CN112146914A - 拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，它包括以下步骤：步骤1：对拉紧螺杆钢棒进行组批并确定检测频次；步骤2：设定热处理中拉紧螺杆钢棒间距；步骤3：设定抽样方法；步骤4：设定取试棒方法；步骤5：设定取试样方法；步骤6：力学性能检测。能够有效检测和判定钢棒调质炉次性能是否合格，确保检测结果的真实性和判定结果的科学性，避免误判、错判，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组高强度拉紧螺杆制造质量。本方法具有较高的实用价值和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及水轮发电机高强度拉紧螺杆性能检测技术领域，具体为拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法。
背景技术
乌东德、白鹤滩水轮发电机是由转子和定子两大部分组成的，其中转子又由磁轭和磁极两部分组成，乌东德机组磁轭φ外17000mm×3300mm，是在电站工地采用26190张磁性钢板(750MPa级、单张长1676mm×宽879mm×厚4mm)叠压的，磁极是采用62528张磁性钢板(550MPa级、厚3mm)叠压的，定子是在电站工地采用357000张磁性硅钢片(480MPa级、厚0.5mm)叠压的。磁轭钢板、磁极钢板及定子硅钢片叠压后，必须采用拉紧螺杆紧固后才能确保机组安全稳定运行。拉紧螺杆承受很大的拉伸、剪切等应力，是关键受力部件，过去某电站巨型机组运行过程中，曾发生过多根拉紧螺杆断裂事故。
目前，乌东德、白鹤滩所采用的水轮发电机主要采购于哈电、东电、GE天津、上海福伊特。目前尚无专门的拉紧螺杆钢棒国家或行业标准，哈电、东电、GE天津、上海福伊特等四家主机厂拉紧螺杆钢棒(简称钢棒)理化性能指标主要套用《GB/T 3077合金结构钢》、《JB/T6396大型合金结构钢锻件技术条件》，但力学性能检测抽样取试棒及取样无统一方法，四家主机厂采购规范要求调质后对该炉钢棒100％或抽10％～20％手打端面硬度，再从中抽硬度值最高、最低钢棒各1根进行力学性能检测。
根据三峡业主《乌东德、白鹤滩水轮发电机组设备采购合同》规定，拉紧螺杆钢棒在其制造厂自检、主机厂复检合格的基础上，授权我们长江三峡技术经济发展有限公司(监造方)代表业主方还要抽样并委托第三方独立检测机构进行检测(简称业主方检测)，并最终由监造判定合格后才允许投入使用。
目前，甲、乙两家拉紧螺杆制造厂(简称制造厂)是国内也是世界上最大的拉紧螺杆专业化制造企业，从特钢厂采购轧制棒材回厂，并采用多钢棒立体矩阵打捆式调质使之满足性能要求。
但是，采用上述的热处理方法，在后续性能检测中发现，拉紧螺杆钢棒冲击吸收能量(KV2，简称冲击性能)不稳定，且制造厂现场手打钢棒端面最高、最低硬度值在合格范围内，而主机厂、业主方实验室机打硬度超标。通过深入甲乙两制造厂，从人、机、料、法、环、测等各环节查找和分析原因，经艰苦工作，最终发现：钢棒打捆式调质每吊层数过多、钢棒间距过小可能造成钢棒性能不均匀、不稳定；而力学性能检测采用端面硬度法抽样可能不能真实反映这种打捆式调质细长杆件钢棒性能不均匀、不稳定问题。
因此，需要对现有的甲、乙两家拉紧螺杆制造厂的热处理工艺以及后续的力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法进行规范化，以保证拉紧螺杆的力学性能和化学性能满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，本方法经实践应用证明，能够倒逼制造厂合理控制热处理每吊钢棒层数、钢棒间距，改善和优化冷却条件，提高钢棒淬透能力——以便获得理想的金相组织，从而获得稳定、优良的综合力学性能；能够有效检测和判定钢棒调质炉次性能是否合格，确保检测结果的真实性和判定结果的科学性，避免误判、错判，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组高强度拉紧螺杆制造质量。本方法具有较高的实用价值和经济价值。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤1：对拉紧螺杆钢棒进行组批并确定检测频次；
