80 MW 25CrNi1MoV發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的試制

宋國旺 李宏柏 牛玉溫 王旭穎 彭彩霞

(太原重工股份有限公司，山西030024)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是電站設(shè)備中非常關(guān)鍵的大型鍛件，其生產(chǎn)過程主要包括鑄錠、鍛造、熱處理等重要環(huán)節(jié)。80 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的材料為25CrNi1MoV，通常用雙真空鋼錠鍛造而成。但隨著國內(nèi)重型機(jī)械行業(yè)的競爭加劇，轉(zhuǎn)子的市場價格逐漸降低，為降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場競爭力，我公司初次用55 t單真空方式冶煉的鋼錠成功地鍛造出了80 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，檢驗結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能都達(dá)到了技術(shù)要求。

1 技術(shù)要求

1.1 化學(xué)成分要求

材料的化學(xué)成分要求見表1。

1.2 力學(xué)性能要求

調(diào)質(zhì)完畢后，取樣做力學(xué)性能試驗。力學(xué)性能的取樣位置見圖1，力學(xué)性能具體要求見表2。

(1)在轉(zhuǎn)子軸身徑向X2、X4部位套取試樣，做四個拉伸試驗。在轉(zhuǎn)子軸身徑向X1、X3部位套取試樣，做四個夏比沖擊試驗。

(2)在轉(zhuǎn)子兩軸頭端分別套取縱向試樣L1、L2，做兩個拉伸、兩個夏比沖擊試驗。L1的取樣位置距離外圓R/3處，L2的取樣位置在中心盲孔壁厚的1/2處。

(3)在轉(zhuǎn)子中心盲孔套取縱向試樣M1，做一個拉伸、三個夏比沖擊試驗。M1的取樣位置在盲孔底部附近。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

圖1 取樣圖Figure 1 Sampling drawing

Rp0.2MPaRmMPaA%Z%KV2J轉(zhuǎn)身切向T1≥540≥690≥17≥45≥90軸頭軸向L1、L2≥540≥690≥17≥45≥90轉(zhuǎn)身徑向X1、X2、X3、X4≥490≥640≥17≥45≥90中心盲孔縱向M1≥450≥590≥15≥40-

2 試制過程

2.1 鋼錠制造

鋼錠采用“堿性電爐冶煉+精煉爐精煉+真空除氣+下注”的方法制造，重55 t。為了提高鋼錠的純凈性，保證鍛件的力學(xué)性能,鋼錠的制造工藝控制要點如下：

(1)原材料準(zhǔn)備階段，為了減少冶煉過程中外來夾雜物的混入，必須選用優(yōu)質(zhì)的返回料頭。嚴(yán)禁使用不明確的料頭，選用As、Sn、Sb、Cu等含量非常低的生鐵。

(2)堿性電爐冶煉階段，采用深吹氧脫碳法，保證充分的脫碳量，使鋼中夾雜物盡可能地上浮。采用深脫磷工藝，使磷含量最大限度地降低。

(3)精煉爐精煉階段，采用硅鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。通過造高堿度還原渣，確保精煉過程中最大限度地降低S、O含量。真空除氣過程中，必須保證足夠的真空度及有效的真空時間，確保鋼中的氣體含量降至最低。

(4)鋼錠澆注階段，澆注過程采用下注的方式進(jìn)行，澆注過程采用氬氣保護(hù)澆注，減少鋼水二次氧化。在澆注之前，對鋼錠模、底盤進(jìn)行清理，防止夾雜物卷入。澆注完畢后，加強(qiáng)冒口保溫，使鋼錠得到良好的補(bǔ)縮，減少縮孔。

2.2 鍛造成形

鍛造過程中，鍛件采用三火鍛造而成，鍛造溫度控制在850～1250℃，總鍛造比大于6。鍛造大變形階段，采用兩次鐓粗兩次拔長的鍛造方法進(jìn)行鍛造。鐓粗時采取整體連續(xù)鐓粗變形的方法，確保鐓粗鍛造比大于2，使鋼錠中粗大的鑄態(tài)組織得到破碎，使鋼錠中的疏松和孔洞性等缺陷得到壓實、焊合。拔長過程采用寬砧強(qiáng)壓方法，確保拔長鍛造比大于2，使整個鍛件鍛透。在轉(zhuǎn)子鍛造成形階段，控制鍛造溫度，預(yù)留一定的鍛造變形量。同時，控制每砧壓下量盡量均勻一致，盡可能得到相對均勻細(xì)小的鍛造組織。

2.3 熱處理

2.3.1 鍛后熱處理

采用兩次高溫正火+回火的鍛后熱處理工藝。第一次正火溫度為900～950℃，第二次正火溫度為850～900℃。兩次正火完畢后，在640～660℃進(jìn)行回火。鍛后熱處理工藝見圖2。

2.3.2 性能熱處理

由于80 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能要求高，不僅要求轉(zhuǎn)子軸身徑向具有高的強(qiáng)度、高的沖擊韌性，而且還要求中心孔具有高的強(qiáng)度、高的延伸率。因此為了確保轉(zhuǎn)子心部必須得到良好的淬火組織，采取下列措施：加熱方面，將轉(zhuǎn)子加熱至奧氏體化溫度835～850℃，保溫足夠的時間，使其組織充分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織。淬火冷卻方面，經(jīng)分析，25CrNi1MoV材料的C含量為0.22%～0.28%，碳當(dāng)量[C]max為0.62%，C≤0.31%并且[C]max≤0.75%，水淬時無風(fēng)險[1]。因此，轉(zhuǎn)子淬火冷卻時采取水冷工藝，以便得到良好的組織。淬火完畢后，在630～670℃進(jìn)行高溫回火，保溫足夠的時間。一方面使馬氏體分解及殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，得到強(qiáng)度、塑性和韌性良好匹配的綜合力學(xué)性能，另一方面，消除淬火應(yīng)力。調(diào)質(zhì)熱處理工藝見圖3。

圖2 鍛后熱處理工藝Figure 2 Post-forging heat treatment process

圖3 調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 3 Quenching and tempering heat treatment process

3 結(jié)果分析與討論

3.1 化學(xué)成分

表3為轉(zhuǎn)子L2縱向的成品分析結(jié)果，可以看出，P含量為0.006%、S含量為0.002%，P、S含量遠(yuǎn)低于技術(shù)要求，其它元素也符合技術(shù)要求。

表3 鍛鋼成品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition of finished forging steel product (mass fraction,%)

表4 力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 4 Test results of mechanical properties

3.2 力學(xué)性能

表4為80 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能檢測結(jié)果。從表4可以看出，力學(xué)性能檢驗結(jié)果均已達(dá)到技術(shù)要求。轉(zhuǎn)子兩軸頭縱向L1、L2的力學(xué)性能數(shù)值相差非常小。徑向X2、X4的Rp0.2、抗拉強(qiáng)度的數(shù)值幾乎一樣。中心縱向強(qiáng)度、沖擊韌性很好，沖擊韌性最小達(dá)到45J。兩軸頭縱向、徑向、中心孔縱向的強(qiáng)度相差不大。說明轉(zhuǎn)子的整體材料非常均勻，鍛造效果、熱處理效果很好。

4 結(jié)論

(1)用55 t單真空鋼錠制造的80 MW 25CrNi1MoV發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的力學(xué)性滿足技術(shù)要求。

(2)80 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩軸頭縱向、徑向、中心孔縱向的強(qiáng)度相差不大，充分說明材料的各向異性相差小，進(jìn)一步驗證了鑄錠、鍛造、熱處理工藝的合理性和可行性。