张广洋

【摘 要】本文针对B12N-S钢高中压转子最终热处理工艺参数研究分析并对工艺进行了优化，重点分析我公司生产此类高中压转子化学成分、性能结果、工艺参数进行总结、统计分析。通过试验对比分析水淬加油冷混合方式与回火温度参数对高中压转子冲击功和强度性能的影响。有针对性的确定不同截面直径尺寸最佳热处理工艺参数。结果表明该工艺方案在保证该类高中压转子其余各项性能指标合格的前提下明显改善了拉伸强度和冲击功性能。

【关键词】B12N-S钢高中压转子；冲击功；热处理工艺参数

1前言

大型铸锻件广泛应用于电力、水力、造船、石油化工、成套设备。我公司是国内锻件产品的主要生产制造厂家，每年生产数百件各类电站转子，其中生产的高中压转子每年约为150件左右。据统计，以往生产的高中压转子采用常规标准、常规工艺最终热处理工艺参数较稳定，产品合格率较高。随着装备制造业的发展与热处理工艺不断进步，各大主机厂家对转子锻件产品质量、技术要求等越来越严格。

为了满足高中压汽轮机转子工作条件，我厂根据不同厂家采用的标准制定不同的工艺流程，比如超纯净高中压转子在炼钢时采取（LVCD+VCD）真空除气进行碳脱氧去除有害气体和真空浇注方式提高钢水纯净度，减少钢水中的硫、磷、氢、氧等有害元素含量，有效地减少回火脆性倾向。

由于高中压转子工作环境高温高压，淬火后为得到较好的下贝氏体和上贝氏体组织和少量的珠光体组织。淬火采用缓冷方式以油冷或空冷方式为主，为提高其淬透性还需配比一定的合金元素。

2 分析研究

2.1 B12N-S钢高中压转子最终热处理工艺参数[1]研究分析

由于机械标准要求不同，所需的工艺参数也会有相应的变化，本文主要以某厂超纯高中压转子机械性能标准研究。

2.1.1 奥氏体化温度

由于转子锻件有效截面尺寸不同，为获得所需要的组织和力学性能，奥氏体化最佳温度采用950℃，使其完全奥氏体化后保温足够长时间，待奥氏体均匀化后为淬火做好充足准备。

2.1.2 淬火冷却方式

淬火冷却速度对钢的强度、冲击韧性[2]和FATT50等多项力学性能指标影响较大，为得到较好的冲击韧性全程的油冷可能满足不了标准要求，所以为提高合格率，针对大截面尺寸的高中压转子必要采取特殊的淬火方式。

2.1.3 回火温度

回火温度与保温时间对B12N-S钢转子锻件力学性能影响较大，由于强度性能对回火温度较敏感，所以温度均匀性影响着强度均匀性，为同时满足纵向性能、径向性能和切向性能合格，我厂经过多年工作总结，大量试验数据证明，为获得良好综合力学性能，最佳淬火温度为950℃，最佳回火温度为670-680℃。

2.2热处理工艺及结果

本文主要讨论两种工艺参数下得到的力学性能比较，主要区别在于淬火方式与回火温度的不同。

2.2.1 方案一工艺曲线

按不同的有效截面计算相对应的淬火时间和回火时间，通用的工艺为淬火阶段可采用燃气炉，炉温设定950±10℃，淬火采取全程油冷，回火阶段采用电炉加热，炉温设定680±5℃，炉温均匀性好有利于强度均匀性和各项机械性能指标。采用的工艺参数如下图1.

2.2.2 方案二工艺曲线

针对有效截面在Φ1100mm以上的转子锻件，由于截面大，蓄热量也多，必要增加强冷却方式来提高冲击韧性，淬火冷却采取水冷加油冷混合冷却方式，回火炉温设定670±5℃保温。采用的工艺参数如下图2。.

2.2.3 数据对比分析

经过我厂多年实际生产经验，总结不同截面的B12N-S钢高中压转子在两种工艺参数下进行数据对比。

通过大量的实验数据归纳总结了不同截面直径尺寸的锻件转子在全程油冷、680℃下回火保温和锻件转子在水淬加油冷混合方式、670℃下回火保温时，屈服强度、抗拉强度以及冲击功数据统计。.

从图3中（a）（b）（c）数据对比可以看出B12N-S钢锻件转子在工艺参数全程油冷、680℃回火保温下试样屈服强度、抗拉强度、冲击功整体偏低，部分大截面转子试样低于技术要求下限而不合格，而转子锻件在工艺参数为淬火水淬加油冷混合方式、670℃回火保温下试样屈服强度、抗拉强度、冲击功整体偏高，极少数试样力学性能低于技术要求而不合，为提高最终热处理一次交检合格率针对此材质钢有效截面在Φ1100mm以上的转子应采用淬火方式为水淬油冷混合式，回火温度应在670℃下进行。

2.3 回火温度对机械性能的影响

从图4中（d）数据曲线可以看出，B12N-S钢锻件转子随着回火温度升高，屈服强度上限与屈服强度下限均体现先升高后下降趋勢，屈服强度上限在回火温度670℃—675℃达到峰值，回火温度超过680℃后屈服强度下降较快。屈服强度下限在回火温度670℃左右达到峰值，回火温度超过675℃后，屈服强度逐渐下降。

从图4中（e）数据曲线可以看出，B12N-S钢锻件转子随着回火温度的升高，冲击功上、下限均呈上升趋势，回火温度在670℃—680℃之间，冲击值上升较明显，回火温度超过680℃后冲击值变化较缓慢。

3 结论

B12N-S钢高中压转子有效截面在Φ1100mm以上的最终热处理工艺的最佳淬火温度为950℃、最佳回火温度为670—680℃、最佳淬火方式为水淬加油冷混合式，但是水冷时间过长会有开裂风险，有效截面在Φ1100—1200mm的转子水冷时间在10分钟左右；截面超过Φ1200mm的转子回火温度在670℃为宜，水冷时间控制在20分钟最佳。

参考文献：

[1]白刚等.热处理手册.北京：机械工业出版社，2008.

[2]-康大滔.叶国斌.大型锻件材料及热处理.北京龙门书局，1998：427

（作者单位：中国第一重型机械股份公司热处理分厂）