步骤2：设定热处理中拉紧螺杆钢棒间距；
步骤3：设定抽样方法；
步骤4：设定取试棒方法；
步骤5：设定取试样方法；
步骤6：力学性能检测。
所述步骤1中组批及检测频次具体方法为：
a)同牌号、同尺寸规格、同熔炼炉号、同炉热处理的钢棒为一批；
b)制造厂每批检测，主机厂、业主方检测频次分别由主机厂、业主方自定。
3、根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤2中拉紧螺杆钢棒间距具体设定方法为：
a)热处理加热装炉拉紧螺杆钢棒间距由制造厂确定，参考间距见表1；
表1热处理加热装炉钢棒间距
b)淬火、回火每吊钢棒层数由制造厂确定，参考层数见表2；
表2淬火、回火每吊钢棒层数
所述步骤3中抽放方法具体为：
步骤3.1，钢棒编号：除炉批号外，制造厂还应对每批钢棒按热处理位置顺序编号；
步骤3.2，制造厂自检抽样：制造厂自检抽样，每批钢棒随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置随机抽取1根钢棒；
步骤3.3，主机厂复检抽样：主机厂复检抽样，在制造厂抽样之外的其余吊中随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置随机抽取1根钢棒；
步骤3.4，业主方检测抽样：
a)随机共用制造厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
b)共用主机厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
c)共用的上述2根钢棒，其中1根钢棒应取自中部位置，另1根钢棒应取自边缘位置。
所述步骤4中取试棒具体方法：
制造厂、主机厂、业主方分别从抽取或共用的2根钢棒上各取1段试棒，用于力学性能及化学成分检测；
其中取试棒长度见表3：
表3取试棒长度
所述步骤5中取试样具体方法：
试棒长度方向取试样起始位置应从试棒L/2位置开始取拉伸、冲击试样；所述L为试棒长度。
所述步骤6中力学性能检测具体方法：
a)制造厂、主机厂、业主方一个检测批力学性能和化学成分，检测2根钢棒的试棒；
b)2根钢棒的试棒力学性能和化学成分均合格，则判定该批钢棒力学性能和化学成分合格；
c)监造方对制造厂自检、主机厂复检、业主方检测报告进行审核，并作出判定。
本发明有如下有益效果：
本方法经实践应用证明，能够倒逼制造厂合理控制热处理每吊钢棒层数、钢棒间距，改善和优化冷却条件，提高钢棒淬透能力——以便获得理想的金相组织，从而获得稳定、优良的综合力学性能；能够有效检测和判定钢棒调质炉次性能是否合格，确保检测结果的真实性和判定结果的科学性，避免误判、错判，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组高强度拉紧螺杆制造质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为实施例1中钢棒热处理曲线。
图2为实施例1中钢棒A、B两端面D/4位置打硬度。
图3为实施例1中在钢棒A端划线、编号示意图。
图4为实施例1中检测1/2、两个1/4位置硬度示意图。
图5为实施例1中取试棒位置示意图。
图6为实施例1中T20190117金相组织图。
图7为实施例1中T20190803断口金相组织图。
