CN114908299A - 一种燃气轮机转子体锻件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、控制转子体锻件的成分；步骤S2、精选炉料，使用废钢、生铁及合金料；步骤S3、氧化法电炉冶炼：采用电弧炉氧化法进行钢水初炼；步骤S4、LF精炼：钢水冶炼完成后，转入LF精炼炉中，按照目标成分要求分批次加入合金料；步骤S5、VD真空脱气：LF精炼完成后，加热后在VD真空脱气炉中进行VD真空脱气；步骤S6、VD真空脱气后加热，然后采用锥度为10%以上的大锥度钢锭模吊包浇注；步骤S7、钢锭脱模后热转至锻造厂，采用镦拔联合工艺进行辊坯锻制；步骤S8、预备热处理；步骤S9、性能热处理；步骤S10、两次热处理完成后，对锻件进行性能检测。

Description

一种燃气轮机转子体锻件的制备方法
技术领域
本发明涉及低合金材质超纯净钢转子体锻件制造领域，尤其是一种燃气轮机转子体锻件的制备方法。
背景技术
燃气轮机主要应用于轮船、飞机、管道运输、海上平台及燃气发电等动力系统。燃气轮机主要分为透平、燃烧室和压气机三部分，压气机零部件主要为低碳低合金锻件，包括前轴头、前端轴、中心拉杆、拉杆螺母、压气机轮盘、中间轴、后轴头。燃气轮机锻件属于低碳超纯净钢锻件，由于高速、高温的工作环境，使其对内部探伤质量、产品性能、夹杂物及有害元素含量要求较高，从钢水冶炼、毛坯锻造到性能热处理均存在导致产品性能不合格的因素。如合金元素偏析、P、S和其它残余元素超标、芯部探伤不合格、机械性能超标等。导致产品生产难度较大，对产品性能保障能力不足，废品率较高，生产成本居高不下。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，通过优化生产工艺，提高产品合格率，降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、控制转子体锻件的成分；
步骤S2、精选炉料，使用废钢、生铁及合金料，废钢、生铁及合金料的残余元素均满足成品化学成分要求；
步骤S3、氧化法电炉冶炼：采用电弧炉氧化法进行钢水初炼；
步骤S4、LF精炼：钢水冶炼完成后，转入LF精炼炉中，LF精炼全过程白渣操作，按照目标成分要求分批次加入合金料；
步骤S5、VD真空脱气：LF精炼完成后，加热后在VD真空脱气炉中进行VD真空脱气操作；
步骤S6、VD真空脱气后加热，然后采用锥度为10％以上的大锥度钢锭模吊包浇注；
步骤S7、钢锭脱模后热转至锻造厂，采用镦拔联合工艺进行辊坯锻制；
步骤S8、预备热处理；
步骤S9、性能热处理；
步骤S10、两次热处理完成后，对锻件进行性能检测。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S1中，转子体锻件的材质为低合金超纯净钢，转子体锻件的成分范围如下：C：0.2-0.5％、Mn：0.2-1.0％、Ni：2.0-5.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：0.1-1.5％、V：0.05-0.5％，Si≤0.3％，Cu≤0.3％，Sb≤0.002％，As、Sn、Al、Ca均≤0.01％，P、S均≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中出钢前终点保证P≤0.01％。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S5中LF精炼完成后，加热至1600℃以上进行VD真空脱气操作。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S5中LF精炼炉到VD真空脱气炉时间在5min以内，VD真空脱气操作在真空度200Pa以下保持10min以上。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S6中VD真空脱气后加热至1600-1700℃，吊包浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S6中采用真空顶注方式浇注。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S8中预备热处理采用正火+回火。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S8中性能热处理采用水冷淬火+回火，回火后，锻件在炉内缓冷，冷却速度≤50℃/h。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明通过加强入炉原材料的成分控制，保证理论配料成分与实际成分的一致性，提高钢水成分的受控程度；
