劉繼紅 梁寶乙 叢鐵聲 付 穎

(1.中冶京誠(chéng)(營(yíng)口)裝備技術(shù)有限公司，遼寧115004；2.營(yíng)口大學(xué)，遼寧115004)

26Cr2Ni4MoV鋼主要用于制造大型發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及各類風(fēng)機(jī)主軸等。我公司試制的轉(zhuǎn)子產(chǎn)品技術(shù)條件要求具有較低的P、S含量，對(duì)縱向和切向拉伸、沖擊性能均有要求，組織細(xì)小均勻，對(duì)無(wú)損檢測(cè)和殘余應(yīng)力的要求也很嚴(yán)格。

1 試制工藝

1.1 冶煉

采用電爐冶煉(EAF)、爐外精煉(LF)、真空脫氣(VD)和真空澆注(VC)工藝生產(chǎn)鋼錠。嚴(yán)控有害元素含量，最終產(chǎn)品分析P含量為0.008%，S含量為0.003%，完全滿足合同技術(shù)要求。

1.2 鍛造

鋼錠脫模后熱送至鍛造廠，采用墩粗和拔長(zhǎng)工藝三火次出成品，最后一火嚴(yán)控鍛比及終鍛溫度，避免“混晶”問(wèn)題出現(xiàn)，總鍛比為4.2。鋼錠冒口及水口端均有足夠的切除量，以保證產(chǎn)品的非金屬夾雜物要求。

1.3 鍛后熱處理

26Cr2Ni4MoV鋼由于具有強(qiáng)烈的組織遺傳，在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的粗大奧氏體晶粒難于細(xì)化。因此為保證產(chǎn)品的成功試制，我們采用了兩次正火工藝進(jìn)行晶粒細(xì)化和組織準(zhǔn)備[1]。兩次正火溫度分別為890℃和860℃。

1.4 調(diào)質(zhì)熱處理

為節(jié)約成本，我們選擇采用臺(tái)車爐代替高成本的井式爐進(jìn)行鍛件加熱，用噴水和噴霧淬火代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油淬并取得了良好的效果。臺(tái)車爐加熱過(guò)程中必須嚴(yán)控工件變形，調(diào)質(zhì)工藝如圖1所示。

2 檢驗(yàn)結(jié)果

2.1 化學(xué)成分分析及組織檢驗(yàn)

圖1 試制鋼鍛件調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 1 The quenching and tempering processes for the trial steel forging

表1 試制鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 非金屬夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果

表3 試制鋼的力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 試制鋼的晶粒度Figure 2 Grain size of the trial steel

圖3 試制鋼的金相組織Figure 3 Metallographic structure of the trial steel

化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。通過(guò)嚴(yán)格控制煉鋼流程和足夠的鋼錠切除量，非金屬夾雜物含量獲得了較好的控制，結(jié)果如表2所示。調(diào)質(zhì)熱處理后進(jìn)行了晶粒度和金相組織檢驗(yàn)，結(jié)果顯示組織狀態(tài)為細(xì)小均勻的索氏體組織，按照GB/T6394—2002標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定其晶粒度為8.0級(jí)[2]。檢驗(yàn)結(jié)果表明鍛造和鍛后熱處理工序完全消除了其組織遺傳性，避免了粗大不均勻組織的出現(xiàn)，見(jiàn)圖2和圖3。

2.2 力學(xué)性能及殘余應(yīng)力檢驗(yàn)

鍛件粗加工取樣簡(jiǎn)圖如圖4所示。力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)性能指標(biāo)均完全滿足技術(shù)條件的要求，見(jiàn)表3。殘余應(yīng)力按照J(rèn)B/T 1267—2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)[3]，結(jié)果顯示其殘余應(yīng)力值為5.2 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合同要求的30 MPa。

圖4 試制鋼鍛件粗加工取樣簡(jiǎn)圖Figure 4 The sketch of rough machining and sampling of the trial steel forging

3 分析討論

(1)為保證試制鍛件冶金質(zhì)量，我們對(duì)廢鋼原材料有害元素含量進(jìn)行了嚴(yán)控并配入了超過(guò)70%的生鐵以保證鋼水的純凈度。同時(shí)對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行徹底的干燥和清潔，為獲得較低的非金屬夾雜物含量提供了先決條件。

(2)為控制有害氣體含量，在電爐精煉(LF)過(guò)程中注意保持渣層厚度，防止鋼水大量吸氮。而在真空脫氣(VD)過(guò)程中，在高真空下(小于70 Pa)保持10 min以上，以進(jìn)一步降低有害氣體含量。

(3)通過(guò)控制鍛造加熱溫度和最后一火次的鍛比及終鍛溫度，并進(jìn)行兩次高溫正火來(lái)消除該鋼種的組織遺傳性是非常有效的，對(duì)以后該類鍛件的生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

(4)為保證較低的殘余應(yīng)力，在淬火后的高溫回火過(guò)程中，嚴(yán)控加熱和降溫速率，同時(shí)爐體應(yīng)具有較好的爐溫均勻性并在裝爐過(guò)程中確保工件墊平墊實(shí)。本次試制中高溫回火所使用的中低溫電阻爐其爐溫均溫性在±3℃范圍以內(nèi)，為獲得超低的殘余應(yīng)力起到了關(guān)鍵作用。此外，生產(chǎn)實(shí)踐表明在高溫回火冷卻過(guò)程中進(jìn)行階梯冷卻也可以明顯降低殘余應(yīng)力。

4 結(jié)論

(1)加強(qiáng)原材料管控及增加生鐵配入量有助于獲得較好的冶金質(zhì)量。

(2)通過(guò)對(duì)鍛造及鍛后熱處理的有效控制，能夠完全消除大型26Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼鍛件的組織遺傳。

(3)對(duì)大型26Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼鍛件進(jìn)行噴水和噴霧淬火能夠獲得優(yōu)異的力學(xué)性能，而對(duì)高溫回火過(guò)程的有效控制是獲得超低殘余應(yīng)力的關(guān)鍵。

[1] 康大韜， 葉國(guó)斌. 大型鍛件材料及熱處理[M]. 北京：龍門書局， 1998.

[2] GB/T6394—2002 金屬平均晶粒度測(cè)定方法[S].

[3] JB/T1267—2002 50MW-200MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件技術(shù)條件[S].