图8为实施例1中T20190117金相组织。
图9为实施例1中T20190803金相组织。
图10为实施例1中T20190117金相组织。
图11为实施例1中T20190803金相组织。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
1技术背景
1.1拉紧螺杆是关键受力部件
乌东德、白鹤滩水轮发电机是由转子和定子两大部分组成的，其中转子又由磁轭和磁极两部分组成，乌东德机组磁轭φ外17000mm×3300mm，是在电站工地采用26190张磁性钢板(750MPa级、单张长1676mm×宽879mm×厚4mm)叠压的；磁极是采用62528张磁性钢板(550MPa级、厚3mm)叠压的；定子是在电站工地采用357000张磁性硅钢片(480MPa级、厚0.5mm)叠压的。
磁轭钢板、磁极钢板及定子硅钢片叠压后，必须采用拉紧螺杆紧固后才能确保机组安全稳定运行。拉紧螺杆承受很大的拉伸、剪切等应力，是关键受力部件，过去某电站巨型机组运行过程中，曾发生过多根拉紧螺杆断裂事故。
乌东德、白鹤滩水轮发电机拉紧螺杆材质牌号、规格、数量、力学性能见表1，这些拉紧螺杆强度高，且属细长杆件。
表1乌东德、白鹤滩机组拉紧螺杆
1.2制造过程存在的问题
目前尚无专门的拉紧螺杆钢棒国家或行业标准，哈电、东电、GE天津、上海福伊特等四家主机厂拉紧螺杆钢棒(简称钢棒)理化性能指标主要套用《GB/T 3077合金结构钢》、《JB/T 6396大型合金结构钢锻件技术条件》，但力学性能检测抽样取试棒及取试棒无统一方法，四家主机厂采购规范要求调质后对该炉钢棒100％或抽10％～20％手打端面硬度，再从中抽硬度值最高、最低钢棒各1根进行力学性能检测。
根据三峡业主《乌东德、白鹤滩水轮发电机组设备采购合同》规定，拉紧螺杆钢棒在其制造厂自检、主机厂复检合格的基础上，授权长江三峡技术经济发展有限公司(监造方)代表业主方还要抽样并委托第三方独立检测机构进行检测(简称业主方检测)，并最终由监造判定合格后才允许投入使用。
甲乙两家拉紧螺杆制造厂(简称制造厂)是国内也是世界上最大的拉紧螺杆专业化制造企业，从特钢厂采购轧制棒材回厂，并采用多钢棒立体矩阵打捆式调质使之满足性能要求。
如乙制造厂生产的某主机厂拉紧螺杆钢棒34CrNiMo(M45×3925)，从东北特钢采购轧制棒料回厂，再进行调质——淬火(油)+回火(水)+回火(水)：一炉共2吊加热860℃→一次吊1吊进行淬火(油，两次淬火完)→一炉共2吊加热560℃→一次吊1吊进行回火(水，两次回火完)→一炉共2吊加热560℃→一次吊1吊进行回火(水，两次回火完)。
钢棒调质后，经过对该炉2吊钢棒拆捆、矫直、平端面，再采用便携式硬度计对每根钢棒(100％)端面手打硬度，从中抽取硬度值最高、最低各1根钢棒，并从钢棒一端开始取试棒、试样，先后由制造厂、主机厂、业主方进行力学性能检测。
检测中发现，拉紧螺杆钢棒冲击吸收能量(KV2，简称冲击性能)不稳定，且制造厂现场手打钢棒端面最高、最低硬度值在合格范围内，而主机厂、业主方实验室机打硬度超标。
甲乙两制造厂解决性能不合格的方法，往往采用重新进行一次或多次回火热处理，甚至重新进行淬火。2019年第19期监造周报反馈乌东德机组拉紧螺杆因性能不合格，经反复复试、多次热处理，已严重影响交货进度，见表2。
表2监造周报
如乙制造厂生产的某主机厂乌东德机组拉紧螺杆钢棒(34CrNiMo，φ45mm×3925mm，炉批号T20170615)，前后进行了4次热处理，历时1年零3个月，最终因冲击性能、硬度不合格报废(见表3)。该类拉紧螺杆钢棒一次热处理(淬火+回火+回火)合格率仅为50％～60％。
表3炉批号T20170615拉紧螺杆钢棒热处理次数及性能
