一種工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法，所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件包括高壓段和低壓段，高壓段直徑D1，低壓段直徑D2，所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法包括以下步驟：預備熱處理的正火和回火；調質處理的淬火和回火，淬火和回火使用分段熱處理設備，高壓段和低壓段用隔熱擋板隔開分別升溫加熱到不同的溫度，淬火冷卻時高溫段噴霧冷卻，低溫段噴水冷卻。本發(fā)明的工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法工藝合理，使單個工業(yè)汽輪機轉子高壓段具有優(yōu)異的高溫性能同時低壓段具有優(yōu)異的低溫性能，使工業(yè)汽輪機的轉速提高，進而提高工業(yè)汽輪機效率。
【專利說明】
一種工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)汽輪機轉子鍛件產品技術生產領域，尤其涉及一種工業(yè)汽輪機轉 子鍛件具有不同性能的高壓段和低壓段的分段熱處理工藝方法。
【背景技術】
[0002] 通常工業(yè)汽輪機轉子的高溫性能和低溫性能是相互矛盾的兩種性能。為規(guī)避這種 矛盾，大型汽輪機組所采用的轉子分為高壓轉子和低壓轉子，以滿足高壓轉子的高溫蠕變、 持久等高溫性能，低壓轉子的強度、韌性等常溫性能。工業(yè)汽輪機為使機組結構緊湊簡單， 便于運行控制，安全可靠高，一般采用單根整鍛轉子，但該整鍛轉子采用整體熱處理方式， 使得轉子需同時兼顧高溫性能和低溫性能，這樣就犧牲一部分高溫或低溫性能，限制了工 業(yè)汽輪機轉子轉速提高，阻礙了工業(yè)汽輪機組效率的提升。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種工業(yè)汽輪機轉子鍛件 具有不同性能的高壓段和低壓段的分段熱處理工藝方法，使工業(yè)汽輪機的轉速提高，進而 提高工業(yè)汽輪機效率。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0005] -種工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法，所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件包括高壓段 和低壓段，高壓段直徑D1，低壓段直徑D2,所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法包括以 下步驟：
[0006] (1)、預備熱處理：
[0007] a)正火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件在熱處理爐中升溫加熱，在900~920°C保溫，保溫 時間為MAX(D1，D2)*2h/100mm，保溫結束后，出爐空冷；
[0008] b)回火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件在熱處理爐中升溫加熱，在280~320°C保溫10h， 再以< 50 °C /h加熱速度升溫，在640~660 °C保溫，保溫時間為MAX (DI，D2) *3h/1 OOmm，保溫 結束后，先隨爐冷卻至<250°C，再出爐空冷至室溫；
[0009] (2)、調質處理：
[0010] a)淬火:將預備熱處理后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低 壓段之間設置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至950~960°C保溫，低壓段加 熱至900~910°C保溫，保溫時間為MAX(DI，D2)*2h/1OOmm，保溫結束后，出爐快速放入立式 冷卻裝置中，對高壓段進行噴霧冷卻，低壓段進行噴水冷卻，冷卻至<250°C。
[0011] b)回火:將淬火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段之 間設置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至680~690°C保溫，低壓段加熱至 650~660°C保溫，保溫時間為MAX(Dl，D2)*4h/100mm，保溫結束后，先以<25°C/h的冷卻速 度隨爐冷卻至<200°C，出爐空冷至室溫。
