30Cr1Mo1V轉子缺陷分析

30Cr1Mo1V轉子是汽輪發電機機組的核心產品，也是我公司生產的主要產品。我公司近期生產的10萬級以上30Cr1Mo1V轉子探傷經常發現單個不超標缺陷，鍛件缺陷位置分布較為規律。為此我們對近兩年來生產的30Cr1Mo1V轉子質量進行了統計分析，并對其中一件探廢的20萬級30Cr1Mo1V轉子進行了解剖分析。

轉子類產品在鍛件市場里屬附加值略高于其他鍛件的產品。近幾年國內主要由一重、二重、上重及太重生產鍛件毛坯，之后發往生產發電機整機的廠家，再由整機廠家進行后續的精加工及組裝。轉子是發電機的心臟，因此對超探及性能的要求都很高，尤其超探的超標缺陷，對轉子的影響是致命的，不存在任何讓步的空間。

投產情況

2016年初至2017年底共生產30Cr1Mo1V轉子34件，其中報廢2件（比率5.9%），探傷發現不超標缺陷5件（比率14.7%），其余為探傷無缺陷的合格產品。

工藝簡介

30Cr1Mo1V轉子產品主要生產工藝流程為：冶煉鋼錠—鍛造（鍛件成形）—鍛后熱處理—調質前粗加工（加工后UT）—調質（性能熱處理）—性能檢驗—終探前加工（最終UT）—開槽加工—消應力處理—熱跑前加工—熱穩定性試驗—包裝發貨（全部指標檢驗合格后）。

材質30Cr1Mo1V轉子鋼錠要求真空碳脫氧方式進行冶煉，冶煉過程為電弧爐冶煉—精煉爐精煉—真空處理—真空碳脫氧澆注。化學成分要求見表1。

轉子在125MN油壓機上鍛造成形，鍛造加熱過程中進行了足夠時間的高溫擴散，經過3次拔長2次鐓粗，鍛比在5以上。有問題的轉子其缺陷主要集中在轉身區域，雖然有較大的變形，但仍未解決缺陷問題。鍛后熱處理采用三次過冷+兩次正火+一次回火，確保組織轉變充分，并保證擴氫時間充足。

表1 30Cr1Mo1V轉子化學成分要求（重量百分含量）

圖1 轉子缺陷圖

解剖分析

2017年初，在理化實驗室對爐號293-1-3-1的20萬級30Cr1Mo1V轉子進行了解剖分析。

該轉子規格為φ980mm×7200mm，調質前粗加工后對其超探，發現轉身300mm左右范圍內有一處連續φ2～φ5mm缺陷（圖1），嚴重超出訂貨廠家的驗收標準要求，導致該轉子報廢。為確定缺陷性質，找出報廢原因，我們經探傷人員精準定位后選取缺陷位置，最終選擇A位置進行了解剖分析，對此處分別進行了低倍、高倍和微觀斷口檢測。

低倍檢驗

在指定位置鋸取試片取樣后進行酸浸，結果如下：

一般疏松、中心疏松、錠型偏析均為1.0級；一般點狀偏析4.0級；無邊緣點狀偏析、白點、殘余縮孔；無皮下氣泡、翻皮、非金屬夾雜及夾渣和異金屬夾雜物；邊緣有折疊裂紋一條，深約15mm（圖2、圖3）。

硫印為1.0級，如圖4所示。

高倍檢驗

檢驗部位為低倍小裂紋缺陷處，缺陷處微觀形態為大量密集分布的夾雜物，圖5、圖6所示分別為缺陷處高倍（100×）、缺陷處高倍（500×）圖。

圖2 取樣試片

圖3 取樣試片放大圖

圖4 低倍酸浸宏觀形貌

圖5 缺陷處高倍（100×）

圖6 缺陷處高倍（500×）

圖7 斷口掃描

微觀斷口

缺陷處人工開斷口，微觀斷口顯示為大量渣條。渣條處情況如圖7所示，能譜分析顯示為硫化物夾雜（圖8）。

試驗結論

通過低倍、高倍和微觀斷口檢測顯示，小裂紋性質為原材料中存在大量硫化物夾雜。最終由于硫化物夾雜類缺陷聚集產生連續缺陷，導致產品報廢。為此我公司與冶煉分公司進行了深入的交流及討論，確定解決措施，避免類似問題再次發生。

解決措施

通過對近兩年生產的30Cr1Mo1V轉子探傷缺陷分析及解剖分析，我公司研究決定，需要從以下方面控制產品質量：

⑴對鋼錠原材料進行嚴格控制；

⑵冶煉過程中控制好造渣、洗包、真空度、鋼水量、精煉、吹氬等關鍵環節；

圖8 能譜分析

⑶鍛造過程中，控制好底部和冒口的切除量（對切下底部及冒口余料進行稱重，精確控制切除量），控制好大變形的壓下量；

⑷鍛造加熱及鍛后熱處理過程中要嚴格控制爐溫，對于截面較大的產品進行產品表面敷熱電偶。以料溫為主，確保過程中的保溫時間。