深入甲乙两制造厂，从人、机、料、法、环、测等各环节查找和分析原因，经艰苦工作，最终发现：钢棒打捆式调质每吊层数过多、钢棒间距过小(如每吊5层，每层17根钢棒)可能造成钢棒性能不均匀、不稳定；而力学性能检测采用端面硬度法抽样可能不能真实反映这种打捆式调质细长杆件钢棒性能不均匀、不稳定问题。
1.3试验验证
1.3.1试验过程
2019年7月底，在甲制造厂进行试验验证，试验钢棒材质42CrMo，规格为φ44mm×3546mm。钢棒加热装炉共8层，淬火、回火每吊4层，层间距30mm，横向间距>20mm，调质采用淬火(油)+回火(水)，热处理曲线见图1，炉批号为9080073E/T20190725T4。
对调质后两吊钢棒进行编号，见表4、表5，甲制造厂抽取60#钢棒进行自检，结果性能合格，见表6。
表6 60#钢棒性能检测结果
将两吊钢棒拆散，并对第1吊每根钢棒两端分别编号A、B，钢棒矫直后平端面。
在第1吊钢棒A、B两端面D/4位置见图2，采用便携式里氏硬度计手打硬度，结果见表7。
表7钢棒A、B两端面手打硬度值
抽取15#、22#、28#钢棒，在钢棒A端划线和编号见图3，下料并委托第三方检测机构上海材料研究所(简称上材所)进行检测，结果见表8、表9。
表8钢棒化学成分、拉伸、冲击性能(上材所检测)
表9钢棒硬度值
1.3.2试验结果分析
拉紧螺杆钢棒采用调质热处理，在材料化学成分、轧制工艺、热处理加热条件(加热温度、保温时间)等一定情况下，钢棒力学性能则与淬火入油及回火入水时刻钢棒温度、钢棒在油(水)中的冷却速度密切相关。故我们称同一热处理吊中入油(水)时刻温度较低(可能提前发生组织转变)及入油(水)后冷却又较快的边缘位置钢棒(如表10中1#、9#、28#、36#)、入油(水)时刻温度损失较少及入油(水)后冷却又较慢的中部位置钢棒(如表10中13#、14#、15#、22#、23#、24#)为特定位置钢棒。这些特定位置钢棒质量得到控制则整吊钢棒质量就得到了控制。
表10中部位置、边缘位置钢棒
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# |
| 10# | 11# | 12# | 13# | 14# | 15# | 16# | 17# | 18# |
| 19# | 20# | 21# | 22# | 23# | 24# | 25# | 26# | 27# |
| 28# | 29# | 30# | 31# | 32# | 33# | 34# | 35# | 36# |
1.3.2.1拉伸、冲击性能
同一吊不同位置钢棒拉伸、冲击性能：
从表8可知，同一吊处于较中部位置的15#、22#钢棒与处于边缘位置的28#钢棒其拉伸、冲击性能接近，即同一吊不同位置钢棒拉伸、冲击性能比较均匀。
本次验证，一吊钢棒为4层，且钢棒之间的间距横＞20mm、纵30mm，显著改善了淬火、回火时中部位置钢棒的冷却条件，获得了优良的力学性能。
如果每吊调质钢棒层数过多、钢棒之间的间距小，淬火或回火时中间部分的油(水)汽化而外部温度低的油(水)进不去，造成中间位置钢棒冷却速度过低其淬火、回火效果不佳——不能获得理想组织，最终钢棒性能不均匀、不稳定。
当然，并非钢棒间距越大越好。间距越大，钢棒从出炉——淬火入油或回火入水吊运期间降温越大，可能造成钢棒入油(水)时刻温度偏低，也无法获得理想组织，从而无法获得稳定、优良的综合力学性能；同时，生产效率低、成本高。
同一根钢棒不同长度位置拉伸、冲击性能：
从表8可知，同一根钢棒长度方向，靠端面段塑性、冲击性能最好；靠1/4位置段塑性、冲击性能略有下降，强度略有升高；靠1/2位置段塑性、冲击性能再略有下降，强度再略有升高。这是符合冷却速度与性能关系规律的，本次热处理显著改善了冷却条件——总体冷却均匀，但同一根钢棒长度方向还会存在一定差异：端面段冷却速度略>1/4段冷却速度略>1/2段冷却速度。
1.3.2.2硬度检测方法
台式布氏硬度计检测：
