CN114318162B - 一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法 - Google Patents

一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法，生产法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：Mn：1.10～1.35％；C：0.15～0.20％；Cr：0.1～0.3％；Mo：0.1～0.3％；Ni：0.20～0.50％；Si：≤0.15～0.35％；Cu：≤0.20％；P：≤0.012％；V：≤0.10％；S：≤0.008％；Nb：≤0.05％；Ti：≤0.03％；Alt：0.02～0.04％，余量为Fe。本发明能解决现有法兰锻件在模拟焊后热处理后性能无法满足其使用要求的问题，强度及冲击韧性性能优良，提高产品一次交检率100％，避免返工返修带来的能源浪费，缩短生产周期和制造成本。

Description

一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法
技术领域
本发明属于低合金钢锻件制造技术领域，具体涉及一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法。
背景技术
水轮机用A668E为ASTM标准中的材料，属于低碳低合金钢，具有良好的冲击性能和焊接性能，广泛应用于大型水轮发电机组的主轴及法兰锻件。ASTM标准中对于截面厚度≥300mm的法兰锻件力学性能要求为：抗拉强度≥570Mpa，屈服强度≥295Mpa，延伸率≥22％，断面收缩率≥35％。而水轮机用法兰锻件的力学性能要求为：抗拉强度≥570Mpa，屈服强度≥350Mpa，延伸率≥22％，断面收缩率≥35％，AKv(0℃)≥27J，且在经过580℃±15℃保温≥12h，然后炉冷至315℃后出炉空冷的模拟焊后热处理仍需要满足对应指标，要求明显高于ASTM标准。由于国内钢厂是按照需方提供的标准进行炼钢，只负责成分满足订货要求，并不保证产品的机械性能，而ASTM标准中对A668E的要求只规定了Mn、P、S的上限要求，因此，对于高冲击性能水轮机法兰锻件用A668E不能按照标准进行采购，需要进行微合金设计，采用合理的成分配比，保证其在模拟焊后热处理前后具有较高的强度和韧性。但是目前关于这方面的研究较少，很难找到技术支撑。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种高冲击性能水轮机用法兰锻件，生产所述法兰锻件的钢料为改进后的A668E材料，包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.10～1.35％
C：0.15～0.20％
Cr：0.1～0.3％
Mo：0.1～0.3％
Ni：0.20～0.50％
Si：≤0.15～0.35％
Cu：≤0.20％
P：≤0.012％
V：≤0.10％
S：≤0.008％
Nb：≤0.05％
Ti：≤0.03％
Alt：0.02～0.04％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：≤1.5ppm，O：≤20ppm，N：≤150ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq≤0.55；满足再热裂纹敏感系数ΔG＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2＜1.5；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
进一步的，生产所述法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.31％
C：0.19％
Cr：0.21％
Mo：0.22％
Ni：0.49％
Si：0.26％
Cu：0.04％
P：0.009％
V：0.001％
S：0.003％
Nb：0.003％
Ti：0.003％
Alt：0.027％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：1.2ppm，O：15ppm，N：52ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq＝0.53；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
进一步的，生产所述法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.22％
C：0.18％
Cr：0.2％
Mo：0.23％
Ni：0.48％
Si：0.25％
Cu：0.06％
P：0.01％
V：0.001％
S：0.005％
Nb：0.005％
Ti：0.002％
Alt：0.028％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：1.2ppm，O：14ppm，N：57ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq＝0.51；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
一种高冲击性能水轮机用法兰锻件的制造方法，包括以下步骤：
1)采购钢料
2)检验钢料
3)下料：按照落料规范落料，去除杂质；
4)锻造前加热，用于使钢料完全热透，减小内应力，避免出现裂纹等；
5)锻造制坯：对钢锭进行四镦三拔，每工序镦粗比≥2.0，每工序拔长比≥1.8，具体为：第一火，出炉后进行第一次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，随后第二火，出炉后进行第二次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，，第三火，出炉后进行第三次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，最后进行竖向镦粗至所需高度，镦粗比≥2.0，修整；
6)加热
7)马架扩孔：采用自由锻马架扩孔至所需直径，平整端面即可；
8)加热
9)辗环
10)锻后热处理：
正火：锻件空冷至400～500℃后装炉，随后炉内温度以≤150℃/h的速率升温至890～930℃，保温时间t1＝有效壁厚*(1.8～2.25)min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600～640℃，保温时间t2＝有效壁厚*(2.25～2.5)min/mm，随后空冷；
淬火：炉内温度以≤120℃/h的速率升温至890～930℃，保温时间t3＝有效壁厚*(1.5～2)min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600～640℃，保温时间t2＝有效壁厚*(2.25～2.5)min/mm，随后空冷；
