CN1948515A - 水轮机叶片的双相铸钢生产工艺 - Google Patents

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CN1948515A CN 200610138455 CN200610138455A CN1948515A CN 1948515 A CN1948515 A CN 1948515A CN 200610138455 CN200610138455 CN 200610138455 CN 200610138455 A CN200610138455 A CN 200610138455A CN 1948515 A CN1948515 A CN 1948515A
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杨希敏
杨云松
丁大宇
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Abstract

本发明涉及水轮机叶片的双相铸钢生产工艺，包括造型、浇注、脱模、清理、焊修、粗加工，其特征在于：铸件清理后依次进行分级淬火和低温回火的双相热处理工艺，第一次淬火处理的温度为880℃～950℃，水淬；第二次淬火处理的温度为770℃～850℃，水淬；低温回火处理的回火温度为170℃～250℃，水冷或空冷。双相铸钢水轮机叶片与成分相当的普通铸钢水轮机叶片相比，其抗拉强度、屈服强度均有大幅度的提高，其耐磨性能更优，且经双相热处理后的水轮机叶片，不必使用价格昂贵的Cr、Mo、Ni等合金元素也能获得很高的综合机械性能。

Description

水轮机叶片的双相铸钢生产工艺
技术领域
本发明涉及水轮机叶片的生产工艺，尤其涉及水轮机叶片的热处理工艺，属于钢铁热处理技术领域。
背景技术
在水力发电厂，水轮机是主要的工作设备。根据水轮机的工作原理，水轮机叶片在高位势水头的冲击作用下，承受着较高的载荷和动作用力。由于江河中水质污浊，含泥沙量大，水轮机叶片背面长期处于潮湿环境中，使叶片摩擦磨耗破坏严重，极易锈蚀。因此，水轮机叶片用钢应具有较高的强度、韧性、塑性和较强的耐疲劳性能，优良的耐泥沙磨耗能力，较好的耐候性和抗气蚀能力。此外，水轮机叶片长度大、尺寸精度要求高，叶片的制造通常采用铸造方法，因此叶片用钢还应具有较好的铸造和焊修工艺性能。
目前国内的水轮机叶片常用的铸钢有：ZG30、ZG20SiMn、ZG0Cr8CuMo、ZG0Cr13Ni4Mo、ZG0Cr13Ni6Mo等。数十年水轮机运作实践证明，ZG30和ZG20SiMn工艺性能好，制造成本低，但使用寿命不长；ZG0Cr8CuMo、ZG0Cr13Ni4Mo和ZG0Cr13Ni6Mo增长了叶片的使用寿命，但是工艺性能欠佳，制造成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供水轮机叶片的双相铸钢生产工艺，从而得到一种工艺性能好、制造成本低，使用寿命长的水轮机叶片。
本发明在现有的水轮机叶片的生产工艺基础上，对铸件清理后的叶片进行一种新的热处理工艺，以取代原生产工艺中的正火热处理。
本发明水轮机叶片的双相铸钢生产工艺，包括造型、浇注、脱模、清理、焊修、粗加工，其特征在于：铸件清理后进行如下的双相热处理工艺：
先进行第一次淬火处理，淬火温度为880℃～950℃，水淬；
再进行第二次淬火处理，淬火温度为770℃～850℃，水淬；
最后进行低温回火处理，回火温度为170℃～250℃，水冷或空冷。
所述水轮机叶片用铸钢具有下述组成：以重量百分比计，碳不大于0.32，硅不大于1.50，锰不大于1.85，磷不大于0.03，硫不大于0.03。
所述水淬可以使用无任何添加剂的清水；双相热处理工艺可以在铸件清理、焊修或粗加工后进行。
用双相铸钢生产工艺生产水轮机叶片，是一种通过简单的热处理工艺，不需使用昂贵的合金元素，即能把普通等级的钢提高到高合金钢性能水平的叶片制造方法，具有制造成本低、使用性能好的优势。水轮机叶片经双相热处理工艺后，铸钢中马氏体的存在和铁素体晶粒细化，有利于提高钢的疲劳寿命，孤岛状马氏体的耐磨损和防锈蚀特性，使叶片在耐磨、耐候等方面的性能得到较大改善。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。实施例中对水轮机叶片的热处理采用双相热处理工艺，对比例中对水轮机叶片的热处理采用常规的正火处理工艺。
实施例：
对双相铸钢生产工艺处理后的水轮机叶片进行了拉伸试验，结果见表1。
           表1  双相铸钢水轮机叶片成分和性能
  钢的化学成分(％)   σbN/mm2   σsN/mm2   δ5％   ψ％   αk105J/m2
  C   Si   Mn   P   S
  ≤0.32   ≤1.50   ≤1.85   ≤0.03   ≤0.03   ≥800   ≥650   ≥12   ≥30   ≥8
对比例：
常用的水轮机叶片用铸钢的化学成分和机械性能列于表2和表3(施廷藻.铸造实用手册[M].沈阳：东北工学院出版社，1988：2-40)。
                      表2  水轮机叶片用钢化学成分(％)
  钢号   C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   Mo   Cu
ZG30   0.27～0.37   0.20～0.45   0.5～0.8 ≤0.04 ≤0.04 - - - -
ZG20SiMn   0.16～0.22   0.6～0.8   1.0～1.3 ≤0.04 ≤0.04 - - - -
ZG0Cr8CuMo ≤0.08 ≤0.5   0.5～0.8 ≤0.035 ≤0.035   7.5～9.0 -   0.4～0.6   0.25～0.50
ZG0Cr13Ni4Mo ≤0.06 ≤0.6   0.5～0.8 ≤0.035 ≤0.035   12～14   3.8～4.5   0.5～0.7 -
ZG0Cr13Ni6Mo ≤0.06 ≤0.7   0.7～1.0 ≤0.035 ≤0.035   12～14   5.5～6.5   0.7～1.0 -
表3  水轮机叶片钢机械性能(≥)
钢号   σbN/mm2   σsN/mm2   δ5％   Ψ％   αk105J/m2
  ZG30   480   260   17   30   3.5
  ZG20SiMn   520   300   14   30   5
  ZG0Cr8CuMo   600   500   12   30   6
  ZG0Cr13Ni4Mo   650   450   12   30   5
  ZG0Cr13Ni6Mo   700   500   12   30   6
通过比较实施例与对比例表中数据可以看出，双相铸钢水轮机叶片与成分相当的普通铸钢水轮机叶片相比，其抗拉强度(σb)、屈服强度(σs)均有大幅度的提高，且经双相热处理后的水轮机叶片，不必使用价格昂贵的Cr、Mo、Ni等合金元素也能获得很高的综合机械性能。

Claims (4)

1.水轮机叶片的双相铸钢生产工艺，包括造型、浇注、脱模、清理、焊修、粗加工，其特征在于：铸件清理后进行下述步骤的双相热处理工艺：
1)第一次淬火处理，淬火温度为880℃～950℃，水淬；
2)第二次淬火处理，淬火温度为770℃～850℃，水淬；
3)低温回火处理，回火温度为170℃～250℃，水冷或空冷。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述水轮机叶片用铸钢具有下述组成：以重量百分比计，碳不大于0.32，硅不大于1.50，锰不大于1.85，磷不大于0.03，硫不大于0.03。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述水淬使用无任何添加剂的清水。
4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述双相热处理工艺在铸件清理、焊修或粗加工后进行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102220459A (zh) * 2011-07-21 2011-10-19 无锡透平叶片有限公司 降低透平叶片韧脆转变温度和晶间断裂比的热处理工艺
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