台式布氏硬度计，机打原理：是把一定直径的钢球，在一定试验力作用下，以一定的速度压入试样表面，经规定的试验力保持时间后卸除试验力，载荷P与压痕表面积F的比值即为布氏硬度值(HB)＝P/F。特点：
a)检测值真实准确；
b)检测条件：试样支撑面、钢球压入面都应是平面，且试样高受到限制；
c)台式布氏硬度计适宜在试验室内检测，不适宜在生产现场机打细长拉紧螺杆钢棒本体外圆面、两端面硬度。
里氏硬度计检测：
里氏硬度计为便携式，手打原理：具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度，以冲击体回跳速度与冲击速度之比来表示：里氏硬度值(HLD)＝1000×(冲击体回跳速度/冲击体冲击速度)。特点：
a)里氏硬度准确性不太高，里氏硬度值(HLD)可自动转换成布氏硬度值(HB)，但有转换误差；
b)里氏硬度计携带方便、灵活，但有条件：一般试样重量≥5Kg，且应平放稳定，测量杆持水平位置；
c)目前甲乙两家制造厂及主机厂采用里氏硬度计手打乌东德、白鹤滩拉紧螺杆钢棒本体(大于20Kg)端面硬度，但如果钢棒在钢架上放置不稳定，也会影响检测值；
d)检测长度方向1/2、两个1/4位置硬度值见图4，更能反映钢棒整体硬度，但经对T20190117/DF31-0427钢棒外圆表面下不同深度位置检测结果见表11，从表11可知，外圆表面加工掉氧化皮、脱碳软层0.7mm后其硬度值与截面1/4D位置硬度相近，但因钢棒仅预留了1mm左右余量，如去掉0.7mm余量后就不能保证拉紧螺杆精加工，故里氏硬度计无法用于检测钢棒本体长度方向不同位置硬度。
表11钢棒外圆不同深度硬度值(34CrNiMo，φ45mm)
1.3.2.3硬度值
同一吊不同位置钢棒端面硬度值：
从表7可知，现场用里氏硬度计手打1#～36#钢棒A、B端面硬度值分布无规律，如以此抽样：
a)若以钢棒A端硬度值抽样：可抽到硬度值最高的钢棒处于中部位置、硬度值最低的钢棒处于边缘或靠边缘位置，见表12、表13；
b)若以钢棒B端硬度值抽样：抽到硬度值最高的钢棒靠边缘位置、硬度值最低的钢棒既有略靠中部位置的也有靠边缘位置的，见表12、表14；
表12按最高硬度值、最低硬度值抽样
c)目前有要求每炉100％钢棒手打硬度，但仅随机抽打钢棒一端硬度，若抽打到A端，则按最高、最低硬度值可能抽到特定位置钢棒，若抽打到B端，则按最高、最低硬度值都抽不到特定位置钢棒；也有要求每炉仅抽10～20％钢棒手打一端硬度，在10％～20％钢棒中要抽到特定位置钢棒的概率更低。
同一钢棒不同长度位置硬度值：
从表9可知，上材所检测15#、22#、28#钢棒长度方向不同位置硬度值：
a)手打硬度值：同一根钢棒长度方向端面硬度值、1/4位置截面硬度值、1/2位置截面硬度值之间的差异无规律；
b)机打硬度值：同一根钢棒长度方向端面硬度值<1/4位置截面硬度值<1/2位置截面硬度值，这与其长度方向端面段强度值<1/4位置段强度值<1/2位置段强度值变化规律是一致的，也符合冷却差异规律。
手打、机打硬度值对比：
手打、机打硬度值对比见表15。
表15手打、机打硬度值对比
从表15可知：
a)上材所手打硬度值远低于乙制造厂现场手打硬度值，两者差异呈非比例关系——上材所是在试棒φ44mm×180mm(2.1Kg，竖放)端面手打硬度，现场是在钢棒φ44mm×3546mm(42.3Kg，平放)端面手打硬度，即上材所手打硬度值过低主要是由于试棒重量太小没有耦合在支架、钢棒竖放——测量时冲击速度有+g加速度、反跳速度有-g加速度造成的；
b)机打硬度值与手打硬度值差异大，两者差异呈非比例关系——按乙制造厂手打A端面硬度值排列：22#钢棒硬度值>15#钢棒硬度值>28#钢棒硬度值；而按上材所机打A端面硬度值排列：15#钢棒硬度值>22#钢棒硬度值>28#钢棒硬度值；即按手打硬度值最高应抽22#钢棒，而按机打硬度值最高则应抽15#钢棒；若对该吊36根钢棒A端面全部进行机打硬度，其最高、最低硬度值的排列可能与手打硬度值的排列完全不同，这是由于手打硬度值波动较大、可靠性较差造成的；
