李 波 何 芬 張 超 李林寬

(東方汽輪機有限公司，四川618000)

馬氏體不銹鋼1Cr12Ni2W1Mo1V因具有高強度和耐蝕性等特點，因此廣泛應(yīng)用于300 MW和600 MW汽輪機末級、次末級動葉片以及核電汽輪機動葉片中，但其模鍛葉片在淬火后在葉根凸臺位置時有裂紋發(fā)生。為研究導(dǎo)致模鍛葉片開裂原因，對葉片裂紋位置進行了取樣，采用各種方法進行分析及工藝技術(shù)研究，制定了有效糾正措施，并通過批量驗證，確保了該類模鍛葉片質(zhì)量。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

該1Cr12Ni2W1Mo1V模鍛葉片為采購回廠的?120 mm圓鋼，通過下料→開坯→開坯退火→模鍛成型→退火→淬火(油)→二次回火→噴丸→打孔等工序完成毛坯階段生產(chǎn)。從實際生產(chǎn)統(tǒng)計來看，經(jīng)淬火后裂紋在葉根位置小凸臺過渡位置如圖1所示a區(qū)域，裂紋方向均與葉片Z向平行。

該模鍛葉片經(jīng)燃氣爐加熱，裝爐量為25件，按加熱規(guī)范加熱至1140℃透燒后，在3 t模鍛錘成形退火后，淬火爐1030℃均熱保溫后淬火油冷卻，其中淬火后出現(xiàn)批量性葉片裂紋現(xiàn)象。裂紋形態(tài)示意圖如圖2所示。

圖1 模鍛葉片裂紋位置Figure 1 Crack position of die forging blade

2 化學(xué)成分分析

選取了1件裂紋模鍛葉片進行了化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。缺陷的葉片材料為1Cr12Ni2W1Mo1V，該破壞試樣化學(xué)成分符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

3 力學(xué)性能試驗

從試驗葉片中加工了1個拉伸試樣及2個沖擊試樣，進行拉伸、沖擊和硬度試驗，試驗結(jié)果如表2所示，葉片力學(xué)性能符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

4 金相組織檢查

對該葉片進行破壞取樣，所取試樣為與葉根小凸臺貫穿裂紋垂直面(取樣位置見圖1標識a處)。開裂模鍛葉片的組織形貌如圖3所示，具有明顯的淬火裂紋特征。從金相組織檢查來看，葉片組織為均勻的回火馬氏體，晶粒度為5級。

5 原因分析

從該模鍛葉片裂紋形態(tài)和分布可以分析出，葉片裂紋開口位置處和裂紋中間位置兩側(cè)有明顯的氧化現(xiàn)象，說明裂紋在塑性成形階段后淬火前就已形成。

圖2 裂紋形態(tài)示意圖Figure 2 Sketch of crack shape

CSiMnPSCrNiWMoVAl標準值測試值0.12～0.160.140.10～0.350.260.40～0.800.58≤0.0250.02≤0.0200.00110.50～12.5011.072.20～2.602.491.00～1.401.341.00～1.401.140.15～0.350.31≤0.050.01

表2 力學(xué)性能試驗結(jié)果Table 2 Test results of mechanical properties

(a)中間位置

(b)芯部位置圖3 組織形貌(×100)Figure 3 Structure appearance (×100)

另外，從破壞試樣葉片中間及芯部位置形貌進行觀察分析，裂紋的尾部尖細，兩側(cè)沒有明顯的氧化現(xiàn)象，具有十分明顯的淬火裂紋特征。同時結(jié)合材料特性及生產(chǎn)實際，材料1Cr12Ni2W1Mo1V淬透性極強，在模鍛后冷卻就會出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變(即葉片處于淬火態(tài))。加之葉根小凸臺R結(jié)構(gòu)過渡位置表面因模鍛時金屬擠壓變形形成細小折皺，在不打磨消除的情況下，淬火冷卻時，該折皺在組織應(yīng)力及熱應(yīng)力作用下擴展形成裂紋。所以該模鍛葉片裂紋形成原因為：模鍛葉片塑性變形后在葉根小凸臺R處形成細小折疊，在熱處理過程中形成淬火2次裂紋。

6 結(jié)論

通過魚翅圖并從人機料法環(huán)等環(huán)節(jié)對引起該模鍛葉片模鍛折疊及淬火裂紋進行分析，明確了以下原因：

(1)由于鍛錘導(dǎo)軌間隙太大，鍛錘存在左右偏擺，葉片鍛造過程中形成細小折疊。

(2)由于葉根小凸臺R過渡結(jié)構(gòu)原因，在鍛造過程中，R部分由于金屬流動，在葉根處形成折疊。

(3)材料淬透性好，淬火油冷卻速度快，組織轉(zhuǎn)變劇烈，在淬火過程中組織應(yīng)力太大，加之熱應(yīng)力，使折疊缺陷轉(zhuǎn)變成裂紋，所以葉片裂紋產(chǎn)生的根本原因為設(shè)備、結(jié)構(gòu)、淬火冷卻等綜合因素造成的。

為解決該類葉片再次出現(xiàn)裂紋，制定了相應(yīng)對策，對設(shè)備進行調(diào)試，確保導(dǎo)軌間隙滿足技術(shù)規(guī)范要求。對模鍛成形工裝R結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

對淬火冷卻方式進行調(diào)整試驗。在保證設(shè)備導(dǎo)軌間隙的前提下，鍛模葉根小凸臺過渡R15 mm優(yōu)化后，對淬火油冷調(diào)整為風(fēng)冷進行試驗研究，各項性能指標符合規(guī)范要求，批量生產(chǎn)驗證未再出現(xiàn)該類模鍛葉片裂紋質(zhì)量問題。