[0012] 正火使工業(yè)汽輪機轉子鍛件內部組織均勻且細小，正火后進行回火降低鍛件的硬 度，正火和回火配合細化組織晶粒，改善材料內部組織結構，降低殘余應力，降低硬度改善 切削加工性能，為粗加工和調質處理做組織準備；調質處理高壓段淬火溫度比低壓段高50 °C左右，高壓段溫度較高是為得到相對較為粗大的奧氏體晶粒度，保證較好的高溫性能，低 壓段溫度較低是為了抑制奧氏體晶粒的長大，保證韌性，獲得較好的室溫性能;高壓段淬火 冷卻速度較慢是為了獲得較多的貝氏體組織，高溫回火后獲得更加優(yōu)異的高溫性能，低壓 段淬火冷卻速度較快是為了獲得更多的馬氏體組織，確保回火后獲得細小均勻的回火索氏 體組織，具有優(yōu)異的室溫強度和韌性；回火溫度通常高壓段比低壓段回火溫度高30°C左右， 因為回火溫度提高使得回火索氏體組織中的碳化物聚集長大，使高壓段獲得優(yōu)異的高溫性 能，回火溫度稍低的低壓段的組織更細小從而獲得高的強、韌性的低溫性能。
[0013] 上述預備熱處理的正火和回火的保溫時間以及調質處理淬火和回火的保溫時間 按照高壓段直徑Dl和低壓段直徑D2中較大值計算保溫時間，確保工業(yè)汽輪機轉子鍛件完全 加熱透徹，內部組織轉變完全化。
[0014] 作為本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法的進一步補充技術方案，
[0015] 上述正火階段升溫加熱采用階梯升溫方式:從室溫升溫至260~330°C預熱10h，再 以<70°C/h加熱速度升溫至700~750°C保溫3h，再快速加熱到900~920°C;上述淬火升溫 加熱采用階梯升溫方式:高壓段和低壓段均從室溫升溫至250~320°C保溫2h，再以<45°C/ h加熱速度升溫至700~720°C保溫2h，高壓段以<65°C/h加熱到950~960°C，低壓段<65 °C/h加熱到900~910°C，實踐證明階梯加熱的方式能避免鍛件加熱過快導致淬火后殘余應 力疊加，可能帶來鍛件缺陷擴展甚至開裂等問題。
[0016] 為方便工業(yè)汽輪機轉子鍛件的進爐與出爐上述預備熱處理采用設備為臺式熱處 理爐；為防止工業(yè)汽輪機轉子鍛件彎曲、變形，提高其同心度，上述調質處理采用井式熱處 理爐。
[0017] 為使淬火組織均勻且組織應力降低，保證其淬透性，上述淬火階段冷卻時鍛件以4 ~6r/min勾速旋轉。
[0018] 為了保證整個工業(yè)汽輪機轉子鍛件組織的均勻性，上述工業(yè)汽輪機轉子鍛件高壓 段和低壓段直徑Dl和D2均小于900mm。
[0019] 為了保證整個工業(yè)汽輪機轉子鍛件的淬透性，上述工業(yè)汽輪機轉子鍛件材質為 28(>]\1〇附￥，其具體化學成分為(：：0.25~0.30%，5丨：彡0.30%，]\111 :0.30~0.80%，？：彡 0.012%，S:彡0.012%，Cr:l. 10~1.40%，Ni :0.50~0.75%，Mo:0.80~1.00%，VO.25~ 0.35%，〇1:彡0.20%41:彡0.01%，其余為卩6。
[0020] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果：
[0021] 1、本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法調質處理的淬火和回火使用分段熱 處理設備，高壓段和低壓段用隔熱擋板隔開分別升溫加熱到不同的溫度，淬火冷卻時高溫 段噴霧冷卻，低溫段噴水冷卻，使得工業(yè)汽輪機轉子鍛件的高溫段和低溫段獲得不同的內 部組織，從而滿足并提高高壓段的高溫性能，低壓段的低溫性能，可提升工業(yè)汽輪機的轉 速，進而提高工業(yè)汽輪機效率。
[0022] 2、本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法預備熱處理采用正火與回火方式，正 火可以使工業(yè)汽輪機轉子鍛件得到更細更均勻的組織，正火與回火配合的方法可以細化晶 粒和改善材料內部組織，降低殘余應力，降低硬度改善切削加工性能，為粗加工和調質處理 打下良好的基礎。
[0023] 3、本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法淬火冷卻時鍛件以4~6r/min勻速旋 轉可使淬火組織均勻，降低組織應力。
[0024] 4、本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法正火和淬火階段采用階梯加熱的方 式，避免加熱過快導致淬火后殘余應力疊加，可能帶來鍛件缺陷擴展甚至開裂等問題。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件預備熱處理工藝圖；
[0027]圖3是本發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件調質處理工藝圖；
[0028]圖4為本發(fā)明的工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合具體實施例對發(fā)明的技術方案做進一步說明和描述。
[0030] 實施例1:
