CN114029436B - 高强韧性转子中心体的热加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转子中心体加工技术领域,提供了一种高强韧性转子中心体的热加工工艺,所述转子中心体的材质为27NiCrMoV15‑6;热加工工艺包括如下步骤:将原料冶炼后浇注成钢锭;将钢锭锻造成用于制造转子中心体的锻件,锻件的壁厚≥700mm;对锻件采用两次正火和一次回火热处理,然后再采用一次正火热处理,然后再采用淬火和回火的性能热处理。本发明的热加工工艺,不仅可保证锻件的晶粒度≥7级,而且可保证锻件在≥950MPa的强度条件下达到冲击功≥200J、断裂韧性>200MP·m1/2、残余应力<50MPa,同时实现了全截面组织及性能的均匀性,使得转子中心体锻件的力学性能远远高于设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及转子中心体加工技术领域,尤其是一种高强韧性转子中心体的热加工工艺。
背景技术
抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库,在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站,又称蓄能式水电站。抽水蓄能电站中的转子中心体的材质为27NiCrMoV15-6,其采用整锻制造工艺,其工艺步骤如下:冶炼→锻造→锻后热处理→粗加工UT探伤→性能热处理→半精加工UT→取试性能检测→精加工。
目前,SEW555标准中对材质为27NiCrMoV15-6的锻件的力学性能有明确的规定,其力学性能如下表所示:
随着抽水蓄能电站装机容量的增加,转子中心体的尺寸越来越大,例如,现有一种转子中心体锻件,其精加工图轮廓尺寸φ3210/φ2020×4030mm,重量115.2t,为了保证转子中心体的正常运行,在设计时对这种转子中心体的试样取试位置及性能指标提出了更高的要求,试样取试位置到热处理表面的距离至少为140mm,性能指标如下表所示:
虽然在设计上对转子中心体提出了更高的要求,但是在实际制造中,由于转子中心体锻件的尺寸大、重量重,且试样取样位置深,因此,如何保证在≥950MPa的强度条件下达到较高的冲击功、良好的断裂韧性、较低的残余应力,同时实现全截面组织及性能的均匀性,是转子中心体锻件制造的难点,而采用现有的工艺方法制造的转子中心体锻件还不能达到上述要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强韧性转子中心体的热加工工艺,保证锻件在≥950MPa的强度条件下达到较高的冲击功、良好的断裂韧性和较低的残余应力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:高强韧性转子中心体的热加工工艺,所述转子中心体的材质为27NiCrMoV15-6;包括顺序进行的如下步骤:
S1、将原料冶炼后浇注成钢锭;钢锭的化学成分按重量百分比计为:C:0.22~0.28%,Cr:1.2~1.8%,Ni:3.4~4%,Mo:0.25~0.45%,V:0.05~0.15%,Si≤0.1%,Mn≤0.1%,P≤0.005%,S≤0.003%,Al≤0.01%,H≤0.00015%,O≤0.0015%,N≤0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质;
S2、将钢锭采用宽砧强压下料、镦粗冲孔后宽砧强拔及芯轴扩孔的锻造工艺制造转子中心体的锻件;所述锻件的壁厚≥700mm;
S3、将锻件热送至炉温为660~690℃的加热炉内保温4~6小时;然后将加热炉的炉温降低至210~260℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至910~930℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S4、将锻件热送至炉温为180~230℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至860~880℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S5、将锻件热送至炉温为160~210℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.2小时;然后将加热炉的炉温升高至630~650℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温4~4.5小时;然后将加热炉的炉温以≤30℃/h的速度降低至≤400℃;然后将锻件出炉空冷;
S6、将锻件冷送至炉温为430~470℃的加热炉内保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升温至860~880℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S7、将锻件热送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.1小时;然后将加热炉的炉温升高至430~470℃保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升高至630~670℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至830~850℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将锻件出炉后水冷至少6小时;
