一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法，包括预备热处理和调质处理，预备热处理包括正火和回火，调质热处理包括淬火和回火，调质处理的淬火采用阶梯加热方式升温，冷却采用水冷和油冷组合的冷却方式，回火降低回火温度和冷却速度。该工业汽轮机转子锻件的热处理方法工艺更合理，可处理大直径工业汽轮机转子锻件且使其获得的强度达到670MPa等级，强韧性配合更好，进而提高工业汽轮机组效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业汽轮机转子锻件产品技术生产领域，尤其涉及一种强度要求高的大直径工业汽轮机转子锻件的热处理方法。
技术介绍
随着能源紧张和环保压力的日益突出，使得工业汽轮机单机容量不断提高，同时对机组效率的要求越来越高，而工业汽轮机转子工作时转速高、受力条件复杂，工作环境恶劣，因此对工业汽轮机转子锻件质量要求高，需要较好的强韧性。对于工业汽轮机用大直径转子锻件，如工业汽轮机转子锻件直径D大于900mm时，为了保证锻件的淬透性，通常选用中碳中合金钢30CrMoNiV作为其材质。此外，转子锻件生产时需要经过热处理保证其强韧性，但是采用常规的热处理方法得到的强度为550MPa等级，而为了适应市场竞争，实现降本增效，提高机组效率，需要提高工业汽轮机转子锻件强度，有必要使其强度达到670MPa等级，然而现有的热处理方法无法达到这个要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种强度要求高的大直径工业汽轮机转子锻件的热处理方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法，包括以下步骤：(1)、预备热处理：a)正火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至900～920℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，出炉空冷；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至280～320℃保温10h，再以＜45℃/h的加热速度升温至640～660℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*3h/100mm，保温结束后，随炉冷却至≤200℃，出炉空冷至室温；(2)、调质处理：a)淬火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至940～950℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，保温结束后出炉先快速吊入初始水温为10～25℃的水中冷却，水冷时间12-22min，再吊入初始油温为10～25℃的油中冷却，油冷时间180-360min。b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至300～350℃保温12h，再以＜45℃/h的加热速度升温至660～670℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*4h/100mm，保温结束后，先随炉冷却至≤200℃，冷却速度＜15℃/h，再出炉空冷至室温。上述预备热处理中的正火使工业汽轮机转子锻件内部组织达到或者接近平衡状态并且组织均匀细小，正火后进行回火降低工业汽轮机转子锻件的硬度，正火和回火配合为调质处理做组织准备；调质处理淬火采用先水冷后油冷的方式，水冷是为了获得较快的冷却速度，快速到达马氏体转变温度得到较多马氏体组织，之后油冷，因为油冷比水冷的冷却速度慢很多，有效的减缓组织转变速度，使得组织应力减小，可防止工业汽轮机转子锻件产生淬火裂纹；再通过高温回火，马氏体和残余奥氏体的分解以及渗碳体的聚集长大和α相的再结晶，可获得细小均匀的回火索氏体组织，消除工业汽轮机转子锻件的组织应力，增加韧性调整强度，使其具有较好的综合机械性能。作为本专利技术工业汽轮机转子锻件的热处理方法的进一步补充技术方案，上述正火升温加热采用阶梯升温方式：从室温升温至250～320℃保温6h,再以＜60℃/h的加热速度升温到700～720℃保温3h，再快速加热到900～920℃；上述淬火升温加热采用阶梯升温方式：从室温升温至250～320℃保温2h，再以＜50℃/h的加热速度升温至700～720℃保温2h，然后再以＜60℃/h的加热速度升温到940～950℃。实践证明阶梯加热的方式能避免锻件加热过快导致淬火后残余应力叠加可能带来锻件缺陷扩展甚至开裂等问题。上述淬火阶段水冷前5分钟，工业汽轮机转子锻件动态冷却并不断的注入清水同时搅拌控制水升温不超过10℃；所述水冷时用红外线测温仪监测工业汽轮机转子锻件的表面温度。动态冷却指工业汽轮机转子锻件在水中上下来回运动的方式，这样能达到加快冷却速度的目的，能在尽可能短的时间内是温度降低到马氏体转变区温度，采用红外线测温仪监测锻件的表面温度能准确控制工业汽轮机转子锻件内部组织马氏体转变温度，控制水冷和油冷的时间界限。为方便工业汽轮机转子锻件的进炉与出炉上述预备热处理采用台式热处理炉；为防止工业汽轮机转子锻件弯曲、变形，提高其同心度，上述调质处理采用井式热处理炉。上述工业汽轮机转子锻件轴身直径D大于900mm。上述工业汽轮机转子锻件材质为30CrMoNiV，其具体化学成分为C：0.28～0.34％，Si：≤0.30％，Mn：0.30～0.80％，P：≤0.012％，S：≤0.012％，Cr：1.10～1.40％，Ni：0.50～0.75％，Mo：0.80～1.20％，V：0.25～0.35％，Cu：≤0.20％，Al：≤0.01％，其余为Fe。