[0031]本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件如圖1所示包括高壓段和低壓段，高壓段直徑Dl 為300mm，低壓段直徑D2為400mm，材質為28CrMoNiV，其具體化學成分為C:0.25~0.30%， SK0.30%，Mn:0.30~0.80%，P:<0.012%，S:<0.012%，Cr :1.10~1.40%，Ni:0.50~ 0.75%，]?〇:0.80~1.00%，￥0.25~0.35%，〇1:彡0.20%41 :彡0.01%，其余為卩6。
[0032]本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法包括以下步驟：。
[0033] (1)、預備熱處理(如圖2所示）：
[0034] a)正火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐，加熱階段采用階梯加熱方式， 室溫升溫至260~330°C，預熱10h，再以<70°C/h加熱速度升溫到700~750°C保溫3h，再快 速加熱到900~920°C，保溫8h，保溫結束后，出爐空冷；
[0035] b)回火：將正火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐在溫度為280~330 。(：，保溫4h，再以<50°C/h加熱速度升溫至640~660°C保溫12h，保溫結束后，隨爐冷卻至 250 °C，出爐空冷至室溫；
[0036] (2)、調質處理(如圖3-4所示）：
[0037] a)淬火:將預備熱處理的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段井式熱處理爐，高壓段和 低壓段之間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱采用階梯加熱方式升溫加熱，從室溫升溫至250~ 300°C，保溫2h，再以<45°C/h加熱速度升溫至700~720°C時保溫2h，高壓段以<65°C/h加 熱速度升溫到950~960°C，低壓段<65°C/h加熱速度升溫到900~910°C，保溫時間均為8h， 保溫結束后，出爐快速放入立式冷卻裝置中，使鍛件以4~6r/min勻速旋轉，對高壓段進行 噴霧冷卻，低壓段進行噴水冷卻，冷卻至250 °C以下。
[0038] b)回火:將淬火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段之 間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至680~690°C保溫，低壓段加熱至 650~660 °C保溫，保溫時間均為16h，保溫結束后，先以< 25 °C /h冷卻速度隨爐冷卻至< 200 °C，再出爐空冷至室溫。
[0039] 實施例2:
[0040]本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件如圖1所示包括高壓段和低壓段，高壓段直徑Dl 為500mm，低壓段直徑D2為600mm，材質為28CrMoNiV，其具體化學成分為C:0.25~0.30%， SK0.30%，Mn:0.30~0.80%，P:<0.012%，S:<0.012%，Cr :1.10~1.40%，Ni:0.50~ 0.75%，]?〇:0.80~1.00%，￥0.25~0.35%，〇1 :彡0.20%41:彡0.01%，其余為卩6。
[0041 ]本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法包括以下步驟：。
[0042] (1)、預備熱處理(如圖2所示）：
[0043] a)正火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐，加熱階段采用階梯加熱方式， 室溫升溫至260~330°C，預熱10h，再以<70°C/h加熱速度升溫至700~750°C時保溫3h，再 快速加熱到900~920 °C保溫12h，保溫結束后，出爐空冷；
[0044] b)回火：將正火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐加熱升溫，在280~ 330 °C保溫4h，再以<50°C/h加熱速度升溫，在640~660°C保溫18h，保溫結束后，先隨爐冷 卻至250°C以下，再出爐空冷至室溫；
[0045] (2)、調質處理(如圖3-4所示）：
[0046] a)淬火:將預備熱處理的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段井式熱處理爐，高壓段和 低壓段之間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱采用階梯加熱方式升溫加熱，從室溫升溫至250~ 300°C保溫2h，再以<45°C/h加熱速度升溫為700~720°C保溫2h，高壓段以<65°C/h加熱速 度升溫到950~960 °C保溫，低壓段< 65 °C /h加熱速度升溫到900~910 °C保溫，保溫時間均 為12h，保溫結束后，出爐快速放入立式冷卻裝置中，使鍛件以4~6r/min勻速旋轉，對高壓 段進行噴霧冷卻，低壓段進行噴水冷卻，冷卻至250°C以下。
