时间控制为4h，将锻件加热至630～660℃进行回火的保温时间控制为8h；在所述调质热处理步骤中，将锻件加热至840～870℃进行锻件均温后的保温时间控制为2h，锻件出炉后进行水冷的时间控制为10～12min，将锻件加热至500～560℃进行回火的保温时间控制为6h。
本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺具有如下技术效果：(1)利用经本发明上述锻造热处理工艺处理过的锻件制造的阀杆的屈服强度及抗拉强度均超过1000MPa，表征材料韧性的指标的冲击功(KV2)超过40MPa，韧脆转变温度FATT50＜10℃；(2)利用经本发明上述锻造热处理工艺处理过的锻件制造的阀杆的晶粒度达到了7级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
图1是本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中锻造坯料的示意图。
图2是本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中锻造拔长后的锻件的示意图。
图3是本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中预备热处理步骤的时序示意图。
图4是本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺中调质热处理步骤的时序示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺包括原料钢锭制备步骤、锻造步骤、预备热处理步骤、调质热处理步骤，其中：
在原料钢锭制备步骤中，阀杆所用的原料钢锭的化学成分按质量百分比控制为：C：0.22～0.35％，Mn：0.20～0.40％，Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50～2.00％，Ni：3.25～3.75％，Mo：0.30～0.60％，V：0.07～0.15％，Cu≤0.15％，Al≤0.010％，Sb≤0.005％，Sn≤0.020％，As≤0.050％；原料钢锭制备过程中所用的气体含量控制为：[H]≤1.5ppm，[O]≤40ppm，[N]≤70ppm；原料钢锭制备方法为碱性电炉冶炼+钢包精炼+真空碳脱氧法；
在锻造步骤中，将上述原料钢锭制备步骤中制得的原料钢锭进行锻造开坯，锻造开坯的锻造比控制为大于3，得到阀杆锻造坯料；将所述坯料装炉加热至1220～1250℃，出炉后进行锻造拔长、压圆，锻造比控制为大于2，得到圆柱体形状的锻件；
在预备热处理步骤中，将所述锻件空冷至表面温度350℃，按功率加热至640～660℃，保温时间1～1.5h；继续加热至880～910℃，保温时间按照每100mm锻件外径2h来计算，将锻件进行空冷；再次按功率加热至回火温度630～660℃，保温时间按照每100mm锻件外径4h来计算，将锻件炉冷至400℃出炉；
在调质热处理步骤中，将锻件按功率加热至640～660℃，保温1～1.5h；再加热至840～870℃，锻件均温后，保温时间按照每100mm锻件外径1h来计算；锻件出炉后进行水冷，水冷时间按照每100mm锻件外径5～6min来计算，锻件冷却时加强水循环，水温控制在10～40℃；锻件吊出水槽后，按60℃/h加热至回火温度500～560℃，保温时间按照每100mm锻件外径2～3h来计算，锻件吊出热处理炉后空冷至室温。
实施例1
以下结合图1、图2、图3和图4具体说明本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺的实施例1。实施例1的工艺包括原料钢锭制备步骤、锻造步骤、预备热处理步骤、调质热处理步骤，其中：
在原料钢锭制备步骤中，阀杆所用的原料钢锭的化学成分按质量百分比控制为：C：0.22～0.35％，Mn：0.20～0.40％，Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50～2.00％，Ni：3.25～3.75％，Mo：0.30～0.60％，V：0.07～0.15％，Cu≤0.15％，Al≤0.010％，Sb≤0.005％，Sn≤0.020％，As≤0.050％；原料钢锭制备过程中所用的气体含量控制为：[H]≤1.5ppm，[O]≤40ppm，[N]≤70ppm；原料钢锭制备方法为碱性电炉冶炼+钢包精炼+真空碳脱氧法；
在锻造步骤中，将上述原料钢锭制备步骤中制得的原料钢锭进行锻造开坯，锻造开坯的锻造比控制为大于3，得到阀杆锻造坯料，其中如图1所示该锻造坯料的外径尺寸D0＝315mm，长度尺寸L0＝1400mm；将所述坯料装炉加热至1250℃，出炉后进行锻造拔长，锻造比控制为2.5，得到的锻件如图2所示外径尺寸D1＝200mm，长度尺寸L1＝2650mm；
