B12N—S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)與機(jī)械性能研究

張廣洋

【摘 要】本文針對(duì)B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)研究分析并對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)分析我公司生產(chǎn)此類高中壓轉(zhuǎn)子化學(xué)成分、性能結(jié)果、工藝參數(shù)進(jìn)行總結(jié)、統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析水淬加油冷混合方式與回火溫度參數(shù)對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子沖擊功和強(qiáng)度性能的影響。有針對(duì)性的確定不同截面直徑尺寸最佳熱處理工藝參數(shù)。結(jié)果表明該工藝方案在保證該類高中壓轉(zhuǎn)子其余各項(xiàng)性能指標(biāo)合格的前提下明顯改善了拉伸強(qiáng)度和沖擊功性能。

【關(guān)鍵詞】B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子；沖擊功；熱處理工藝參數(shù)

1前言

大型鑄鍛件廣泛應(yīng)用于電力、水力、造船、石油化工、成套設(shè)備。我公司是國(guó)內(nèi)鍛件產(chǎn)品的主要生產(chǎn)制造廠家，每年生產(chǎn)數(shù)百件各類電站轉(zhuǎn)子，其中生產(chǎn)的高中壓轉(zhuǎn)子每年約為150件左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以往生產(chǎn)的高中壓轉(zhuǎn)子采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、常規(guī)工藝最終熱處理工藝參數(shù)較穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率較高。隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展與熱處理工藝不斷進(jìn)步，各大主機(jī)廠家對(duì)轉(zhuǎn)子鍛件產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)要求等越來(lái)越嚴(yán)格。

為了滿足高中壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作條件，我廠根據(jù)不同廠家采用的標(biāo)準(zhǔn)制定不同的工藝流程，比如超純凈高中壓轉(zhuǎn)子在煉鋼時(shí)采取（LVCD+VCD）真空除氣進(jìn)行碳脫氧去除有害氣體和真空澆注方式提高鋼水純凈度，減少鋼水中的硫、磷、氫、氧等有害元素含量，有效地減少回火脆性傾向。

由于高中壓轉(zhuǎn)子工作環(huán)境高溫高壓，淬火后為得到較好的下貝氏體和上貝氏體組織和少量的珠光體組織。淬火采用緩冷方式以油冷或空冷方式為主，為提高其淬透性還需配比一定的合金元素。

2 分析研究

2.1 B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子最終熱處理工藝參數(shù)[1]研究分析

由于機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)要求不同，所需的工藝參數(shù)也會(huì)有相應(yīng)的變化，本文主要以某廠超純高中壓轉(zhuǎn)子機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)研究。

2.1.1 奧氏體化溫度

由于轉(zhuǎn)子鍛件有效截面尺寸不同，為獲得所需要的組織和力學(xué)性能，奧氏體化最佳溫度采用950℃，使其完全奧氏體化后保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，待奧氏體均勻化后為淬火做好充足準(zhǔn)備。

2.1.2 淬火冷卻方式

淬火冷卻速度對(duì)鋼的強(qiáng)度、沖擊韌性[2]和FATT50等多項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)影響較大，為得到較好的沖擊韌性全程的油冷可能滿足不了標(biāo)準(zhǔn)要求，所以為提高合格率，針對(duì)大截面尺寸的高中壓轉(zhuǎn)子必要采取特殊的淬火方式。

2.1.3 回火溫度

回火溫度與保溫時(shí)間對(duì)B12N-S鋼轉(zhuǎn)子鍛件力學(xué)性能影響較大，由于強(qiáng)度性能對(duì)回火溫度較敏感，所以溫度均勻性影響著強(qiáng)度均勻性，為同時(shí)滿足縱向性能、徑向性能和切向性能合格，我廠經(jīng)過(guò)多年工作總結(jié)，大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，為獲得良好綜合力學(xué)性能，最佳淬火溫度為950℃，最佳回火溫度為670-680℃。