[0047] b)回火:將淬火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段之 間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至680~690°C保溫，低壓段加熱至 650~660 °C保溫，保溫時間均為24h，保溫結束后，先以< 25 °C /h冷卻速度隨爐冷卻至< 200 °C，再出爐空冷至室溫。
[0048] 實施例3:
[0049] 本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件如圖1所示包括高壓段和低壓段，高壓段直徑Dl 為700mm，低壓段直徑D2為800mm，材質為28CrMoNiV，其具體化學成分為C:0.25~0.30%， SK0.30%，Mn:0.30~0.80%，P:<0.012%，S:<0.012%，Cr :1.10~1.40%，Ni:0.50~ 0.75%，]?〇:0.80~1.00%，￥0.25~0.35%，〇1 :彡0.20%41:彡0.01%，其余為卩6。
[0050] 本實施例中工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法包括以下步驟：。
[005?] (1)、預備熱處理(如圖2所示）：
[0052] a)正火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐，加熱階段采用階梯加熱方式， 室溫升溫至260~330°C預熱10h，再以<70°C/h加熱速度升溫至700~750°C保溫3h，在快速 加熱到900~920°C保溫16h，保溫結束后，出爐空冷；
[0053] b)回火：將正火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入臺式熱處理爐加熱升溫，在280~ 330 °C保溫4h，再以< 50 °C/h加熱速度升溫，在640~660 °C保溫24h，保溫結束后，先隨爐冷 卻至250°C，再出爐空冷至室溫；
[0054] (2)、調質處理(如圖3-4所示）：
[0055] a)淬火:將預備熱處理的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段井式熱處理爐，高壓段和 低壓段之間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱采用階梯加熱方式升溫加熱，從室溫升溫至250~ 300°C保溫2h，再以<45°C/h加熱速度升溫至700~720°C保溫2h，高壓段以<65°C/h加熱速 度升溫到950~960°C保溫，低壓段以<65°C/h加熱速度升溫到900~910°C保溫，保溫時間 均為16h，保溫結束后，出爐快速放入立式冷卻裝置中，使鍛件以4~6r/min勻速旋轉，對高 壓段進行噴霧冷卻，低壓段進行噴水冷卻，冷卻至250°C以下。
[0056] b)回火:將淬火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段之 間裝置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至680~690°C保溫，低壓段加熱至 650~660 °C保溫，保溫時間均為32h，保溫結束后，先以< 25 °C /h冷卻速度隨爐冷卻至< 200 °C，再出爐空冷至室溫。
[0057] 對比例：
[0058]為了說明本發(fā)明的工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法與現(xiàn)有技術的相比的優(yōu) 點，現(xiàn)做如下對比例：
[0059] 對比例Γ與實施例1，對比例2'與實施例2,對比例3'與實施例3的工業(yè)汽輪機轉子 鍛件高壓段和低壓段的直徑Dl，D2、材質和預備熱處理分別相同，對比例中工業(yè)汽輪機轉子 鍛件采用常規(guī)調質處理方法，整個工業(yè)汽輪機轉子鍛件采用傳統(tǒng)的淬火、回火的方式即淬 火升溫階段不采用分段加熱方式，冷卻階段直接油冷，高壓段和低壓段淬火和回火溫度相 同，冷卻階段的冷卻速度也相同，即整根轉子不同部位的性能一樣。
[0060] 對實施例1-3和對比例Γ-3'熱處理的工業(yè)汽輪機轉子鍛件按GB/T228、GB/T229標 準進行測試，同時按照GB/T2039標準進行了持久試驗測試，標準中規(guī)定的外推方法推導出 540°C/1萬小時條件下的持久強度Ru100 00/540°C，測試結果如下表1，從表中可以看出，本 發(fā)明工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法制備的產品相比對比例的產品高壓段540°C/1萬 小時條件下的持久強度高25MPa左右，低壓段強度、韌性和塑性均遠高于對比例，可見分段 熱處理方法生產的轉子鍛件，高壓段、低壓段分別具有優(yōu)異的高溫性能和低溫性能，明顯優(yōu) 于對比例產品，充分說明了本發(fā)明工藝顯著的優(yōu)越性。
