CN116713419A - 提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法和系统 - Google Patents

提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，基于对轮盘锻件的热锻造成型以及性能热处理的控制，使其产品性能在其使用温度下具有更高的抗拉强度与屈服强度，同时具有非常好的抗冲击性能跟耐蠕变性能。特别是变工况载荷下，具有更好的抗疲劳性能且短时超温不会对轮盘材料造成蠕变损伤。

Description

提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工 方法和系统
技术领域
本发明涉及燃汽轮机轮盘锻件的技术领域，具体涉及一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法和系统。
背景技术
燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其中，型号为13Cr10Mo1W1VNbN燃汽轮机轮盘锻件，工作温度长期在550-650℃。由于轮盘锻件的中心与表面存在温差，导致其不同部位的径向热应力非常大。同时，轮盘在启动过程中受到低周期疲劳载荷作用。
因此对轮盘材料在使用温度下的抗拉强度和屈服强度提出了要求，特别是变工况载荷下，更是对其抗疲劳性能和短时超温不会对轮盘材料造成蠕变损伤提出了挑战。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法和系统，以解决现有技术对轮盘材料在使用温度下的抗拉强度和屈服强度提出了要求，特别是变工况载荷下，更是对其抗疲劳性能和短时超温不会对轮盘材料造成蠕变损伤提出了挑战的技术问题。
本发明提供了一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，包括：
S1、原材料检测，并将所述原材料下料；
S2、第一次锻造加热，所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃，且将所述原材料升温至1180℃后保温5小时；
S3、所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
S4、第一火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
S5、第二火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
S6、预处理，对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
S7、淬火处理，将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
S8、回火处理，当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
可选地，所述并将所述原材料下料，包括：
所述原材料按照尺寸Φ550X760下料锻造。
可选地，所述锻造加热设备，包括：
所述锻造加热设备采用燃气加热炉。
可选地，所述原材料送入锻造设备锻造之前，还包括：
将工装辅具提前加热至300℃。
可选地，所述锻造设备，包括：
所述锻造设备为5000吨油压机。
可选地，所述旋压墩粗形成锻件，包括：
所述旋压墩粗形成尺寸为Φ1020X205的锻件。
本发明还提供了一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工系统，包括：
检测模块，用于对原材料检测，并将所述原材料下料；
加热模块，用于将所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃并将所述原材料保温5小时；
锻造准备模块，用于所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
第一火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
第二火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
预处理模块，用于对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
淬火处理模块，用于将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
回火处理模块，用于当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通对轮盘锻件的热锻造成型以及性能热处理的控制，使其产品性能在其使用温度下具有更高的抗拉强度与屈服强度，同时具有非常好的抗冲击性能跟耐蠕变性能。特别是变工况载荷下，具有更好的抗疲劳性能且短时超温不会对轮盘材料造成蠕变损伤。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中的方法流程示意图；
图2为本发明中锻件的锻造流程示意图；
图3为本发明中性能热处理过程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本发明实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
参见图1，本发明提供了一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，包括：
S1、原材料检测，并将所述原材料下料；
S2、第一次锻造加热，所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃，且将所述原材料升温至1180℃后保温5小时；
S3、所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
S4、第一火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
S5、第二火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
S6、预处理，对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
S7、淬火处理，将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
S8、回火处理，当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
本实施例中，S1、原材料检测，并将所述原材料下料；
首先对所述原材料进行检测，检验其化学成分符合JB/T11032-2010，成分符合后按照尺寸Φ550X760下料锻造。
参见图1和图2，S2、第一次锻造加热，所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃，且将所述原材料升温至1180℃后保温5小时，所述锻造加热设备采用燃气加热炉；
