芮守泰　時立佳　張　超

(中國一重天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

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改進預(yù)備熱處理工藝提高單缸聯(lián)合轉(zhuǎn)子超聲檢測穿透性

芮守泰時立佳張超

(中國一重天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

結(jié)合經(jīng)典的切斷晶粒遺傳理論，通過小試樣研究結(jié)果對單缸機組大直徑高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子的預(yù)備熱處理工藝進行改進，從晶粒細化的角度出發(fā)，消除雜波，解決了轉(zhuǎn)子預(yù)備熱處理后超聲檢測可探性偏低的問題。

高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子；預(yù)備熱處理；晶粒遺傳

高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子是指在原常規(guī)兩缸或三缸機組的基礎(chǔ)上改進為單缸機組，將原來的高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子合成一支高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子，即聯(lián)合轉(zhuǎn)子具有高壓部分和低壓部分。由于對發(fā)電效率不斷提高的要求，單缸機組容量逐漸增大，導(dǎo)致低壓部分和高壓部分軸身截面差越來越大。同時由于兩部分軸身鍛造變形量和終鍛溫度的差異，致使原始晶粒破碎程度也相差較大，鍛造后低壓部分初始晶粒明顯粗大，常規(guī)預(yù)備熱處理已無法解決其組織遺傳造成的粗晶。

最近兩年一重承制的高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子低壓部分軸身直徑明顯增大，大多數(shù)鍛件低壓部分毛坯直徑在?1 500mm以上，甚至有部分超過?1 800mm(以前同類產(chǎn)品低壓部分軸身直徑大部分都不超過?1 500mm，而相應(yīng)的高壓部分軸身直徑一般都在900mm～1 200mm范圍內(nèi))。這批轉(zhuǎn)子在采用傳統(tǒng)的兩次正火加回火工藝預(yù)備熱處理后超聲檢測穿透性差，低壓部分軸身達到?3mm中心可探而正常發(fā)下序進行調(diào)質(zhì)的比例甚至低于30%(見圖1)。個別鍛件甚至還需要兩次正火返修才能達到低壓部分中心?3mm可探，造成了生產(chǎn)周期的延長和成本的增大。鑒于此，優(yōu)化預(yù)備熱處理工藝，在不增加奧氏體化次數(shù)的前提下細化晶粒、消除雜波，提高聯(lián)合轉(zhuǎn)子預(yù)備熱處理后低壓部分軸身的超聲檢測穿透性，為此進行了模擬熱處理工藝試驗。

圖1　預(yù)備熱處理工藝改進之前的超聲檢測情況Figure 1　Ultrasonic testing results before modifyingthe conditioning heat treatment process

1　模擬熱處理工藝實驗及結(jié)果

采用相變計算軟件計算了高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子材質(zhì)(24Cr2Ni1Mo1V)的等溫轉(zhuǎn)變曲線，如圖2所示。由圖2可以觀察到此材質(zhì)鐵素體平衡轉(zhuǎn)變鼻尖溫度約在650℃。同時參考24Cr2Ni1Mo1V材質(zhì)的CCT曲線，設(shè)計的模擬晶粒細化熱處理曲線如圖3所示。曲線①模擬兩次正火，曲線②模擬正火+退火，曲線③模擬退火+退火。在奧氏體化升溫階段模擬大鍛件加熱升溫，退火冷卻過程中650℃之前采用限速冷卻，650℃之后模擬大鍛件爐冷。

圖2　24Cr2Ni1Mo1V材質(zhì)的等溫轉(zhuǎn)變曲線Figure 2　The isothermal transformationcurve of 24Cr2Ni1Mo1V material

圖4為模擬晶粒細化熱處理小試樣的晶粒度照片，模擬熱處理之前的原始試樣晶粒度為1.5～2級。圖4(a)所示晶粒度為2級，金相組織為貝氏體。圖4(b)所示晶粒度為3級，少量5級，金相組織為貝氏體+珠光體+鐵素體。圖4(c)所示晶粒度為3級，少量6級，金相組織為貝氏體+珠光體+鐵素體。模擬曲線②相比模擬曲線①晶粒細化效果要更明顯，模擬曲線②和模擬曲線③晶粒細化效果差別不大。

(a)曲線①

(b) 曲線②

(c) 曲線③圖3　模擬晶粒細化熱處理曲線Figure 3　The simulated heat treatment curve for grain refinement

(a)曲線①(b)曲線②(c)曲線③

圖4模擬晶粒細化熱處理小試樣的晶粒度照片(100×)