11)本体取样、理化测试、按图加工，检验合格即可包装入库。
进一步的，所述钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.10～1.35％
C：0.15～0.20％
Cr：0.1～0.3％
Mo：0.1～0.3％
Ni：0.20～0.50％
Si：≤0.15～0.35％
Cu：≤0.20％
P：≤0.012％
V：≤0.10％
S：≤0.008％
Nb：≤0.05％
Ti：≤0.03％
Alt：0.02～0.04％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：≤1.5ppm，O：≤20ppm，N：≤150ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq≤0.55；满足再热裂纹敏感系数ΔG＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2＜1.5；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
进一步的，所述高冲击性能水轮机用法兰锻件的抗拉强度≥570MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥22％，断面收缩率≥35％，冲击功≥27J。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种高冲击性能水轮机用法兰锻件及其制造方法，生产法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：Mn：1.10～1.35％；C：0.15～0.20％；Cr：0.1～0.3％；Mo：0.1～0.3％；Ni：0.20～0.50％；Si：≤0.15～0.35％；Cu：≤0.20％；P：≤0.012％；V：≤0.10％；S：≤0.008％；Nb：≤0.05％；Ti：≤0.03％；Alt：0.02～0.04％，余量为Fe；其中气体成分满足下列条件：H：≤1.5ppm，O：≤20ppm，N：≤150ppm；同时满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq≤0.55；满足再热裂纹敏感系数ΔG＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2＜1.5；公式中元素为对应元素的重量百分含量，能解决现有水轮机用A668E材料生产的法兰锻件在模拟焊后热处理后性能无法满足其使用要求的问题，强度及冲击韧性性能优良，富余量充足，质量稳定，提高产品一次交检率100％，避免了返工返修带来的能源浪费，缩短了生产周期和制造成本，无需设备改造，采用现有设备即可。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如图1所示，一种高冲击性能水轮机用法兰锻件，生产法兰锻件的钢料为改进后的A668E材料，包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.10～1.35％
C：0.15～0.20％
Cr：0.1～0.3％
Mo：0.1～0.3％
Ni：0.20～0.50％
Si：≤0.15～0.35％
Cu：≤0.20％
P：≤0.012％
V：≤0.10％
S：≤0.008％
Nb：≤0.05％
Ti：≤0.03％
Alt：0.02～0.04％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：≤1.5ppm，O：≤20ppm，N：≤150ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq≤0.55；再热裂纹敏感系数ΔG＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2＜1.5；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
C含量的高低影响材料的韧性和强度，C含量过高则韧性差，C含量过低则强度小，本发明通过研究发现将C含量控制在0.15～0.20％为佳，对提升材料强度和韧性均有帮助。
Mn含量的高低影响材料的淬透性，可降低马氏体转变温度，本发明通过研究发现将Mn含量控制在1.10～1.35％为佳。
本发明将Ni含量控制在0.20～0.50％，对提升材料强度有帮助。
本发明将Cr含量控制在0.1～0.3％，提高材料的淬透性，对提升强度有帮助。
本发明将Si含量控制在≤0.15～0.35％，提高材料的淬透性，对提升强度有帮助。
本发明将V含量控制在≤0.10％，对提高再热裂纹敏感系数有帮助。
考虑到Cu为辐照脆化元素，本发明将Cu含量控制在≤0.20％，减小Cu带来的负影响。同理，降低S、P含量，P含量控制在≤0.012％，S含量控制在≤0.008％。
本发明的高冲击性能水轮机用法兰锻件的制造方法包括以下步骤：
1)采购钢料
2)检验钢料
3)下料
4)加热
5)锻造制坯：对钢锭进行四镦三拔，每工序镦粗比≥2.0，每工序拔长比≥1.8，具体为：第一火，出炉后进行第一次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，随后第二火，出炉后进行第二次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，，第三火，出炉后进行第三次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，最后进行竖向镦粗至所需高度，镦粗比≥2.0，修整；
6)加热
7)马架扩孔：采用自由锻马架扩孔至所需直径，平整端面即可；
8)加热
9)辗环
10)锻后热处理：
正火：锻件空冷至400℃后装炉，随后炉内温度以≤150℃/h的速率升温至900℃，保温时间t1＝有效壁厚*1.8min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600℃，保温时间t2＝有效壁厚*2.25min/mm，随后空冷；
淬火：炉内温度以≤120℃/h的速率升温至890℃，保温时间t3＝有效壁厚*1.5min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600℃，保温时间t2＝有效壁厚*2.25min/mm，随后空冷；
11)本体取样、理化测试、按图加工，检验合格即可包装入库。
实施例1
如图1所示，一种高冲击性能水轮机用法兰锻件，生产法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.31％
C：0.19％
Cr：0.21％
Mo：0.22％
Ni：0.49％
Si：0.26％
Cu：0.04％
P：0.009％
V：0.001％
S：0.003％
Nb：0.003％
Ti：0.003％
