CN117161278A - 一种e或f级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法 - Google Patents
一种e或f级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，属于锻造技术领域。本发明将钢材在特定条件下进行锻造变形处理，得到锻件；将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，之后将所得锻环依次经喷雾冷却和强制风冷，得到冷却锻环；所述冷却锻环的断面厚度≤250mm；将所述冷却锻环依次进行粗加工并在特定条件下进行回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件。采用本发明提供的方法制备E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件，可有效降低E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的变形量，同时使其具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法。
背景技术
静叶环是E或F级联合循环汽轮机中关键部件，通常由S235JRG2钢材或16Mo3钢材制备得到，需要在高温高压的运行环境中经受复杂的交变载荷，对其力学性能要求较高。
现有技术中制备E或F级联合循环汽轮机静叶环的主要工艺流程是：锻件经辗环机扩孔后依次进行回火热处理、粗加工和调质热处理，再依次进行二次粗加工、除应力热处理以及精加工，最后进行安装。该工艺主要是在锻件经辗环机扩孔并进行粗加工后再进行热处理，易使锻件尺寸变形严重，导致零件尺寸无法加工而报废，或者是预先要加放变形所需的余量，容易造成大量材料的工艺性浪费。
专利CN102294431A中公开了一种F级燃气轮机静叶环毛坯锻件的制造方法，其采用碾环后强制鼓风冷却即利用锻件余热淬火加回火的热处理工艺代替传统的正(淬)回火工艺，有利于减少锻件在热处理时的变形量，降低钢材和能源的消耗。但是该工艺中进行余热淬火时采用喷水冷却，针对断面厚度较薄的锻环，仍存在变形量较大的问题，需要增加一道整形修补工序，增加了成本与生产周期，还增加了变形修复的质量风险。而且采用上述工艺制备的锻件力学性能仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，采用本发明提供的方法制备E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件，可有效降低E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的变形量，同时使其具有优异的力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，包括以下步骤：
将钢材进行锻造变形处理，得到锻件；所述锻造变形处理的始锻温度为1215～1245℃，终锻温度为865～895℃；
将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，使扩孔辗环过程中锻件的温度在980～1180℃范围内；之后将所得锻环依次经喷雾冷却至温度为970～990℃和强制风冷使0.5h内降温至≤120℃，得到冷却锻环；所述冷却锻环的断面厚度≤250nm；
将所述冷却锻环依次进行粗加工与回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件；所述回火热处理的程序包括：升温至340～360℃进行第一热处理；继续升温至670～720℃进行第二热处理；之后冷却。
优选地，所述钢材包括S235JRG2钢材或16Mo3钢材。
优选地，当所述钢材为S235JRG2钢材时，所述第二热处理的温度为670～690℃。
优选地，当所述钢材为16Mo3钢材时，所述第二热处理的温度为700～720℃。
优选地，所述钢材中有害元素含量满足：S≤0.010wt％，P≤0.015wt％，N≤30ppm，O≤10ppm，H≤2ppm。
优选地，所述第一热处理的时间为3.5～4.5h。
优选地，升温至所述第二热处理的温度的升温速率≤30℃/h。
优选地，所述第二热处理的时间为5.5～6.5h。
优选地，所述冷却包括依次进行炉冷与出炉空冷，所述炉冷的终止温度为140～160℃。
优选地，所述炉冷的过程中降温速率≤30℃/h。
本发明提供了一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，包括以下步骤：将钢材进行锻造变形处理，得到锻件；所述锻造变形处理的始锻温度为1215～1245℃，终锻温度为865～895℃；将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，使扩孔辗环过程中锻件的温度在980～1180℃范围内；之后将所得锻环依次经喷雾冷却至温度为970～990℃和强制风冷使0.5h内降温至≤120℃，得到冷却锻环；所述冷却锻环的断面厚度≤250nm；将所述冷却锻环依次进行粗加工与回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件；所述回火热处理的程序包括：升温至340～360℃进行第一热处理；继续升温至670～720℃进行第二热处理；之后冷却。本发明采用喷雾冷却方式，针对断面厚度较薄的锻环，在冷却过程中工件冷却环境较为均匀，能够使受冷却面保持较好的均匀性，有利于降低冷却过程中变形量，解决了采用喷水冷却时存在变形量大而需要额外增加整形修补工序的问题，更经济高效；同时，本发明严格控制各工序操作条件，尤其是在较高温度条件下进行第二热处理，有利于提高E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的力学性能。
具体实施方式
本发明提供了一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，包括以下步骤：