c)加之钢棒长度方向硬度值是变化的，更增加了手打端面硬度值与钢棒整体硬度值之间关系的不确定性。
1.3.3结论
a)采用力学性能检测“基于热处理位置”抽样、取试棒及取试样方法，倒逼制造厂合理控制热处理每吊钢棒层数、钢棒间距，有利于改善和优化冷却条件、提高钢棒淬透能力，有利于获得理想组织，提升钢棒综合力学性能及性能均匀性、一致性、稳定性；
b)细长杆件钢棒、多钢棒立体矩阵打捆式热处理，检测钢棒长度方向1/2L、两个1/4L位置其外圆0.7mm深度处硬度较能反映钢棒整体硬度值，但因钢棒余量小且不便机打难以实现；采用手打(硬度值波动性又较大)端面硬度很难反映这种热处理方式细长杆件钢棒之间真实硬度相对值；
c)采用力学性能检测“基于热处理位置”抽样，即在淬火(回火)吊的中部和边缘特定位置各抽1根钢棒检测，兼顾了入油(水)时刻不同位置钢棒温度差异、入油(水)后冷却速度差异对性能的影响——组织、性能差异，是细长杆件钢棒、多钢棒立体矩阵打捆式调质后力学性能检测最适宜的抽样方法；
d)细长杆件钢棒、多钢棒立体矩阵打捆式调质，钢棒长度方向不同位置力学性能存在差异，鉴于拉紧螺杆是关键受力部件，宜在钢棒性能相对较低的长度方向1/2L位置开始取试棒、取试样进行检测。
2具体实施方式
基于上述背景分析及验证，本发明提供一种水轮发电机高强度拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测“基于热处理位置”的抽样、取试棒及取试样方法，该方法能够倒逼制造厂合理控制热处理每吊钢棒层数、钢棒间距——以便获得理想的金相组织，从而获得稳定、优良的综合力学性能；能够有效检测和判定钢棒调质炉次性能是否合格，确保检测结果的真实性和判定结果的科学性，避免误判、错判，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组高强度拉紧螺杆制造质量。
本发明采用以下技术方案：
步骤1，对拉紧螺杆钢棒进行组批并确定检测频次：
a)同牌号、同尺寸规格、同熔炼炉号、同炉热处理的钢棒为一批；
b)制造厂每批检测，主机厂、业主方检测频次分别由主机厂、业主方自定。
步骤2，设定热处理中拉紧螺杆钢棒间距：
a)热处理加热装炉拉紧螺杆钢棒间距由制造厂确定，参考间距见表16；
表16热处理加热装炉钢棒间距
b)淬火、回火每吊钢棒层数由制造厂确定，参考层数见表17。
表17淬火、回火每吊钢棒层数
步骤3，设定抽样方法：
步骤3.1，钢棒编号：除炉批号外，制造厂还应对每批钢棒按热处理位置顺序编号，如表18(该吊4层，每层9根钢棒)所示。
表18钢棒按热处理位置顺序编号
| 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# |
| 10# | 11# | 12# | 13# | 14# | 15# | 16# | 17# | 18# |
| 19# | 20# | 21# | 22# | 23# | 24# | 25# | 26# | 27# |
| 28# | 29# | 30# | 31# | 32# | 33# | 34# | 35# | 36# |
步骤3.2，制造厂自检抽样：制造厂自检抽样，每批钢棒随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置(如表18中13#、14#、15#、22#、23#、24#)随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置(如表18中1#、9#、28#、36#)随机抽取1根钢棒。