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：1、本专利技术工业汽轮机转子锻件的热处理方法中调质处理的淬火冷却阶段采用先水冷后油冷的方式，在水冷阶段前5min采用动态冷却并注入水同时搅拌的方法提高冷却速度，水冷的同时用红外线测温仪检测表面温度，使工业汽轮机转子锻件的温度快速降低至马氏体转变区温度并严格控制水冷与油冷的时间界限；进入马氏体转变区温度后，油冷降低其冷却速度，充分保证了锻件的淬火效果，获得较多的马氏体组织，同时减少了组织应力及热应力；调质处理的回火阶段，适当降低了回火温度和回火后的冷却速度，在提高了锻件的强度的同时保证了韧塑性，并能有效减少锻件的残余应力。2、本专利技术工业汽轮机转子锻件的热处理方法预备热处理采用正火与回火方式，正火可以使工业汽轮机转子锻件得到更均匀细小的组织，正火与回火配合的方法可以细化晶粒和改善材料内部组织，降低残余应力，降低硬度改善切削加工性能，为粗加工和调质处理打下良好的基础3、本专利技术工业汽轮机转子锻件的热处理方法正火和淬火阶段采用阶梯加热的方式，避免加热过快导致淬火后残余应力叠加可能带来锻件缺陷扩展甚至开裂等问题。附图说明图1是本专利技术工业汽轮机转子锻件示意图；图2是本专利技术工业汽轮机转子锻件预备热处理工艺图；图3是本专利技术工业汽轮机转子锻件调质处理工艺图。具体实施方式以下结合具体实施例对专利技术的技术方案做进一步说明和描述。实施例1：本实施例中工业汽轮机转子锻件如图1所示轴身直径D为1000mm，材质为30CrMoNiV，具体化学成分为C：0.28～0.34％，Si：≤0.30％，Mn：0.30～0.80％，P：≤0.012％，S：≤0.012％，Cr：1.10～1.40％，Ni：0.50～0.75％，Mo：0.80～1.20％，V：0.25～0.35％，Cu：≤0.20％，Al：≤0.01％，其余为Fe。本实施例中工业汽轮机转子锻件的热处理方法包括下面步骤：(1)、预备热处理(如图2所示)：a)正火：将工业汽轮机转子锻件在台式热处理炉中采用阶梯加热方式升温加热，从室温升温至250～320℃保温6h，再以＜60℃/h的加热速度升温至700～720℃保温3h，再快速加热到900～920℃保温20h，保温结束后出炉空冷；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在台式热处理炉中升温加热，在280～320℃时保温10h，再以＜45℃/h的加热速度加热升温至640～660℃保温30h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、预备热处理：a)正火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至900～920℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，出炉空冷；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至280～320℃保温10h，再以＜45℃/h的加热速度升温至640～660℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*3h/100mm，保温结束后，随炉冷却至≤200℃，出炉空冷至室温；(2)、调质处理：a)淬火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至940～950℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，保温结束后出炉先快速吊入初始水温为10～25℃的水中冷却，水冷时间12‑22min，再吊入初始油温为10～25℃的油中冷却，油冷时间180‑360min；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至300～350℃保温12h，再以＜45℃/h的加热速度升温至660～670℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*4h/100mm，保温结束后，先随炉冷却至≤200℃，冷却速度＜15℃/h，再出炉空冷至室温。...

【技术特征摘要】
1.一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、预备热处理：a)正火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至900～920℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，出炉空冷；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至280～320℃保温10h，再以＜45℃/h的加热速度升温至640～660℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*3h/100mm，保温结束后，随炉冷却至≤200℃，出炉空冷至室温；(2)、调质处理：a)淬火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至940～950℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*2h/100mm，保温结束后出炉先快速吊入初始水温为10～25℃的水中冷却，水冷时间12-22min，再吊入初始油温为10～25℃的油中冷却，油冷时间180-360min；b)回火：将工业汽轮机转子锻件在热处理炉中升温加热，加热至300～350℃保温12h，再以＜45℃/h的加热速度升温至660～670℃保温，保温时间为工业汽轮机转子锻件直径D*4h/100mm，保温结束后，先随炉冷却至≤200℃，冷却速度＜15℃\...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，黄淑秋，何成，郝明闪，叶伟，费海良，王小倩，
申请(专利权)人：杭州汽轮动力集团有限公司，杭州汽轮铸锻有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33