CN112553419B - 一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，其步骤包括：对焊前的马氏体合金钢轮盖和轮盘进行包括正火处理、淬火处理和回火处理的预备热处理；将所述预备热处理后的轮盖和轮盘焊接成型为叶轮；将焊接成型的叶轮进行消应力处理；对消应力处理后的叶轮进行包括低温淬火处理和回火处理的性能热处理。本发明提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，在满足材料设计强度要求的情况下，能够有效提高焊缝位置的冲击功。

Description

一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法。
背景技术
焊接叶轮通常是由轮盖和轮盘焊接而成，传统的焊接叶轮热处理工艺方案为叶轮焊接后进行消应力处理，然后进行性能热处理，即焊材、母材和热影响区采用相同的热处理工艺参数，因此焊缝位置则是叶轮的薄弱环节，特别是焊缝位置的冲击功较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，在满足材料设计强度要求的情况下，有效提高焊缝位置的冲击功。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，包括如下步骤：
对焊前的马氏体合金钢轮盖和轮盘进行包括正火处理、淬火处理和回火处理的预备热处理；
将所述预备热处理后的轮盖和轮盘焊接成型为叶轮；
将焊接成型的叶轮进行消应力处理；
对消应力处理后的叶轮进行包括低温淬火处理和回火处理的性能热处理。
进一步地，所述轮盖和轮盘预备热处理的正火处理、淬火处理和回火处理工艺为：
正火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至650～750℃保温1～5h后，再以≤150℃/h的加热速度加热至940～1000℃，保温时间不小于2小时，然后出炉空冷；
淬火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至650～750℃保温1～5h后，再以≤150℃/h的加热速度加热至940～1000℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述轮盖和轮盘在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至600～750℃，保温时间不小于3小时，然后出炉空冷。
进一步地，所述焊接成型的叶轮消应力处理工艺为：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至680～750℃，保温时间不小于4小时，再以≤50℃/h的降温速度降低至300℃以下后出炉空冷。
进一步地，所述消应力处理后的叶轮性能热处理的低温淬火处理和回火处理工艺为：
低温淬火处理：将所述叶轮在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至800～900℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至550～660℃，保温时间不小于3小时，然后出炉空冷。
本发明提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，在叶轮焊接前先对轮盖和轮盘进行包括正火处理、淬火处理和回火处理的预备热处理，然后将预备热处理后的轮盖和轮盘焊接成叶轮，再对焊接叶轮进行消应力处理和包括低温淬火处理和回火处理的性能热处理。通过上述热处理工序，叶轮的轮盖和轮盘母材经过了正火处理、淬火处理、回火处理、低温淬火处理和回火处理，焊缝经过了低温淬火处理和回火处理，这样叶轮母材和焊缝位置经过不同的热处理工艺，使得叶轮在满足设计力学性能的前提下，能够有效提高焊缝位置的冲击功。
附图说明
图1为本发明实施例提供的马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法的流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，包括如下步骤：
对焊前的马氏体合金钢轮盖和轮盘进行包括正火处理、淬火处理和回火处理的预备热处理；
将所述预备热处理后的轮盖和轮盘焊接成型为叶轮；
将焊接成型的叶轮进行消应力处理；
对消应力处理后的叶轮进行包括低温淬火处理和回火处理的性能热处理。
其中，所述轮盖和轮盘预备热处理的正火处理、淬火处理和回火处理工艺为：
正火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至650～750℃保温1～5h后，再以≤150℃/h的加热速度加热至940～1000℃，保温时间不小于2小时，然后出炉空冷；
淬火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至650～750℃保温1～5h后，再以≤150℃/h的加热速度加热至940～1000℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述轮盖和轮盘在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至600～750℃，保温时间不小于3小时，然后出炉空冷。
其中，所述焊接成型的叶轮消应力处理工艺为：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至680～750℃，保温时间不小于4小时，再以≤50℃/h的降温速度降低至300℃以下后出炉空冷。
其中，所述消应力处理后的叶轮性能热处理的低温淬火处理和回火处理工艺为：
低温淬火处理：将所述叶轮在≤500℃装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至800～900℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至550～660℃，保温时间不小于3小时，然后出炉空冷。
下面以KMN钢材质的叶轮为例，对本发明提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法做具体说明。
实施例1
生产Φ450mm的KMN钢材质的叶轮，先在叶轮焊接前对轮盖和轮盘进行正火处理、淬火处理和回火处理；叶轮焊接成型后对叶轮进行消应力处理和包括低温淬火处理和回火处理的最终性能热处理。具体工艺过程和对工艺参数的控制如下：
1)叶轮轮盖和轮盘预备热处理
正火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘在350℃装炉，然后以100℃/h的加热速度加热至660℃，保温1h后，再以120℃/h的加热速度加热至1000℃保温2h，然后出炉空冷。