[0061 ]表1實施例與對比例產品的測試數(shù)據(jù)對比
[0063]上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明 已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫 離本發(fā)明技術方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案做出許 多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案 的內容，依據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落 在本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理方法，所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件包括高壓段和 低壓段，高壓段直徑D1，低壓段直徑D2，其特征在于，所述工業(yè)汽輪機轉子鍛件分段熱處理 方法包括以下步驟： (1) 、預備熱處理： a) 正火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件在熱處理爐中升溫加熱，在900~920°C保溫，保溫時間 為MAX(D1，D2)*2h/100mm，保溫結束后，出爐空冷； b) 回火:將工業(yè)汽輪機轉子鍛件在熱處理爐中升溫加熱，在280~320°C保溫10h，再以 <50°C/h加熱速度升溫，在640~660°C保溫，保溫時間為MAX(Dl，D2)*3h/100mm，保溫結束 后，先隨爐冷卻至<250°C，再出爐空冷至室溫； (2) 、調質處理： a) 淬火:將預備熱處理后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段 之間設置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至950~960°C保溫，低壓段加熱至 900~910 °C保溫，保溫時間為MAX(D1，D2 )*2h/100mm，保溫結束后，出爐快速放入立式冷卻 裝置中，對高壓段進行噴霧冷卻，低壓段進行噴水冷卻，冷卻至<250°C; b) 回火:將淬火后的工業(yè)汽輪機轉子鍛件放入分段熱處理爐，高壓段和低壓段之間設 置隔熱擋板，使其分開隔熱升溫加熱，高壓段加熱至680~690°C保溫，低壓段加熱至650~ 660°C保溫，保溫時間為MAX(Dl，D2)*4h/100mm，保溫結束后，先以<25°C/h的冷卻速度隨爐 冷卻至<200°C，出爐空冷至室溫。2. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法，其特征在于，所述正火階 段升溫加熱采用階梯升溫方式:從室溫升溫至260~330°C預熱10h，再以<70°C/h加熱速度 升溫至700~750°C保溫3h，再快速加熱到900~920°C;所述淬火升溫加熱采用階梯升溫方 式:高壓段和低壓段均從室溫升溫至250~320°C保溫2h，再以<45°C/h加熱速度升溫至700 ~720°C保溫2h，保溫后，高壓段以<65°C/h加熱速度升溫到950~960°C，低壓段<65°C/h 加熱速度升溫到900~910°C。3. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法，其特征在于，所述預備熱 處理采用臺式熱處理爐;所述調質處理采用井式熱處理爐。4. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法，其特征在于，所述淬火階 段冷卻時工業(yè)汽輪機轉子鍛件以4~6r/min旋轉。5. 根據(jù)權利要求1-4任一項所述的工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法，其特征在于，所 述工業(yè)汽輪機轉子鍛件高壓段和低壓段直徑D1和D2均小于900mm。6. 根據(jù)權利要求5所述的工業(yè)汽輪機轉子鍛件的熱處理方法，其特征在于，所述工業(yè)工 業(yè)汽輪機轉子鍛件材質為28CrMoNiV。
【文檔編號】C21D1/28GK106086361SQ201610595407
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610595407.2, CN 106086361 A, CN 106086361A, CN 201610595407, CN-A-106086361, CN106086361 A, CN106086361A, CN201610595407, CN201610595407.2
【發(fā)明人】劉中華, 黃淑秋, 何成, 郝明閃, 葉偉, 費海良, 王小倩
【申請人】杭州汽輪動力集團有限公司, 杭州汽輪鑄鍛有限公司