CN114130933B - 汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，其确保了内孔锻造的稳定可靠，提高了成品合格率。汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，其特征在于，其包括如下工艺路线：下料—锻造—锻后高温等温回火‑常规等温退火‑粗加工‑淬火—回火—取样—试样加工—拉伸试验及夏比冲击试验‑‑‑试验报告‑‑‑技术分析；所述锻造工序中包括如下步骤，a前三次火经过下料、镦粗，1200宽砧法中心压实，镦粗，冲孔制坯；b第四次火形成预设的锻件尺寸；c第五火次用近净成形工装模具挤压成型、进行近净成形挤压铆镦工艺；所述锻后高温等温回火和常规等温退火通过两种不同奥氏体化温度进行细化晶粒热处理。

Description

汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺

技术领域

本发明涉及锻造工艺的技术领域，具体为汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺。

背景技术

超临界及超超临界发电机组对现有材料的要求，主要体现在耐高温腐蚀及高温蠕变极限上。F92是由日本制钢公司开发研制并于1999年10月被ASME认可并批准的新型铁素体耐热钢，是在F91基础上添加了一定量的钨及硼，通过W-Mo复合固溶强化以及B的晶界强化作用，使其高温蠕变极限等得到进一步提高，不仅节约了材料用量，降低了制造成本，同时因此种材料有较高的导热系数，较低的热膨胀系数，使得部件热疲劳损失降低，机组能够更长期稳定的工作。F92、F91以及WB36等材质锻件及其相应标准的管道管件(管节)的制造，技术含量高，工艺复杂，设备能力要求也较高，其配套的设备要求也很高。

随着锅炉蒸汽温度及压力的增加,要求使用适用于高温压力结构的新型抗蠕变钢材,以提高锅炉的效率。日本的新日铁公司在SA-335P91的基础上进一步研制、开发了强度等级更高的NF616(T/P92)耐热钢。SA-182F92(以下简称F92)是92级钢中的合金锻件系列,主要用于超超临界压力锅炉中的末级过热器集箱、末级再热器集箱的球形封头、检查孔管接头等。F92钢的合金元素含量较多,在焊接接头中淬硬倾向大,容易产生马氏体组织,在氢和应力的综合作用下会产生冷裂纹。现有的工艺在作用于汽轮机大型中压过渡法兰进行锻造时，易出现内孔锻造裂纹导致报废的现状，为此，急需找到一种能够提高成品合格率的锻造工艺。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，其确保了内孔锻造的稳定可靠，提高了成品合格率。

汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，其特征在于，其包括如下工艺路线：

下料—锻造—锻后高温等温回火-常规等温退火-粗加工-淬火—回火—取样—试样加工—拉伸试验及夏比冲击试验---试验报告---技术分析；

所述锻造工序中包括如下步骤，

a前三次火经过下料、镦粗，1200宽砧法中心压实，镦粗，冲孔制坯；

b第四次火采用600宽上平砧、下V型砧、芯棒按照设计形状交替拔右侧台阶至余量尺寸、拔左侧台阶至余量尺寸，拔长过程压下量≤50mm、快锻拔长，最后中间大圆滚圆至余量变形尺寸，形成预设的锻件尺寸；

c第五火次用近净成形工装模具挤压成型、进行近净成形挤压铆镦工艺，近成形工装模具包括上模、下模架，所述上模包括四周仿形第一漏盘、中心冲子组件，所述下模架包括四周上凸仿形第二漏盘，其将锻件的中间大圆支承于下模架上后，通过上模下压使得锻模完成和设计图纸的近净成形；

所述锻后高温等温回火和常规等温退火通过两种不同奥氏体化温度进行细化晶粒热处理。

其进一步特征在于：

所述锻造工艺中的成分含量如下，0.10-0.13wt％的C、≤0.30wt％的Si、0.30-0.40wt％的Mn、≤0.015wt％的P、≤0.010wt％的S、8.65-9.40wt％的Cr、0.45-0.60wt％的Mo、0.10-0.15wt％的Ni、0.18-0.25wt％的V、0.06-0.07wt％的Nb、0.04-0.05wt％的N、1.55-1.95wt％的W、0.003-0.004wt％的B、≤0.10wt％的Cu、≤0.010wt％的Sn、≤0.007wt％的Pb、≤0.0015wt％的Sb、≤0.010wt％的As、≤0.010wt％的Bi、≤20PPm的O、≤1.7ppm的H,其余为Fe；