将钢材进行锻造变形处理，得到锻件；所述锻造变形处理的始锻温度为1215～1245℃，终锻温度为865～895℃；
将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，使扩孔辗环过程中锻件的温度在980～1180℃范围内；之后将所得锻环依次经喷雾冷却至温度为970～990℃和强制风冷使0.5h内降温至≤120℃，得到冷却锻环；所述冷却锻环的断面厚度≤250nm；
将所述冷却锻环依次进行粗加工与回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件；所述回火热处理的程序包括：升温至340～360℃进行第一热处理；继续升温至670～720℃进行第二热处理；之后冷却。
采用本发明方法可以制备的具有优异力学性能的E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件，其中E级联合循环汽轮机的等级功率是150MW，F级联合循环汽轮机的功率是266～300MW。下面对本发明方法进行详细说明。
本发明将钢材进行锻造变形处理，得到锻件。在本发明中，所述钢材优选为钢锭或钢坯。在本发明中，所述钢材优选包括S235JRG2钢材或16Mo3钢材。在本发明中，所述钢材中有害元素含量优选满足：S≤0.010wt％，P≤0.015wt％，N≤30ppm，O≤10ppm，H≤2ppm。本发明优选按照DGTLV-804441001A和TLV817041/00规定的方法对钢材进行检验，使其中有害元素满足上述要求；本发明优选将有害元素控制在上述范围内，有利于保证最终所得E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件具有优异的综合性能。本发明优选通过上述检验使钢材的其他主要合金化学成分中上限满足冶炼工艺内控规范、复验补充要求，且钢材表面检查满足要求。
本发明优选将钢材下料后进行锻造变形处理。本发明优选采用钢锭热送斩刀热斩法为主、钢锭冷送锯床锯切为辅的方法进行下料。
本发明优选将下料后的钢锭进行加热、开坯并经锻造变形处理，得到锻件。在本发明中，所述锻造变形处理的始锻温度为1215～1245℃，具体为1230±15℃；终锻温度为865～895℃，具体为860±15℃。本发明将下料后的钢材加热至奥氏体组织状态进行锻造，奥氏体组织是碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体，是在大于727℃的高温条件下才能稳定存在的组织，其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％，1148℃时可溶碳2.11％。
得到锻件后，本发明将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸。在本发明中，所述扩孔辗环所用设备优选为辗环机。本发明在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，使扩孔辗环过程中锻件的温度在980～1180℃范围。本发明在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，可以避免所得锻环因变形速度过快和变形量大而引起的温升。
将所述锻件扩孔至设定尺寸后，本发明将所得锻环依次经喷雾冷却至温度为970～990℃和强制风冷使0.5h内降温至≤120℃，得到冷却锻环。在本发明中，将所述锻件扩孔至设定尺寸后，优选将所述辗环机保持空转并喷雾冷却，能够使所得锻环快速冷却至970～990℃，具体为980±10℃；之后将所述锻环吊至由轴流风机组成的风场平台中经超强风进行强制风冷，在0.5h内将所述锻环冷却至温度≤120℃，达到通过强制风冷代替淬火的效果。在本发明中，所述冷却锻环的断面厚度≤250nm。本发明采用喷雾冷却方式，针对断面厚度较薄的锻环，在冷却过程中工件冷却环境较为均匀，能够使受冷却面保持较好的均匀性，有利于降低冷却过程中变形量，解决了采用喷水冷却时存在变形量大而需要额外增加整形修补工序的问题，更经济高效。
得到冷却锻环后，本发明将所述冷却锻环依次进行粗加工与回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件。在本发明中，所述粗加工的方式优选为车削加工。
在本发明中，所述回火热处理的程序包括：升温至340～360℃进行第一热处理；继续升温至670～720℃进行第二热处理；之后冷却。本发明优选将粗加工后工件从室温升温至340～360℃，保温条件下进行第一热处理；本发明对所述升温速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。在本发明中，所述第一热处理的温度为340～360℃，具体为350±10℃；所述第一热处理的时间优选为3.5～4.5h，更优选为4h。
本发明具体是自第一热处理的温度升温至670～720℃，保温条件下进行第二热处理；升温至所述第二热处理的温度的升温速率优选≤30℃/h，更优选为25～30℃/h。在本发明中，所述第二热处理的温度为670～720℃，本发明优选根据钢材的具体种类选择合适的温度，当所述钢材为S235JRG2钢材时，所述第二热处理的温度优选为670～690℃，具体为680±10℃；当所述钢材为16Mo3钢材时，所述第二热处理的温度优选为700～720℃，具体为710±10℃。在本发明中，所述第二热处理的时间优选为5.5～6.5h，更优选为6h。
在本发明中，所述冷却优选包括依次进行炉冷与出炉空冷。在本发明中，所述炉冷的终止温度优选为140～160℃，更优选为150℃；所述炉冷的过程中降温速率优选≤30℃/h，更优选为25～30℃/h。本发明对所述出炉空冷没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