S8、将锻件冷送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至485~515℃保温7~9小时;然后将加热炉的炉温升高至567~580℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将加热炉的炉温以≤8℃/h的速度降低至380~420℃,再以≤11℃/h的速度降低至200℃,然后将锻件出炉空冷。
进一步的,步骤S1中,将原料经过电炉冶炼和钢包精炼后浇注成钢锭;
电炉冶炼过程中:在熔炼初期将温度控制在1550~1600℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼中期将温度控制在1600~1640℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼后期进行强吹氧、喷碳操作,造高碱度泡沫渣,碱度控制在3.6~6,进行脱磷、脱锰、并去气体和夹杂物;
钢包精炼过程中:进行造渣、脱氧、脱硫、合金化,当Cr、Ni、Mo、V达到要求后再进行真空处理,真空度≤133Pa,真空处理时间20~40min,吹氩流量100L/min~200L/min;出钢前,将氩气流量控制在25L/min~30L/min。
进一步的,所述锻造工艺包括:S2.1、倒棱、压钳口、切水口;S2.2、镦粗;S2.3、第一次拔长、下料;S2.4、镦粗、冲中心孔;S2.5、第二次拔长;S2.6、扩孔;
其中,步骤S2.1~S2.5中,始锻温度为1220~1270℃、终锻温度≥850℃;步骤S2.6中,始锻温度为1125~1175℃、终锻温度≥800℃;总锻造比≥6。
进一步的,步骤S3中,将加热炉的炉温降低至210~260℃的方法,包括:先将加热炉的炉温快速降低至510~540℃,然后再将加热炉的炉温以≤25℃/h的速度降低至210~260℃。
进一步的,步骤S3中,将加热炉的炉温升高至910~930℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至910~930℃。
进一步的,步骤S4中,将加热炉的炉温升高至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至860~880℃。
进一步的,步骤S5中,加热炉的升温速度≤50℃/h。
进一步的,步骤S6中,将加热炉的炉温升温至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温升高至630~670℃保温5~7小时,然后再将加热炉的炉温升高至860~880℃。
进一步的,步骤S6中,加热炉的升温速度均≤60℃/h。
进一步的,步骤S7、S8中,加热炉的升温速度均≤60℃/h。
本发明的有益效果是:本发明实施例提供的高强韧性转子中心体的热加工工艺,不仅可保证锻件的晶粒度≥7级,而且可保证锻件在≥950MPa的强度条件下达到冲击功≥200J、断裂韧性>200MP·m1/2、残余应力<50MPa,同时实现了全截面组织及性能的均匀性,使得转子中心体锻件的力学性能远远高于设计要求。
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地介绍;显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,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。
图1至图9是将钢锭锻造成用于制造转子中心体的锻件的各个步骤中的状态图;
图10是步骤S3~S5中的两次正火和一次回火热处理的工艺曲线图;
图11是步骤S6中的正火热处理的工艺曲线图;
图12是步骤S7~S8中的淬火和回火热处理的工艺曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明,下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。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。在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明实施例提供的高强韧性转子中心体的热加工工艺,所述转子中心体的材质为27NiCrMoV15-6;包括顺序进行的如下步骤:
S1、将原料冶炼后浇注成钢锭;钢锭的化学成分按重量百分比计为:C:0.22~0.28%,Cr:1.2~1.8%,Ni:3.4~4%,Mo:0.25~0.45%,V:0.05~0.15%,Si≤0.1%,Mn≤0.1%,P≤0.005%,S≤0.003%,Al≤0.01%,H≤0.00015%,O≤0.0015%,N≤0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质;
S2、将钢锭采用宽砧强压下料、镦粗冲孔后宽砧强拔及芯轴扩孔的锻造工艺制造转子中心体的锻件;所述锻件的壁厚≥700mm;