在预备热处理步骤中，如图3所示，将以上所得的锻件空冷至表面温度350℃入炉，按功率加热至640～660℃，保温时间t1＝1～1.5h；继续加热至880～910℃，进行正火处理，正火保温时间t2＝4h，将锻件进行空冷；再次按功率加热至630～660℃进行回火处理，回火保温时间t3＝8h，将锻件炉冷至400℃出炉；
在调质热处理步骤中，如图4所示，将锻件按功率加热至640～660℃，保温时间t4＝1～1.5h；再加热至840～870℃，锻件均温后进行保温，保温时间t5＝2h；锻件出炉后进行水冷，水冷时间t6＝10～12min，锻件冷却时加强水循环，水温控制在10～40℃；锻件吊出水槽后，按60℃/h加热至500～560℃进行回火处理，回火保温时间t7＝6h，然后锻件吊出热处理炉空冷至室温。
利用经本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺处理过的锻件制造的阀杆的屈服强度及抗拉强度均超过1000MPa，表征材料韧性的指标的冲击功(KV2)超过40MPa，韧脆转变温度FATT50＜10℃，其晶粒度达到了7级，因此通过本发明的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺可以获得高强度、高冲击韧性的阀杆，完全满足实际需求。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。

Claims (4)

1.一种材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，其特征在于，所述锻造热处理工艺包括锻造步骤、预备热处理步骤、调质热处理步骤，其中：
在所述锻造步骤中，将阀杆所用的原料钢锭进行锻造开坯，得到阀杆锻造坯料；将所述锻造坯料装炉加热至1220～1250℃，出炉后进行锻造拔长、压圆，得到圆柱体形状的锻件；
在所述预备热处理步骤中，将所述锻件空冷至表面温度350℃，按功率加热至640～660℃，保温时间1～1.5h；继续加热至880～910℃进行正火处理，正火保温时间按照每100mm锻件外径2h来计算，将锻件进行空冷；再次按功率加热至630～660℃进行回火处理，回火保温时间按照每100mm锻件外径4h来计算，将锻件炉冷至400℃出炉；
在所述调质热处理步骤中，将锻件按功率加热至640～660℃，保温1～1.5h；再加热至840～870℃，锻件均温后进行保温，保温时间按照每100mm锻件外径1h来计算；锻件出炉后进行水冷，水冷时间按照每100mm锻件外径5～6min来计算，水温控制在10～40℃；锻件吊出水槽后，按60℃/h加热至500～560℃进行回火处理，回火保温时间按照每100mm锻件外径2～3h来计算，然后锻件吊出热处理炉空冷至室温。
2.如权利要求1所述的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，其特征在于，在所述锻造步骤中，锻造开坯时的锻造比控制为大于3，锻造拔长、压圆时的锻造比控制为大于2。
3.如权利要求1所述的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，其特征在于，在所述锻造步骤之前还包括原料钢锭制备步骤，在所述原料钢锭制备步骤中，阀杆所用的原料钢锭的化学成分按质量百分比控制为：C：0.22～0.35％，Mn：0.20～0.40％，Si≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50～2.00％，Ni：3.25～3.75％，Mo：0.30～0.60％，V：0.07～0.15％，Cu≤0.15％，Al≤0.010％，Sb≤0.005％，Sn≤0.020％，As≤0.050％；原料钢锭制备过程中所用的气体含量控制为：[H]≤1.5ppm，[O]≤40ppm，[N]≤70ppm；原料钢锭制备方法为碱性电炉冶炼+钢包精炼+真空碳脱氧法。
4.如权利要求1至3中任一项所述的材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺，其特征在于：
在所述锻造步骤中，锻造开坯后得到的阀杆锻造坯料的外径尺寸D0控制为315mm，长度尺寸L0控制为1400mm，锻造拔长、压圆后得到的锻件的外径尺寸D1控制为200mm，长度尺寸L1控制为2650mm；
在所述预备热处理步骤中，将锻件加热至880～910℃进行正火处理的保温时间控制为4h，将锻件加热至630～660℃进行回火的保温时间控制为8h；
在所述调质热处理步骤中，将锻件加热至840～870℃进行锻件均温后的保温时间控制为2h，锻件出炉后进行水冷的时间控制为10～12min，将锻件加热至500～560℃进行回火的保温时间控制为6h。
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