其调整有益于减少高温铁素体形成元素、以及细化晶粒、提高冲击韧性有益元素，减少五小有害元素，控制H、O、N含量在一定范围，满足机械性能要求和高温蠕变强度；

锻造工艺中的五次火的工艺参数如下，第一火1220℃～900℃,进行去冒口，表面压实工序；

第二火1250℃～900℃，实施1200宽砧大压下量中心压实工序；

第三火1250℃～900℃，实施镦粗冲孔制坯工序；

第四火1220℃～850℃，实施芯棒、V型砧拔长预成型；

第五火1150℃～850℃，实施近净成形挤压铆镦工艺，控制晶粒度；

所述高温等温回火的工艺参数如下，先在650℃温度下预热2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，然后功率升温至1070℃-1100℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；等温770℃，保温12-15h，空冷；

所述常规等温退火的工艺参数如下，先在650℃温度下保温2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，功率升温至950-980℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；等温770℃，保温12-15h，空冷。

采用本发明的工艺后，通过1200宽砧压下量代替下平台、上800mm砧的FM法压下量，更好的实施对坯料的心部压实和组织改善，减少表面裂纹的产生；通过近净成形工装模具对工件坯料进行近净成形挤压铆镦工艺，使整个外表面、内孔及材料内部处于均匀的压应力状态，有利于制坯阶段产生的内部缺陷充分锻合，保证探伤符合技术要求；之后通过两次不同奥氏体化温度的等温退火处理进行细化晶粒热处理，其确保了内孔锻造的稳定可靠，提高了成品合格率。

附图说明

图1为本发明的具体实施例的成品尺寸图纸；

图2为本发明的具体实施例的经过第四火后锻件尺寸图纸；

图3为本发明的具体实施例经过近净成形挤压铆镦工艺的后的锻件尺寸图纸；

图4为本发明的近净成形挤压铆镦工艺的流程示意图；

图中序号所对应的名称如下：

上模10、第一漏盘11、中心冲子组件12、下模架20、仿形第二漏盘21、锻件30。

具体实施方式

汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，具体实施例，其成品尺寸见图1，预设的锻造后的锻件尺寸见图3，其包括如下工艺路线：

下料—锻造—锻后高温等温回火-常规等温退火-粗加工-淬火—回火—取样—试样加工—拉伸试验及夏比冲击试验---试验报告---技术分析；

具体实施至，锻造工序中包括如下步骤，

a前三次火经过下料、镦粗，1200宽砧法中心压实，镦粗，冲孔制坯；

b第四次火采用600宽上平砧、下V型砧、Φ530芯棒按照设计形状交替拔右侧台阶至1000、拔左侧台阶至Φ1320，拔长过程压下量≤50mm、快锻拔长，最后中间大圆滚圆至Φ1500，形成预设的锻件尺寸(见图2)；

c第五火次用近净成形工装模具挤压成型、进行近净成形挤压铆镦工艺，近成形工装模具(见图4)包括上模10、下模架20，上模10包括四周仿形第一漏盘11、中心冲子组件12，下模架20包括四周上凸仿形第二漏盘21，其将锻件30的中间大圆支承于下模架20上后，通过上模10下压使得锻模完成和设计图纸的近净成形(见图3)；

锻后高温等温回火和常规等温退火通过两种不同奥氏体化温度进行细化晶粒热处理。

其中锻造工艺中的锻件成分含量除去Fe外其余元素含量如表1：

表1

其调整有益于减少高温铁素体形成元素、以及细化晶粒、提高冲击韧性有益元素，减少有害元素，控制H、O、N含量在一定范围，满足机械性能要求和高温蠕变强度；

锻造工艺中的五次火的工艺参数如下，第一火1220℃～900℃,进行去冒口，表面压实工序；第二火1250℃～900℃，实施1200宽砧大压下量中心压实工序，第三火1250℃～900℃，实施镦粗冲孔制坯工序；第四火1220℃～850℃，实施芯棒、V型砧拔长预成型；第五火1150℃～850℃，实施近净成形挤压铆镦工艺，控制晶粒度；

高温等温回火的工艺参数如下，先在650℃温度下预热2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，然后功率升温至1070℃-1100℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；之后等温770℃温度下保温12-15h，空冷；

常规等温退火的工艺参数如下，先在650℃温度下保温2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，功率升温至950-980℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；之后等温770℃温度下保温12-15h，空冷。

采用上述锻造工艺制作的锻件，机械性能：40MPa；晶粒度：整体达到3级以上，晶粒度级差不大于2级；超声波、磁粉探伤：合格率达到100％；毛净重比：F92中压过渡法兰锻件重量由18747Kg减少为15447Kg，实现节材20％～30％，机加工工时压缩50％。