S3、将锻件热送至炉温为660~690℃的加热炉内保温4~6小时;然后将加热炉的炉温降低至210~260℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至910~930℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S4、将锻件热送至炉温为180~230℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至860~880℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S5、将锻件热送至炉温为160~210℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.2小时;然后将加热炉的炉温升高至630~650℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温4~4.5小时;然后将加热炉的炉温以≤30℃/h的速度降低至≤400℃;然后将锻件出炉空冷;
S6、将锻件冷送至炉温为430~470℃的加热炉内保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升温至860~880℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S7、将锻件热送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.1小时;然后将加热炉的炉温升高至430~470℃保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升高至630~670℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至830~850℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将锻件出炉后水冷至少6小时;
S8、将锻件冷送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至485~515℃保温7~9小时;然后将加热炉的炉温升高至567~580℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将加热炉的炉温以≤8℃/h的速度降低至380~420℃,再以≤11℃/h的速度降低至200℃,然后将锻件出炉空冷。
步骤S1中,将原料经过电炉冶炼和钢包精炼后浇注成钢锭;钢锭中杂质含量越少,其对钢的韧性越有利。本发明实施例中,通过严格控制钢锭中杂质的含量,例如,控制Si≤0.1%,Mn≤0.1%,P≤0.005%,S≤0.003%,Al≤0.01%,H≤0.00015%,O≤0.0015%,N≤0.006%,为后续锻造和热处理提供基础。为了严格控制钢锭中杂质的含量,原料可采用优质的钢铁料;电炉冶炼过程中:在熔炼初期将温度控制在1550~1600℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼中期将温度控制在1600~1640℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼后期进行强吹氧、喷碳操作,造高碱度泡沫渣,碱度控制在3.6~6,进行脱磷、脱锰、并去气体和夹杂物。钢包精炼过程中:进行造渣、脱氧、脱硫、合金化,当Cr、Ni、Mo、V达到要求后再进行真空处理,真空度≤133Pa,真空处理时间20~40min,吹氩流量100L/min~200L/min;出钢前,将氩气流量控制在25L/min~30L/min。
步骤S2中,将钢锭采用宽砧强压下料、镦粗冲孔后宽砧强拔及芯轴扩孔的锻造工艺锻造成锻件,所述锻造工艺包括:S2.1、倒棱、压钳口、切水口;S2.2、镦粗;S2.3、第一次拔长、下料;S2.4、镦粗、冲中心孔;S2.5、第二次拔长;S2.6、扩孔;其中,步骤S2.1~S2.5中,始锻温度为1220~1270℃、终锻温度≥850℃;步骤S2.6中,始锻温度为1125~1175℃、终锻温度≥800℃;总锻造比≥6。这样可保证锻件的压实效果,同时实现均质锻造、细化晶粒,使得锻件的UT检测满足设计要求,为后续热处理满足力学性能要求做好组织和晶粒铺垫。
图9是转子中心体锻件锻造后的结构示意图。参见图9,所述转子中心体锻件锻造完成后,其外径为D,内径为d,长度为L;其中,(D~d)/2≥700mm。
图10是步骤S3~S5中的两次正火和一次回火热处理的工艺曲线图。其中,步骤S3为正火热处理,步骤S4为正火热处理,步骤S5为回火热处理。
本发明实施例中的转子中心体锻件属于大型锻件,不仅锻件的外形尺寸较大,而且锻件的壁厚较厚,当锻件锻造完成后,锻件外部的温度低于锻件内部的温度,且锻件内外温差较大。
参见图10,在步骤S3中,将锻造后的锻件热送至炉温为660~690℃的加热炉内保温,用于减小锻件内外温差,降低应力,使锻件内外温度均匀。然后将加热炉的炉温降低至210~260℃保温,使锻件内部组织由奥氏体转变为贝氏体;优选的,将加热炉的炉温降低至210~260℃的方法,包括:先将加热炉的炉温快速降低至510~540℃,该处的快速指的是以>25℃/h的速度进行降温,然后再将加热炉的炉温以≤25℃/h的速度降低至210~260℃。然后将加热炉的炉温升高至910~930℃保温,使锻件内部组织由贝氏体转变为奥氏体,实现锻件第一次晶粒细化;优选的,将加热炉的炉温升高至910~930℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至910~930℃。然后将锻件出炉空冷至180~220℃,使锻件内部组织由奥氏体转变为贝氏体。