淬火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘在300℃装炉，以120℃/h的加热速度加热至700℃，保温1h后，再以110℃/h的加热速度加热至980℃保温2h，然后出炉油冷。
回火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘180℃装炉，以90℃/h的加热速度加热至700℃，保温3h后，然后出炉空冷。
2)叶轮焊接成型后进行消应力处理
将KMN钢材质的轮盖和轮盘焊接成叶轮，然后将焊接成型的叶轮在280℃装炉，以35℃/h的加热速度加热至740℃，保温5h，然后以40℃/h的降温速度降低至230℃出炉空冷。
3)对消应力处理后的叶轮进行性能热处理
低温淬火处理：将消应力处理后的叶轮在400℃装炉，然后以110℃/h的加热速度加热至840℃，保温2h后出炉油冷。
回火处理：再将叶轮在220℃装炉，以80℃/h的加热速度加热至580℃，保温3h后，出炉后空冷。
经过上述热处理后，KMN钢材质的叶轮的力学性能如表1所示。
表1
Figure BDA0002744392310000051
将两件同批的规格为150×300×20mm的试样焊接成302×300×
20mm的焊接试板，模拟热处理后的焊接力学性能，焊接试板的力学性能如表2所示。
表2
Figure BDA0002744392310000052
从表1和表2的数据可以看出，本实施例1的叶轮经热处理后，在其屈服强度为800MPa以上时，其焊缝位置的冲击功可以达到30J以上。而传统热处理后的叶轮母材的冲击功虽然可以达到40J以上，但其叶轮焊缝位置的冲击功比27J还要低。由此可以说明，本发明实施例提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，能够有效提高叶轮焊缝处的冲击功。
实施例2
生产Φ720mm的KMN钢材质的叶轮，先在叶轮焊接前对轮盖和轮盘进行正火处理、淬火处理和回火处理；叶轮焊接成型后对叶轮进行消应力处理和包括低温淬火处理和回火处理的最终性能热处理。具体工艺过程和对工艺参数的控制如下：
1)叶轮轮盖和轮盘预备热处理
正火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘在280℃装炉，然后以130℃/h的加热速度加热至700℃，保温2h后，再以120℃/h加热速度加热至960℃保温4h，然后出炉空冷。
淬火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘在300℃装炉，然后以110℃/h的速度加热至600℃，保温2h后，再以110℃/h加热至960℃保温4h，然后出炉油冷。
回火处理：将KMN钢材质的轮盖和轮盘在180℃装炉，然后以60℃/h的速度加热至710℃，保温6h后，然后出炉空冷。
2)叶轮焊接成型后进行消应力处理
将KMN钢材质的轮盖和轮盘焊接成叶轮，然后将焊接成型的叶轮在100℃装炉，并且以20℃/h升温速度加热至700℃，保温时间6h，然后以25℃/h降温速度降低至200℃后出炉空冷。
3)对消应力处理后的叶轮进行性能热处理
低温淬火处理：将消应力处理后的叶轮在160℃装炉，以100℃/h的升温速度加热至900℃，保温2.5h后，然后出炉油冷。
回火处理：再将叶轮在180℃装炉，以50℃/小时升温速度加热至620℃保温3h后，出炉后空冷。
经过上述热处理后，KMN钢材质的叶轮的力学性能如表3所示。
表3
Figure BDA0002744392310000071
将两件同批的规格为150×300×20mm的试样焊接成302×300×20mm的焊接试板，模拟热处理后的焊接力学性能，焊接试板的力学性能如表4所示。
表4
Figure BDA0002744392310000072
从表3和表4的数据可以看出，本实施例2叶轮经热处理后，在其屈服强度为700MPa以上时，其焊缝位置的冲击功可以达到50J以上。而传统热处理后的叶轮母材的冲击功虽然可以达到120J，但其叶轮焊缝位置的冲击功却只有27J左右。由此可以说明，本发明实施例提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，能够有效提高叶轮焊缝处的冲击功。
本发明提供的一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，通过合理分配热处理工序，在叶轮焊接前对轮盖和轮盘进行预备热处理，在叶轮焊接成型后对叶轮进行消应力处理和最终的性能热处理，并在叶轮母材与焊缝位置采用不同的热处理参数，从而能够在保证叶轮满足设计力学性能要求的前提下，有效的提高了焊缝位置冲击功。以叶轮热处理后屈服强度在700MPa为例，经传统热处理后的叶轮母材的冲击功可以达到120J，甚至更高，但是其叶轮焊缝位置的冲击功却只有27J左右，两者的冲击功差距明显。通过本专利可以提高焊缝的冲击功，具体详见实施例。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种马氏体合金钢焊接叶轮临界热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
对焊前的马氏体合金钢轮盖和轮盘进行包括正火处理、淬火处理和回火处理的预备热处理；
将所述预备热处理后的轮盖和轮盘焊接成型为叶轮；
将焊接成型的叶轮进行消应力处理；
对消应力处理后的叶轮进行包括低温淬火处理和回火处理的性能热处理；
所述轮盖和轮盘预备热处理的正火处理、淬火处理和回火处理工艺为：
正火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150 ℃/h的加热速度加热至650~750 ℃保温1~5 h后，再以≤150 ℃/h的加热速度加热至940~1000 ℃，保温时间不小于2小时，然后出炉空冷；
淬火处理：将所述轮盖和轮盘在≤500℃装炉，以≤150 ℃/h的加热速度加热至650~750 ℃保温1~5 h后，再以≤150 ℃/h的加热速度加热至940~1000 ℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述轮盖和轮盘在≤350℃装炉，以≤100 ℃/h的加热速度加热至600~750 ℃，保温时间不小于3 小时，然后出炉空冷；
所述焊接成型的叶轮消应力处理工艺为：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100 ℃/h的加热速度加热至680~750 ℃，保温时间不小于4小时，再以≤50 ℃/h的降温速度降低至300℃以下后出炉空冷；
所述消应力处理后的叶轮性能热处理的低温淬火处理和回火处理工艺为：
低温淬火处理：将所述叶轮在≤500℃装炉，以≤150 ℃/h的加热速度加热至800~900℃，保温时间不小于2小时，然后出炉油冷；
回火处理：将所述叶轮在≤350℃装炉，以≤100 ℃/h的加热速度加热至550~660 ℃，保温时间不小于3 小时，然后出炉空冷。
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