所述回火热处理后，本发明优选将所得工件进行超声波检测、磁粉检测以及力学性能检测合格后，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件。本发明优选按照EN10228-3质量等级2的规定进行所述超声波检测，按照EN1022-1质量等级2级的规定进行所述磁粉检测，按照粗加工的要求割取锻环端面的试样进行力学性能检测，检测指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和恰贝(V型缺口)冲击功。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)按照DGTLV-804441001A和TLV817041/00规定的方法对原材料(S235JRG2钢锭)进行检验，使原材料中有害元素S≤0.010wt％、P≤0.015wt％、N≤30ppm、O≤10ppm、H≤2ppm，而且其他主要合金化学成分中上限满足冶炼工艺内控规范、复验补充要求，且钢锭表面检查满足要求；之后采用钢锭热送斩刀热斩法为主、钢锭冷送锯床锯切为辅的方法进行下料；
(2)将下料后的钢锭进行加热、开坯并经锻造变形处理，得到锻件；其中所述锻造变形处理的始锻温度为1230±15℃，终锻温度为860±15℃；
(3)采用辗环机对所述锻件进行扩孔辗环，使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中，对所述锻件进行喷雾冷却，使其温度保持在980～1180℃范围内，以避免因变形速度过快和变形量过大而引起的温升；
(4)将所述锻件扩孔至设定尺寸后，将所述辗环机保持空转并喷雾冷却，使所得锻环快速冷却至980±10℃，之后将所述锻环吊至由轴流风机组成的风场平台中经超强风进行强制风冷，在0.5h内将锻环冷却至温度≤120℃，得到冷却锻环；
(5)采用车削加工方式将所述冷却锻环按照设定尺寸进行粗加工，得到粗加工锻环；
(6)将所述粗加工锻环进行回火热处理，具体是将粗加工锻环的温度从室温升温至350±10℃，并在保温条件下进行第一热处理4h，再以30℃/h升温速率升温至680±10℃，并在保温条件下进行第二热处理6h，之后以30℃/h降温速率炉冷至150℃，最后出炉空冷，经超声波检测、磁粉检测以及力学性能检测合格后，得到E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件；其中，按照EN10228-3质量等级2的规定进行所述超声波检测，按照EN1022-1质量等级2级的规定进行所述磁粉检测，按照粗加工的要求割取锻环端面的试样进行力学性能检测，检测指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和恰贝(V型缺口)冲击功，具体结果如表1所示。由表1可知，采用本发明提供的方法制备的产品具有优异的力学性能。
表1采用S235JRG2钢锭制备的静叶环毛坯锻件的力学性能
备注：由于是环类锻件，性能取样测试无长度方向，只有切向与横向取样。
实施例2
按照实施例1的方法制备E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件，不同之处在于：本实施例中所用原材料为16Mo3钢锭，且回火热处理过程中第二热处理的保温温度为710±10℃；本实施例中静叶环毛坯锻件力学性能检测结果如表2所示。由表2可知，采用本发明提供的方法制备的产品具有优异的力学性能。
表2采用16Mo3钢锭制备的静叶环毛坯锻件的力学性能
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件的制备方法，包括以下步骤：
将钢材进行锻造变形处理，得到锻件；所述锻造变形处理的始锻温度为1215～1245℃，终锻温度为865～895℃；
将所述锻件进行扩孔辗环使所述锻件扩孔至设定尺寸，在所述扩孔辗环的过程中对所述锻件进行喷雾冷却，使扩孔辗环过程中锻件的温度在980～1180℃范围内；之后将所得锻环依次经喷雾冷却至温度为970～990℃和强制风冷使0.5h内降温至≤120℃，得到冷却锻环；所述冷却锻环的断面厚度≤250nm；
将所述冷却锻环依次进行粗加工与回火热处理，得到所述E或F级联合循环汽轮机静叶环毛坯锻件；所述回火热处理的程序包括：升温至340～360℃进行第一热处理；继续升温至670～720℃进行第二热处理；之后冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢材包括S235JRG2钢材或16Mo3钢材。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述钢材为S235JRG2钢材时，所述第二热处理的温度为670～690℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述钢材为16Mo3钢材时，所述第二热处理的温度为700～720℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钢材中有害元素含量满足：S≤0.010wt％，P≤0.015wt％，N≤30ppm，O≤10ppm，H≤2ppm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的时间为3.5～4.5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第二热处理的温度的升温速率≤30℃/h。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理的时间为5.5～6.5h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷却包括依次进行炉冷与出炉空冷，所述炉冷的终止温度为140～160℃。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述炉冷的过程中降温速率≤30℃/h。
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