S3、所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
在锻造前将工装辅具提前预热至300℃左右，所述锻造设备采用5000吨油压机，采用大吨位压机可以减少锻件的成型火次，通过胎膜锻的成品配合，可以使得锻件具有更好的变形量、致密性等，因此具有更高的力学性能。
S4、第一火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
S5、第二火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
S6、预处理，对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
第二火锻造结束代表初加工完毕，并对锻件进行探伤，探伤合格的锻件放入井式电驴里面加热进行性能热处理，步骤S6属于预处理，其目的是细化锻件晶粒度，可以将锻件的原始晶粒度细化到5级以上。
S7、淬火处理，将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
锻件在高温奥氏体化后，由于保温时间较短，锻件晶粒度长大不明显，有助于提高锻件的冲击韧性。淬火温度采用1060℃有助于提高锻件的室温力学性能指标跟高温力学性能指标。淬火采用淬火油冷却，有助于防止锻件淬火开裂的风险。
参见图3，S8、回火处理，当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
采用两次回火的目的是减少锻件残余奥氏体的含量，提高锻件的综合力学性能，减少锻件的残余应力。
以下为采用上述方法制造的燃汽轮机轮盘锻件的检测结果：
本发明通对轮盘锻件的热锻造成型以及性能热处理的控制，使其产品性能在其使用温度下具有更高的抗拉强度与屈服强度，同时具有非常好的抗冲击性能跟耐蠕变性能。特别是变工况载荷下，具有更好的抗疲劳性能且短时超温不会对轮盘材料造成蠕变损伤。
本发明还提供了一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工系统，包括：
检测模块，用于对原材料检测，并将所述原材料下料；
加热模块，用于将所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃并将所述原材料保温5小时；
锻造准备模块，用于所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
第一火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
第二火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
预处理模块，用于对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
淬火处理模块，用于将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
回火处理模块，用于当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，包括：
S1、原材料检测，并将所述原材料下料；
S2、第一次锻造加热，所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃，且将所述原材料升温至1180℃后保温5小时；
S3、所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
S4、第一火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
S5、第二火锻造，将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
S6、预处理，对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
S7、淬火处理，将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
S8、回火处理，当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
2.如权利要求1所述的提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，所述并将所述原材料下料，包括：
所述原材料按照尺寸Φ550X760下料锻造。
3.如权利要求1所述的提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，所述锻造加热设备，包括：
所述锻造加热设备采用燃气加热炉。
4.如权利要求1所述的提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，所述原材料送入锻造设备锻造之前，还包括：
将工装辅具提前加热至300℃。
5.如权利要求1所述的提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，所述锻造设备，包括：
所述锻造设备为5000吨油压机。
6.如权利要求1所述的提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工方法，其特征在于，所述旋压墩粗形成锻件，包括：
所述旋压墩粗形成尺寸为Φ1020X205的锻件。
7.一种提高13Cr10Mo1W1VNbN燃气轮机轮盘锻件力学性能的热加工系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于对原材料检测，并将所述原材料下料；
加热模块，用于将所述原材料送入锻造加热设备，将锻造加热设备加热至1180℃并将所述原材料保温5小时；
锻造准备模块，用于所述原材料送入锻造设备锻造，锻造温度为900℃-1150℃；
第一火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再立料墩粗，将高度墩至500mm；
第二火锻造模块，用于将所述原材料在V型砧上滚圆拔长，拔至直径尺寸Φ450mm后再装入模具内，旋压墩粗形成锻件；
预处理模块，用于对所述锻件进行探伤，将探伤合格的锻件平放在吊具内，装入第一电炉，所述锻件随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温8小时，之后再出炉空冷至100℃以下；
淬火处理模块，用于将所述锻件再次装入所述第一电炉内，随炉升温至650℃，保温3小时，然后再升温至980℃，保温4小时；之后再转入提前升温到1060℃的第二电炉内，使所述锻件快速到达1060℃后再保温2小时；最后出炉淬火，在淬火油池中冷却；
回火处理模块，用于当所述锻件冷至100℃以下后转入回火炉进行两次回火，第一次回火温度570℃，保温10小时后冷却至室温。第二次回火温度采用680℃，保温10小时后冷却至室温。
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