步骤3.3，主机厂复检抽样：主机厂复检抽样，在制造厂抽样之外的其余吊中随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置(与表18中13#、14#、15#、22#、23#、24#相应位置)随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置(与表18中1#、9#、28#、36#相应位置)随机抽取1根钢棒。
步骤3.4，业主方检测抽样：
a)随机共用制造厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
b)共用主机厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
c)共用的上述2根钢棒，其中1根钢棒应取自中部位置，另1根钢棒应取自边缘位置。
步骤4，设定取试棒方法：
制造厂、主机厂、业主方分别从抽取(或共用)的2根钢棒上各取1段试棒，用于力学性能(化学成分)检测，取试棒位置(制造厂应在试棒L/2位置标识箭头)及取试棒长度见图5、表19：
表19取试棒长度
步骤5，设定取试样方法：
试棒长度方向取试样起始位置应从图5所示试棒箭头所指端(原钢棒L/2位置)开始取拉伸、冲击等试样。
步骤6，力学性能检测：
a)制造厂、主机厂、业主方一个检测批力学性能和化学成分，检测2根钢棒的试棒；
b)2根钢棒的试棒力学性能和化学成分均合格，则判定该批钢棒力学性能和化学成分合格；
c)监造方对制造厂自检、主机厂复检、业主方检测报告进行审核，并作出判定。
3应用效果
3.1批量应用效果
2019年10月开始执行本方法以来，甲乙两制造厂各自已经调质热处理乌东德、白鹤滩、长龙山等机组不同牌号、不同规格钢棒数十炉次，经检测，力学性能一致性、均匀性、稳定性显著提升，一次热处理性能合格率达98％以上。
甲制造厂调质其中白鹤滩机组磁极拉紧螺杆钢棒(42CrMo，φ45mm×3560mm)2炉共336根，甲制造厂、东电、业主方(上材所)钢棒抽样位置见表20、表21，力学性能检测结果见表22。
乙制造厂调质其中乌东德机组磁轭拉紧螺杆钢棒(34CrNiMo，φ45mm×3925mm)7炉共620根，乙制造厂、上海福伊特(莱茵技术上海)、业主方(上材所)力学性能检测结果见表23。同时，乙制造厂调质工艺还由原来的“淬火(油)+回火(水)+回火(水)”简化为“淬火(油)+回火(水)”，显著降低了生产成本，提高了生产效率。
甲制造厂抽样：168#、145#；东电抽样：45#、72#；业主方抽样：45#、154#，见表20。
表20 T20191220T1抽样位置
甲制造厂抽样：213#、229#；东电抽样：169#、185#；业主方抽样：13#、185#，见表21。
表21 T20191221T1抽样位置
表22白鹤滩机组磁极拉紧螺杆钢棒(42CrMo，φ45mm×3560mm)力学性能
表23乌东德机组磁轭拉紧螺杆钢棒(34CrNiMo，φ45mm×3925mm)力学性能
本方法应用前调质的钢棒(炉批号T20190117)、应用后调质的钢棒(炉批号T20190803)理化性能对比见表24、表25。
表24磁轭拉紧螺杆钢棒(34CrNiMo，Φ45mm)力学性能
表25磁轭拉紧螺杆钢棒(34CrNiMo，Φ45mm)化学成分％
从表24可知，本方法应用后调质的钢棒(炉批号T20190803)其塑性尤其是冲击性能显著优于本方法应用前调质的钢棒(炉批号T20190117)；从表25可知，两钢棒化学成分接近，即两钢棒性能差异不是化学成分造成的。
从图6、图7可知，前钢棒冲击断口形貌呈沿晶、韧窝、解理特征，后钢棒冲击断口形貌呈韧窝特征，所以后钢棒冲击性能大幅高于前钢棒。
从图8、图9、图10、图11可知，两钢棒组织均为回火马氏体，但后钢棒马氏体组织更细小、且部分碳化物已球化，冲击性能又对金相组织特别敏感，即后钢棒调质效果好并获得了理想的金相组织，这就是后钢棒冲击性能显著优于前钢棒的原因。