在步骤S4中,将锻件热送至炉温为180~230℃的加热炉内保温,其目的是在保证锻件外表面温度不变的情况下,使锻件内部的温度继续下降,进而减小锻件内外温差,降低应力,同时使锻件内部组织充分转变为贝氏体。然后将加热炉的炉温升高至860~880℃保温,使锻件内部组织由贝氏体转变为奥氏体,实现锻件第二次晶粒细化;优选的,将加热炉的炉温升高至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至860~880℃。然后将锻件出炉空冷至180~220℃,使锻件内部组织由奥氏体转变为贝氏体。
在步骤S5中,将锻件热送至炉温为160~210℃的加热炉内保温,其目的是在保证锻件外表面温度不变的情况下,使锻件内部的温度继续下降,进而减小锻件内外温差,降低应力,同时使锻件内部组织充分转变为贝氏体;然后将加热炉的炉温升高至630~650℃保温,用于去除锻件内的氢,且降低锻件内的应力,避免在后续冷却过程中由于应力过大而造成锻件开裂;然后将加热炉的炉温以≤30℃/h的速度降低至≤400℃;然后将锻件出炉空冷。步骤S5中,加热炉的升温速度不宜太高,优选的,加热炉的升温速度≤50℃/h。
本发明实施例中的转子中心体锻件属于大型锻件,通过步骤S3~S5后,对锻件进行晶粒度检测,锻件的晶粒度在5~5.5级。
步骤S5完成后,可直接进行步骤S6,也可对锻件进行粗加工后再进行步骤S6,在此不做具体的限定。
图11是步骤S6中的正火热处理的工艺曲线图。
参见图11,在步骤S6中,将锻件冷送至炉温为430~470℃的加热炉内保温,冷送指的是将温度为常温的锻件送至加热炉内,用于减小锻件的内外温差。然后将加热炉的炉温升温至860~880℃保温,使锻件内部组织由贝氏体转变为奥氏体,实现锻件第三次晶粒细化;优选的,将加热炉的炉温升温至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温升高至630~670℃保温5-7小时,然后再将加热炉的炉温升高至860~880℃;在该步骤中,将加热炉的炉温升温至860~880℃的过程中,加热炉的升温速度均≤60℃/h。然后将锻件出炉空冷至180~220℃,使锻件内部组织由奥氏体转变为贝氏体。
本发明实施例中的转子中心体锻件属于大型锻件,通过步骤S6后,对锻件晶粒度进一步细化,为后续的性能热处理提供了良好的组织条件。
图12是步骤S7~S8中的淬火和回火热处理的工艺曲线图。其中,步骤S7为淬火热处理,步骤S8是回火热处理。
参见图12,在步骤S7中,将锻件热送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,其目的是在保证锻件外表面温度不变的情况下,使锻件内部的温度继续下降,进而减小锻件内外温差,降低应力,同时使锻件内部组织充分转变为贝氏体;然后将加热炉的炉温升高至430~470℃保温,用于减小锻件内外温差,降低应力;然后再将加热炉的炉温升高至630~670℃保温,用于进一步减小锻件内外温差,降低应力;然后将加热炉的炉温升高至830~850℃保温,使锻件内部组织由贝氏体转变为奥氏体;然后将锻件出炉后水冷至少6小时,使锻件快速冷却,获得极高的强度。步骤S7中,加热炉的升温速度不宜太高,优选的,加热炉的升温速度≤60℃/h。
在步骤S8中,将锻件冷送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,减小锻件内外温差,降低应力;然后将加热炉的炉温升高至485~515℃保温,用于进一步减小锻件内外温差,降低应力;然后将加热炉的炉温升高至568~580℃保温,以降低锻件的强度,提高锻件的塑性和韧性;然后将加热炉的炉温以≤8℃/h的速度降低至380~420℃,再以≤11℃/h的速度降低至200℃,然后将锻件出炉空冷,通过较慢的速度降温,进一步降低锻件的应力。步骤S8中,加热炉的升温速度不宜太高,优选的,加热炉的升温速度≤60℃/h。
本发明实施例中的转子中心体锻件属于大型锻件,通过步骤S7、S8对锻件进行性能热处理,提高了锻件的力学性能,对锻件进行力学性能检测,保证锻件在≥950MPa的强度条件下达到冲击功≥200J、断裂韧性>200MP·m1/2、残余应力<50MPa,同时实现了全截面组织及性能的均匀性,使得转子中心体锻件的力学性能远远高于设计要求。
实施例1:
转子中心体的材质为27NiCrMoV15-6;转子中心体的热加工工艺,包括顺序进行的如下步骤:
S1、将原料冶炼后浇注成钢锭,钢锭的化学成分按重量百分比计为:C:0.25%,Cr:1.7%,Ni:3.8%,Mo:0.4%,V:0.1%,Si:0.05%,Mn:0.05%,P:0.005%,S:0.001%,Al:0.005%,H:0.00006%,O:0.0012%,N:0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质。
S2、以步骤S1中冶炼的钢锭作为坯料,锻造成用于制造转子中心体的锻件,包括:
S2.1、倒棱、压钳口、切水口;
将坯料加热至温度1260℃保温30h后出炉,粗压钳口,倒棱,在上平、下V型砧中倒棱至坯料外径尺寸D1=3350mm,再精压钳口,切钳口多余部分和水口,终锻温度≥850℃,坯料的结构如图1所示。