其调整有益于减少高温铁素体形成元素、以及细化晶粒、提高冲击韧性有益元素，减少五小有害元素，控制H、O、N含量在一定范围，满足机械性能要求和高温蠕变强度；制坯前期对坯料实施FM法改进为实施1200mm宽砧压实，压下量由20％降为15％，有效改进了坯料表面应力状态，防止坯料出现开裂、龟裂等表面缺陷；设计专用工模具，模具由下模架、上模和冲头组成，通过有限元计算和数值模拟分析对工模具进行合理优化设计，减轻模具重量，确保最后一火挤压铆镦成形使锻件能处于均匀挤压受力状态，从而能有效改善最后一火锻件应力状态均为压应力状态；其细化晶粒热处理，采取措施提高工件的加热速度；采用不同的较高的奥氏体化温度、不同的冷却方式，通过两次不同奥氏体化温度的等温退火处理；寻找最佳的热处理工艺参数，以得到满足客户技术要求的晶粒度。

其工作原理如下：合理化细化晶粒的元素范围，控制有害元素，对O和H的含量控制在20ppm和1.7ppm以内，完成成分优化；通过1200宽砧压下量代替下平台、上800mm砧的FM法压下量，更好的实施对坯料的心部压实和组织改善，减少表面裂纹的产生；通过近净成形工装模具对工件坯料进行近净成形挤压铆镦工艺，使整个外表面、内孔及材料内部处于均匀的压应力状态，有利于制坯阶段产生的内部缺陷充分锻合，保证探伤符合技术要求；之后通过两次不同奥氏体化温度的等温退火处理进行细化晶粒热处理，其确保了内孔锻造的稳定可靠，提高了成品合格率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.汽轮机大型中压过渡法兰的锻造工艺，其特征在于，其包括如下工艺路线：

下料—锻造—锻后高温等温回火-常规等温退火-粗加工-淬火—回火—取样—试样加工—拉伸试验及夏比冲击试验---试验报告---技术分析；

所述锻造工序中包括如下步骤，

a前三次火经过下料、镦粗，1200宽砧法中心压实，镦粗，冲孔制坯；

b第四次火采用600宽上平砧、下V型砧、芯棒按照设计形状交替拔右侧台阶至余量尺寸、拔左侧台阶至余量尺寸，拔长过程压下量≤50mm、快锻拔长，最后中间大圆滚圆至余量变形尺寸，形成预设的锻件尺寸；

c第五火次用近净成形工装模具挤压成型、进行近净成形挤压铆镦工艺，近成形工装模具包括上模、下模架，所述上模包括四周仿形第一漏盘、中心冲子组件，所述下模架包括四周上凸仿形第二漏盘，其将锻件的中间大圆支承于下模架上后，通过上模下压使得锻模完成和设计图纸的近净成形；

所述锻后高温等温回火和常规等温退火通过两种不同奥氏体化温度进行细化晶粒热处理；

所述锻造工艺中的成分含量如下，0.10-0.13wt％的C、≤0.30wt％的Si、0.30-0.40wt％的Mn、≤0.015wt％的P、≤0.010wt％的S、8.65-9.40wt％的Cr、0.45-0.60wt％的Mo、0.10-0.15wt％的Ni、0.18-0.25wt％的V、0.06-0.07wt％的Nb、0.04-0.05wt％的N、1.55-1.95wt％的W、0.003-0.004wt％的B、≤0.10wt％的Cu、≤0.010wt％的Sn、≤0.007wt％的Pb、≤0.0015wt％的Sb、≤0.010wt％的As、≤0.010wt％的Bi、≤20PPm的O、≤1.7ppm的H,其余为Fe；

其调整有益于减少高温铁素体形成元素、以及细化晶粒、提高冲击韧性有益元素，减少有害元素，控制H、O、N含量，满足机械性能要求和高温蠕变强度；

锻造工艺中的第一火1220℃～900℃,进行去冒口，表面压实工序；

锻造工艺中的第二火1250℃～900℃，实施1200宽砧大压下量中心压实工序；

锻造工艺中的第三火1250℃～900℃，实施镦粗冲孔制坯工序；

锻造工艺中的第四火1220℃～850℃，实施芯棒、V型砧拔长预成型；

锻造工艺中的第五火1150℃～850℃，实施近净成形挤压铆镦工艺，控制晶粒度；

所述高温等温回火的工艺参数如下，先在650℃温度下预热2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，然后功率升温至1070℃-1100℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；等温770℃，保温12-15h，空冷；

所述常规等温退火的工艺参数如下，先在650℃温度下保温2-3h，之后785℃温度下保温10-12h，功率升温至950-980℃±10℃，保温6-8h；之后炉冷或空冷；等温770℃，保温12-15h，空冷。