2、本发明的工艺方法采用氧化法电炉冶炼+LF精炼+VD真空脱气+真空浇注的方式提高钢水纯净度，避免夹杂物对产品性能的影响；
3、本发明的工艺方法采用镦拔联合工艺锻造，更有效的锻合钢锭内部缺陷，提高锻件的锻透性，消除锻坯的各向异性；最终火次一次成型，改善锻件初始组织；
4、本发明的工艺方法中预备热处理采用正火+回火，细化晶粒；性能热处理采用水冷淬火+回火，回火冷却速度≤50℃/h，有效控制产品残余应力。在锻件上压热电偶，保证了性能热处理的工艺准确性；
5、本发明的工艺方法生产的转子体锻件，探伤100％合格，机械性能均符合用户要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、控制转子体锻件的成分；转子体锻件的材质为低合金超纯净钢，转子体锻件的成分范围如下：C：0.2-0.5％、Mn：0.2-1.0％、Ni：2.0-5.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：0.1-1.5％、V：0.05-0.5％，Si≤0.3％，Cu≤0.3％，Sb≤0.002％，As、Sn、Al、Ca均≤0.01％，P、S均≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
步骤S2、精选炉料，使用废钢、生铁及合金料，禁止非纯净炉料入炉；废钢、生铁及合金料的残余元素均满足成品化学成分要求，特别对影响性能的有害元素P、Sn、Sb进行控制；
步骤S3、氧化法电炉冶炼：采用电弧炉氧化法进行钢水初炼；出钢前终点保证P≤0.01％；
步骤S4、LF精炼：钢水冶炼完成后，转入LF精炼炉中，LF精炼炉，使用前应清理干净，无残钢、残渣，出钢全过程严格防止下渣。LF精炼全过程白渣操作，按照目标成分要求分批次加入合金料，延长精炼时间，增加造渣批次，提高钢水纯净度，确保有害元素符合工艺要求；
步骤S5、VD真空脱气：LF精炼完成后，加热至1600℃以上在VD真空脱气炉中进行VD真空脱气操作，LF精炼炉到VD真空脱气炉时间在5min以内，VD真空脱气操作在真空度200Pa以下保持10min以上；
步骤S6、VD真空脱气后加热至1600-1700℃，然后采用锥度为10％以上的大锥度钢锭模吊包浇注，浇注方式为采用真空顶注，避免钢水与浇注耐材接触，造成钢水二次污染；
步骤S7、钢锭脱模后热转至锻造厂，采用镦拔联合工艺进行辊坯锻制，有效的锻合钢锭内部缺陷，提高锻件的锻透性，消除锻坯的各向异性；最终火次要求一次成型，改善锻件初始组织；
步骤S8、预备热处理，预备热处理采用正火+回火，细化晶粒；
步骤S9、性能热处理；性能热处理采用水冷淬火+回火，回火后，锻件在炉内缓冷，冷却速度≤50℃/h，有效控制产品残余应力。为保证性能热处理的工艺准确性，产品装炉前在锻件上压热电偶。热处理过程中以热电偶显示温度为热处理执行温度；
步骤S10、两次热处理完成后，对锻件进行性能检测。
实施例1
步骤S1、转子体锻件的成分如下：C：0.2％，Mn：0.20％，Ni：2.0％，Cr：1.10％，Mo：0.1％，V：0.05％，Si：0.10％，Cu：0.03％，Sb：0.001％，As：0.002％，Sn：0.001％，Al：0.003％，Ca：0.002％，P：0.005，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
步骤S2、精选炉料，使用废钢、生铁及合金料，禁止非纯净炉料入炉；废钢、生铁及合金料的残余元素均满足成品化学成分要求，特别对影响性能的有害元素P、Sn、Sb进行控制；
步骤S3、氧化法电炉冶炼：采用电弧炉氧化法进行钢水初炼；出钢前终点保证P为0.007％；
步骤S4、LF精炼：钢水冶炼完成后，转入LF精炼炉中，LF精炼炉，使用前应清理干净，无残钢、残渣，出钢全过程严格防止下渣。LF精炼全过程白渣操作，按照目标成分要求分批次加入合金料，延长精炼时间，增加造渣批次，提高钢水纯净度，确保有害元素符合工艺要求；
步骤S5、VD真空脱气：LF精炼完成后，加热至1650℃在VD真空脱气炉中进行VD真空脱气操作，LF精炼炉到VD真空脱气炉时间在4min，VD真空脱气操作在真空度150Pa保持13min；
步骤S6、VD真空脱气后加热至1600℃，然后采用锥度为13％的27t大锥度钢锭模吊包浇注，浇注方式为采用真空顶注，避免钢水与浇注耐材接触，造成钢水二次污染；