S2.2、镦粗;
将坯料再次加热至温度1260℃保温45h后出炉,在镦粗漏盘中镦粗,上加平面镦板整体镦粗,将坯料镦至外径尺寸D2≈4350mm,高度尺寸H1=2120,终锻温度≥850℃,坯料的结构如图2所示。
S2.3、第一次拔长、下料;
将坯料再次加热至温度1260℃保温40h后出炉,采用WHF锻造法,使用宽度为2300的宽砧进行强压拔长,压下量900~650mm,至坯料横截面边长尺寸为L1=2750,如图3所示;然后再进行倒角、倒圆至外径尺寸D3=2800mm,切冒口端,坯料长度尺寸为L2=5000,终锻温度≥850℃,坯料的结构如图4所示。
S2.4、镦粗、冲中心孔;
将坯料再次加热至温度1260℃保温35h后出炉,高度镦粗至H2=2300,如图5所示;然后用W≈2000锤头旋转展压2趟,外径尺寸D4≈4400mm,然后用直径D5=1300mm的空心冲子冲中心孔,去芯料,如图6所示;然后马架扩孔至中心孔的尺寸为D6=1500mm,坯料外径尺寸D7≈4550mm,终锻温度≥850℃,坯料的结构如图7所示。
S2.5、第二次拔长;
将坯料再次加热至温度1240℃保温20h后出炉,用直径为1460mm的芯轴在宽度为1300的上平砧、下V型砧中进行强压拔长,先拔两端,再拔中间,确保壁厚均匀,坯料的结构如图8所示。
S2.6、扩孔;
将坯料再次加热至温度1150℃保温10h后出炉,用直径为1460mm的芯轴在马架扩孔,修形,得到满足设计要求的锻件,终锻温度≥800℃,锻件的结构如图9所示,其中,D=3330mm,d=1900mm,L=4600mm。
S3、将锻件热送至炉温为660~690℃的加热炉内保温5小时;然后将加热炉的炉温降低至210~260℃保温15小时;然后将加热炉的炉温升高至910~930℃保温11小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃。
S4、将锻件热送至炉温为180~230℃的加热炉内保温15小时;然后将加热炉的炉温升高至860~880℃保温11小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃。
S5、将锻件热送至炉温为160~210℃的加热炉内保温14小时;然后将加热炉的炉温升高至630~650℃保温30小时;然后将加热炉的炉温以≤30℃/h的速度降低至≤400℃;然后将锻件出炉空冷。
S6、将锻件冷送至炉温为430~470℃的加热炉内保温4小时;然后将加热炉的炉温升温至860~880℃保温20小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃。
S7、将锻件热送至炉温为150~250℃的加热炉内保温14小时;然后将加热炉的炉温升高至430~470℃保温4小时;然后再将加热炉的炉温升高至630~670℃保温10小时;然后将加热炉的炉温升高至830~850℃保温10小时;然后将锻件出炉后水冷6小时。
S8、将锻件冷送至炉温为150~250℃的加热炉内保温10小时;然后将加热炉的炉温升高至485~515℃保温8小时;然后将加热炉的炉温升高至568~580℃保温20小时;然后将加热炉的炉温以≤8℃/h的速度降低至380~420℃,再以≤11℃/h的速度降低至200℃,然后将锻件出炉空冷。
所述转子中心体锻件锻造完成后,对其进行UT检测,锻件表层和端面深约220mm范围内单个缺陷≤φ2mm,其余区域单个缺陷≤φ3mm。所述转子中心体锻件热处理后,通过试验得到转子中心体锻件内的残余应力为30~40MPa,远小于设计要求的100MPa。
在锻件内距锻件表面160mm的位置取样,然后对试样进行力学性能分析,其结果如下表所示:
由上表可以看出,采用本发明实施例提供的热加工工艺加工的锻件,不仅可保证锻件的晶粒度≥7级,而且可保证锻件在≥950MPa的强度条件下达到冲击功≥200J、断裂韧性>200MP·m1/2、残余应力<50MPa,同时实现了全截面组织及性能的均匀性,使得转子中心体锻件的力学性能远远高于设计要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.高强韧性转子中心体的热加工工艺,所述转子中心体的材质为27NiCrMoV15-6;其特征在于,包括顺序进行的如下步骤:
S1、将原料冶炼后浇注成钢锭;钢锭的化学成分按重量百分比计为:C:0.22~0.28%,Cr:1.2~1.8%,Ni:3.4~4%,Mo:0.25~0.45%,V:0.05~0.15%,Si≤0.1%,Mn≤0.1%,P≤0.005%,S≤0.003%,Al≤0.01%,H≤0.00015%,O≤0.0015%,N≤0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质;
S2、将钢锭采用2300mm宽砧强压下料、镦粗冲孔后1300mm宽砧强拔及芯轴扩孔的锻造工艺制造转子中心体的锻件;所述锻件的壁厚≥700mm;