Figure4Photosforgrainsizeofsmallspecimenwithsimulatedgrainrefinement

2　生產(chǎn)性驗證

根據(jù)模擬晶粒細化熱處理實驗結(jié)果對實際預(yù)備熱處理工藝進行了改進。綜合晶粒細化效果及實際工藝的簡便性及可操作性，改進后的預(yù)備熱處理工藝采用模擬曲線②，不同之處為奧氏體化溫度區(qū)間采用功率升溫，同時根據(jù)鍛件實際情況確定高溫保溫時間。

圖5　預(yù)備熱處理工藝改進之后的超聲檢測情況Figure 5　Ultrasonic testing results after modificationof the conditioning heat treatment process

改進預(yù)備熱處理工藝后聯(lián)合轉(zhuǎn)子的超聲檢測情況見圖5。從圖5可觀察到工藝改進后的檢測通過率大幅提高，由改進之前的不到30%提高到改進后的超過80%。同時主截面可探性也大幅提高，有將近一半轉(zhuǎn)子預(yù)備熱處理后軸身檢測靈敏度達到?2mm。

3　討論

高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子預(yù)備熱處理后超聲檢測通過率低的主要原因在于原奧氏體晶粒沒有得到有效

細化，存在晶粒遺傳現(xiàn)象。高低壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子材質(zhì)含較多的Cr、Ni等合金元素，晶粒遺傳傾向嚴重。由于低壓部分直徑截面大，通過臨界區(qū)加熱時不可能獲得較快的加熱速度，為粗大的原始奧氏體晶粒的恢復(fù)與遺傳創(chuàng)造了有利條件[1]。在原奧氏體晶粒粗大的情況下，若鋼以非平衡組織(如馬氏體和貝氏體)在一定加熱條件下奧氏體化，新形成的奧氏體晶粒會繼承和恢復(fù)原始粗大的奧氏體晶粒。如果將這種粗晶有序組織繼續(xù)加熱，延長保溫時間，還會使晶粒異常長大，造成混晶現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)典的切斷晶粒遺傳機制(見圖6)，必須在相變過程中引入平衡轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，實現(xiàn)α相的再結(jié)晶，獲得細小的碳化物顆粒和鐵素體的整合組織。這些細小的碳化物和鐵素體交界面為下一次奧氏體化提供了較多的形核質(zhì)點。在原粗大奧氏體晶粒內(nèi)部形成較多新的球形奧氏體，因此原奧氏體晶粒得到了有效細化。

模擬曲線曲線②和模擬曲線③得到的晶粒度照片與圖6所示的經(jīng)典的切斷晶粒遺傳示意圖非常吻合。在采用退火之后，晶粒細化效果明顯，同時沒有觀察到特別粗大的原奧氏體晶粒，這表明組織均勻性也得到了明顯改善。

圖6　經(jīng)典的切斷晶粒遺傳機制示意圖Figure 6　Sketch of typical grain inheritance mechanism

4　結(jié)論

(1)對于24Cr2Ni1Mo1V材質(zhì)，采用正火+退火相結(jié)合的預(yù)備熱處理工藝形式，既能得到良好的晶粒細化效果，提高鍛件的超聲檢測穿透性，同時不增加實際生產(chǎn)操作的難度。

(2)對于低壓部分毛坯直徑在?1 500mm以上的聯(lián)合轉(zhuǎn)子，在不增加奧氏體化次數(shù)及工期的前提下，相比傳統(tǒng)的預(yù)備熱處理工藝，改進預(yù)備熱處理工藝后的超聲檢測通過率由改進之前的不到30%提高到改進后的超過80%。

[1]康大韜，葉國斌.大型鑄鍛件材料及熱處理[M].北京：龍門書局,1998.

編輯杜青泉

ImprovingUltrasonicTestingPenetrabilityofCombinedRotorbyModifyingConditioningHeatTreatmentProcess

RuiShoutai,ShiLijia,ZhangChao

Bycombiningthetypicalpreventinggraininheritancetheory,theconditioningheattreatmentprocessofhighandlowpressurecombinedrotorwithlargediameterforsinglecylinderunithasbeenmodifiedaccordingtotheresearchresultsofsmallspecimens.Intheaspectofgrainrefinement,thelowerdetectabilityofultrasonictestingfortherotoraftertheconditioningheattreatmentcanbesolvedbyeliminatingtheclutter.

highandlowpressurecombinedrotor;conditioningheattreatment;graininheritance

2016—04—19

TG156B