Alt：0.027％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：1.2ppm，O：15ppm，N：52ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq＝0.53；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
本实施例的高冲击性能水轮机用法兰锻件的制造方法，包括以下步骤：
1)采购钢料
2)检验钢料
3)下料：按照落料规范落料，去除杂质；
4)锻造前加热，用于使钢料完全热透，减小内应力，避免出现裂纹等；
5)锻造制坯：对钢锭进行四镦三拔，每工序镦粗比≥2.0，每工序拔长比≥1.8，具体为：第一火，出炉后进行第一次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，随后第二火，出炉后进行第二次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，，第三火，出炉后进行第三次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，最后进行竖向镦粗至所需高度，镦粗比≥2.0，修整；
6)加热
7)马架扩孔：采用自由锻马架扩孔至所需直径，平整端面即可；
8)加热
9)辗环
10)锻后热处理：
正火：锻件空冷至400℃后装炉，随后炉内温度以≤150℃/h的速率升温至900℃，保温时间t1＝有效壁厚*1.8min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600℃，保温时间t2＝有效壁厚*2.25min/mm，随后空冷；
淬火：炉内温度以≤120℃/h的速率升温至890℃，保温时间t3＝有效壁厚*1.5min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600℃，保温时间t2＝有效壁厚*2.25min/mm，随后空冷；
11)本体取样、理化测试、按图加工，检验合格即可包装入库。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的高冲击性能水轮机用法兰锻件，生产法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.22％
C：0.18％
Cr：0.2％
Mo：0.23％
Ni：0.48％
Si：0.25％
Cu：0.06％
P：0.01％
V：0.001％
S：0.005％
Nb：0.005％
Ti：0.002％
Alt：0.028％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：1.2ppm，O：14ppm，N：57ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq＝0.51；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
余同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的高冲击性能水轮机用法兰锻件，生产法兰锻件的钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.1％
C：0.16％
Cr：0.1％
Mo：0.3％
Ni：0.28％
Si：0.35％
Cu：0.2％
P：0.01％
V：0.005％
S：0.001％
Nb：0.001％
Ti：0.001％
Alt：0.022％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：1ppm，O：10ppm，N：60ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq＝0.46；公式中元素为对应元素的重量百分含量。
余同实施例1。
对实施例1-2中经过热处理后的产品取样测试性能，结果如表1所示。
表1
未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种高冲击性能水轮机用法兰锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采购钢料；
2)检验钢料；
3)下料；
4)锻造前加热；
5)锻造制坯：对钢锭进行四镦三拔，每工序镦粗比≥2.0，每工序拔长比≥1.8；具体为：第一火，出炉后进行第一次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，随后第二火，出炉后进行第二次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，第三火，出炉后进行第三次竖向镦粗，镦粗比≥2.0，再拔长，拔长比≥1.8，最后进行竖向镦粗至所需高度，镦粗比≥2.0，修整；
6)加热；
7)马架扩孔；
8)加热；
9)辗环；
10)锻后热处理：
正火：锻件空冷至400～500℃后装炉，随后炉内温度以≤150℃/h的速率升温至890～930℃，保温时间t1＝有效壁厚*(1.8～2.25)min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600～640℃，保温时间t2＝有效壁厚*(2.25～2.5)min/mm，随后空冷；
淬火：炉内温度以≤120℃/h的速率升温至890～930℃，保温时间t3＝有效壁厚*(1.5～2)min/mm，随后空冷；
回火：炉内温度再以≤120℃/h的速率升温至600～640℃，保温时间t2＝有效壁厚*(2.25～2.5)min/mm，随后空冷；
所述钢料包括以下重量百分含量的各组分：
Mn：1.10～1.35％
C：0.15～0.20％
Cr：0.1～0.3％
Mo：0.1～0.3％
Ni：0.20～0.50％
Si：≤0.15～0.35％
Cu：≤0.20％
P：≤0.012％
V：≤0.10％
S：≤0.008％
Nb：≤0.05％
Ti：≤0.03％
Alt：0.02～0.04％，余量为Fe；
同时，其中气体成分满足下列条件：
H：≤1.5ppm，O：≤20ppm，N：≤150ppm；
同时，满足碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Ceq≤0.55；满足再热裂纹敏感系数ΔG＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2＜1.5；公式中元素为对应元素的重量百分含量；
所述高冲击性能水轮机用法兰锻件的抗拉强度≥570MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥22％，断面收缩率≥35％；能解决现有水轮机用A668E材料生产的法兰锻件在模拟焊后热处理后性能无法满足其使用要求的问题，强度及冲击韧性性能优良，富余量充足，质量稳定，提高产品一次交检率100％。
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