步骤S7、钢锭脱模后热转至锻造厂，采用镦拔联合工艺进行辊坯锻制，有效的锻合钢锭内部缺陷，提高锻件的锻透性，消除锻坯的各向异性；最终火次要求一次成型，改善锻件初始组织；
步骤S8、预备热处理，预备热处理采用正火+回火，细化晶粒；
步骤S9、性能热处理；性能热处理采用水冷淬火+回火，回火后，锻件在炉内缓冷，冷却速度50℃/h，有效控制产品残余应力。为保证性能热处理的工艺准确性，产品装炉前在锻件上压热电偶。热处理过程中以热电偶显示温度为热处理执行温度；
步骤S10、两次热处理完成后，对锻件进行性能检测。
按照ITN02151 1a的探伤标准对该产品进行超声波探伤：
Figure BDA0003609010110000061
探伤结果合格，满足用户使用要求。机械性能符合用户要求。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于转子体锻件的成分如下：C：0.5％，Mn：1.0％，Ni：5.0％，Cr：4.0％，Mo：1.50％，V：0.5％，Si：0.20％，Cu：0.25％，Sb：0.002％，As：0.001％，Sn：0.001％，Al：0.002％，Ca：0.001％，P：0.008，S：0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质；VD真空脱气后加热至1700℃，采用锥度为10％的大锥度钢锭模吊包浇注。
按照ITN02151 1a的探伤标准对该产品进行超声波探伤：
Figure BDA0003609010110000062
探伤结果合格，满足用户使用要求。机械性能符合用户要求。

Claims (9)

1.一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1、控制转子体锻件的成分；
步骤S2、精选炉料，使用废钢、生铁及合金料，废钢、生铁及合金料的残余元素均满足成品化学成分要求；
步骤S3、氧化法电炉冶炼：采用电弧炉氧化法进行钢水初炼；
步骤S4、LF精炼：钢水冶炼完成后，转入LF精炼炉中，LF精炼全过程白渣操作，按照目标成分要求分批次加入合金料；
步骤S5、VD真空脱气：LF精炼完成后，加热后在VD真空脱气炉中进行VD真空脱气操作；
步骤S6、VD真空脱气后加热，然后采用锥度为10%以上的大锥度钢锭模吊包浇注；
步骤S7、钢锭脱模后热转至锻造厂，采用镦拔联合工艺进行辊坯锻制；
步骤S8、预备热处理；
步骤S9、性能热处理；
步骤S10、两次热处理完成后，对锻件进行性能检测。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，转子体锻件的材质为低合金超纯净钢，转子体锻件的成分范围如下：C：0.2-0.5%、Mn：0.2-1.0%、Ni：2.0-5.0%、Cr：1.0-4.0%、Mo：0.1-1.5%、V：0.05-0.5%，Si≤0.3%，Cu≤0.3%，Sb≤0.002%，As、Sn、Al、Ca均≤0.01%，P、S均≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中出钢前终点保证P≤0.01%。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中LF精炼完成后，加热至1600℃以上进行VD真空脱气操作。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中LF精炼炉到VD真空脱气炉时间在5min以内，VD真空脱气操作在真空度200Pa以下保持10min以上。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中VD真空脱气后加热至1600-1700℃，吊包浇注。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中采用真空顶注方式浇注。
8.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S8中预备热处理采用正火+回火。
9.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子体锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤S8中性能热处理采用水冷淬火+回火，回火后，锻件在炉内缓冷，冷却速度≤50℃/h。
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