2.2熱處理工藝及結(jié)果

本文主要討論兩種工藝參數(shù)下得到的力學(xué)性能比較，主要區(qū)別在于淬火方式與回火溫度的不同。

2.2.1 方案一工藝曲線

按不同的有效截面計(jì)算相對(duì)應(yīng)的淬火時(shí)間和回火時(shí)間，通用的工藝為淬火階段可采用燃?xì)鉅t，爐溫設(shè)定950±10℃，淬火采取全程油冷，回火階段采用電爐加熱，爐溫設(shè)定680±5℃，爐溫均勻性好有利于強(qiáng)度均勻性和各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)。采用的工藝參數(shù)如下圖1.

2.2.2 方案二工藝曲線

針對(duì)有效截面在Φ1100mm以上的轉(zhuǎn)子鍛件，由于截面大，蓄熱量也多，必要增加強(qiáng)冷卻方式來(lái)提高沖擊韌性，淬火冷卻采取水冷加油冷混合冷卻方式，回火爐溫設(shè)定670±5℃保溫。采用的工藝參數(shù)如下圖2。.

2.2.3 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)我廠多年實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)不同截面的B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子在兩種工藝參數(shù)下進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納總結(jié)了不同截面直徑尺寸的鍛件轉(zhuǎn)子在全程油冷、680℃下回火保溫和鍛件轉(zhuǎn)子在水淬加油冷混合方式、670℃下回火保溫時(shí)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及沖擊功數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。.

從圖3中（a）（b）（c）數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子在工藝參數(shù)全程油冷、680℃回火保溫下試樣屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊功整體偏低，部分大截面轉(zhuǎn)子試樣低于技術(shù)要求下限而不合格，而轉(zhuǎn)子鍛件在工藝參數(shù)為淬火水淬加油冷混合方式、670℃回火保溫下試樣屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊功整體偏高，極少數(shù)試樣力學(xué)性能低于技術(shù)要求而不合，為提高最終熱處理一次交檢合格率針對(duì)此材質(zhì)鋼有效截面在Φ1100mm以上的轉(zhuǎn)子應(yīng)采用淬火方式為水淬油冷混合式，回火溫度應(yīng)在670℃下進(jìn)行。

2.3 回火溫度對(duì)機(jī)械性能的影響

從圖4中（d）數(shù)據(jù)曲線可以看出，B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子隨著回火溫度升高，屈服強(qiáng)度上限與屈服強(qiáng)度下限均體現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，屈服強(qiáng)度上限在回火溫度670℃—675℃達(dá)到峰值，回火溫度超過(guò)680℃后屈服強(qiáng)度下降較快。屈服強(qiáng)度下限在回火溫度670℃左右達(dá)到峰值，回火溫度超過(guò)675℃后，屈服強(qiáng)度逐漸下降。

從圖4中（e）數(shù)據(jù)曲線可以看出，B12N-S鋼鍛件轉(zhuǎn)子隨著回火溫度的升高，沖擊功上、下限均呈上升趨勢(shì)，回火溫度在670℃—680℃之間，沖擊值上升較明顯，回火溫度超過(guò)680℃后沖擊值變化較緩慢。

3 結(jié)論

B12N-S鋼高中壓轉(zhuǎn)子有效截面在Φ1100mm以上的最終熱處理工藝的最佳淬火溫度為950℃、最佳回火溫度為670—680℃、最佳淬火方式為水淬加油冷混合式，但是水冷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，有效截面在Φ1100—1200mm的轉(zhuǎn)子水冷時(shí)間在10分鐘左右；截面超過(guò)Φ1200mm的轉(zhuǎn)子回火溫度在670℃為宜，水冷時(shí)間控制在20分鐘最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]白剛等.熱處理手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]-康大滔.葉國(guó)斌.大型鍛件材料及熱處理.北京龍門書局，1998：427

（作者單位：中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司熱處理分廠）