3.3本发明有益效果
本方法经实践应用证明，能够倒逼制造厂合理控制热处理每吊钢棒层数、钢棒间距，改善和优化冷却条件，提高钢棒淬透能力——以便获得理想的金相组织，从而获得稳定、优良的综合力学性能；能够有效检测和判定钢棒调质炉次性能是否合格，确保检测结果的真实性和判定结果的科学性，避免误判、错判，确保乌东德、白鹤滩等巨型水电机组高强度拉紧螺杆制造质量。本方法具有较高的实用价值和经济价值。
以上内容是结合具体的实施事例对本发明的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的替换，都应当视为属于本发明的专利保护范围。
Claims (7)
1.水轮发电机拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤1：对拉紧螺杆钢棒进行组批并确定检测频次；
步骤2：设定热处理中拉紧螺杆钢棒间距；
步骤3：设定抽样方法；
步骤4：设定取试棒方法；
步骤5：设定取试样方法；
步骤6：力学性能检测。
2.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤1中组批及检测频次具体方法为：
a)同牌号、同尺寸规格、同熔炼炉号、同炉热处理的钢棒为一批；
b)制造厂每批检测，主机厂、业主方检测频次分别由主机厂、业主方自定。
3.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤2中拉紧螺杆钢棒间距具体设定方法为：
a)热处理加热装炉拉紧螺杆钢棒间距由制造厂确定，参考间距见表1；
表1热处理加热装炉钢棒间距
b)淬火、回火每吊钢棒层数由制造厂确定，参考层数见表2。
表2淬火、回火每吊钢棒层数
4.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤3中抽样方法具体为：
步骤3.1，钢棒编号：除炉批号外，制造厂还应对每批钢棒按热处理位置顺序编号；
步骤3.2，制造厂自检抽样：制造厂自检抽样，每批钢棒随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置随机抽取1根钢棒；
步骤3.3，主机厂复检抽样：主机厂复检抽样，在制造厂抽样之外的其余吊中随机抽取一吊：
a)在该吊中部位置随机抽取1根钢棒；
b)再在该吊边缘位置随机抽取1根钢棒；
步骤3.4，业主方检测抽样：
a)随机共用制造厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
b)共用主机厂抽取的2根钢棒中其中1根钢棒；
c)共用的上述2根钢棒，其中1根钢棒应取自中部位置，另1根钢棒应取自边缘位置。
5.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤4中取试棒具体方法：
制造厂、主机厂、业主方分别从抽取或共用的2根钢棒上各取1段试棒，用于力学性能及化学成分检测；
其中取试棒长度见表3：
表3取试棒长度
6.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤5中取试样具体方法：
试棒长度方向取试样起始位置应从试棒L/2位置开始取拉伸、冲击试样；所述L为试棒长度。
7.根据权利要求1所述的拉紧螺杆钢棒调质后力学性能检测的抽样、取试棒及取试样方法，其特征在于，所述步骤6中力学性能检测具体方法：
a)制造厂、主机厂、业主方一个检测批力学性能和化学成分，检测2根钢棒的试棒；
b)2根钢棒的试棒力学性能和化学成分均合格，则判定该批钢棒力学性能和化学成分
合格；
c)监造方对制造厂自检、主机厂复检、业主方检测报告进行审核，并作出判定。
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