S3、将锻件热送至炉温为660~690℃的加热炉内保温4~6小时;然后将加热炉的炉温降低至210~260℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至910~930℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S4、将锻件热送至炉温为180~230℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2~2.3小时;然后将加热炉的炉温升高至860~880℃保温,保温时间为每100mm壁厚保温1.5~1.8小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S5、将锻件热送至炉温为160~210℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.2小时;然后将加热炉的炉温升高至630~650℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温4~4.5小时;然后将加热炉的炉温以≤30℃/h的速度降低至≤400℃;然后将锻件出炉空冷;
S6、将锻件冷送至炉温为430~470℃的加热炉内保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升温至860~880℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将锻件出炉空冷至180~220℃;
S7、将锻件热送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.9~2.1小时;然后将加热炉的炉温升高至430~470℃保温3~5小时;然后将加热炉的炉温升高至630~670℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至830~850℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将锻件出炉后水冷至少6小时;
S8、将锻件冷送至炉温为150~250℃的加热炉内保温,保温时间为每100mm的壁厚保温1.3~1.6小时;然后将加热炉的炉温升高至485~515℃保温7~9小时;然后将加热炉的炉温升高至567~580℃保温,保温时间为每100mm的壁厚保温2.7~3小时;然后将加热炉的炉温以≤8℃/h的速度降低至380~420℃,再以≤11℃/h的速度降低至200℃,然后将锻件出炉空冷;
步骤S1中,将原料经过电炉冶炼和钢包精炼后浇注成钢锭;
电炉冶炼过程中:在熔炼初期将温度控制在1550~1600℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼中期将温度控制在1600~1640℃下进行脱磷、脱锰;在熔炼后期进行强吹氧、喷碳操作,造高碱度泡沫渣,碱度控制在3.6~6,进行脱磷、脱锰、并去气体和夹杂物;
钢包精炼过程中:进行造渣、脱氧、脱硫、合金化,当Cr、Ni、Mo、V达到要求后再进行真空处理,真空度≤133Pa,真空处理时间20~40min,吹氩流量100L/min~200L/min;出钢前,将氩气流量控制在25L/min~30L/min。
2.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,所述锻造工艺包括:S2.1、倒棱、压钳口、切水口;S2.2、镦粗;S2.3、第一次拔长、下料;S2.4、镦粗、冲中心孔;S2.5、第二次拔长;S2.6、扩孔;
其中,步骤S2.1~S2.5中,始锻温度为1220~1270℃、终锻温度≥850℃;步骤S2.6中,始锻温度为1125~1175℃、终锻温度≥800℃;总锻造比≥6。
3.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S3中,将加热炉的炉温降低至210~260℃的方法,包括:先将加热炉的炉温快速降低至510~540℃,然后再将加热炉的炉温以≤25℃/h的速度降低至210~260℃。
4.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S3中,将加热炉的炉温升高至910~930℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至910~930℃。
5.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S4中,将加热炉的炉温升高至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温以≤35℃/h的速度升高至700℃,然后再将加热炉的炉温以≤45℃/h的速度升高至860~880℃。
6.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S5中,加热炉的升温速度≤50℃/h。
7.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S6中,将加热炉的炉温升温至860~880℃的方法,包括:先将加热炉的炉温升高至630~670℃保温5~7小时,然后再将加热炉的炉温升高至860~880℃。
8.根据权利要求1或7所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S6中,加热炉的升温速度均≤60℃/h。
9.根据权利要求1所述的高强韧性转子中心体的热加工工艺,其特征在于,步骤S7、S8中,加热炉的升温速度均≤60℃/h。
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