大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析

大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析大型電站轉(zhuǎn)子是當(dāng)前大型鍛件中比擬有代表性的技術(shù)密集型產(chǎn)品，它具有重量大、體積大、質(zhì)量要求高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、冶金缺陷較多、以及生產(chǎn)難度高等特征。是尖端鍛造技術(shù)的代表。隨著我國(guó)電力行業(yè)，尤其是火電行業(yè)的快速開(kāi)展，對(duì)電站核心設(shè)備之一的轉(zhuǎn)子鍛件無(wú)論是數(shù)量和質(zhì)量需求都大幅增加。因此，進(jìn)一步探究轉(zhuǎn)子鍛造工藝，提高其產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)是特殊緊迫的任務(wù)。本文中，筆者立足于自身多年從事金屬材料探究及鍛造工藝探究的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)理論，就大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝做簡(jiǎn)要分析。電站轉(zhuǎn)子通常是指發(fā)電機(jī)或汽輪機(jī)上的大軸，是電站設(shè)備，尤其是火電和核電站設(shè)備中的關(guān)鍵組成局部。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，火電和核電設(shè)備需求越來(lái)越大，對(duì)轉(zhuǎn)子的重量和尺寸的要求越來(lái)越大，數(shù)量要求越來(lái)越多、質(zhì)量要求越來(lái)越高，這給大型電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)帶來(lái)很大的困難。因此，轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)技術(shù)水平也代表了整個(gè)大型軸類鍛件的整體生產(chǎn)水平，并且在必需程度上反映著我國(guó)機(jī)械裝備工業(yè)的水平。自建國(guó)以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)展,我國(guó)的鍛壓技術(shù)取得了較大的開(kāi)展，先后開(kāi)發(fā)出了：KD鍛造法、WHF鍛造法、JTS鍛造法等鍛件鍛造方法。轉(zhuǎn)子制造概述。電站轉(zhuǎn)子是火電設(shè)備的四大鍛件之一，是一個(gè)學(xué)問(wèn)技術(shù)高度密集型的產(chǎn)品。上個(gè)世紀(jì)八十年頭以前，我國(guó)電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)制造水平較低，主要以進(jìn)口為主。后來(lái)隨著鋼包精煉〔LF〕電渣重熔〔ESR〕等新工藝的出現(xiàn)，以及有限元數(shù)值模擬、凝固結(jié)晶軟件的應(yīng)用，鋼錠的致密性大大提高。高密度、高質(zhì)量的大型鋼錠制造成為可能，我國(guó)才起先自主制造電站轉(zhuǎn)子。隨著電站規(guī)模的不斷增大，對(duì)電站轉(zhuǎn)子的重量和尺寸要求不斷增大，目前最大電站轉(zhuǎn)子的直徑已經(jīng)增加到2830MM，轉(zhuǎn)子用鋼錠也已增加到600T。隨著鋼錠的重量增加，其內(nèi)部缺陷也增多，對(duì)鍛造質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。為此，鍛造工作者做了大量的工作，提出了許多行之有效的鍛造方法，對(duì)電站轉(zhuǎn)子的鍛造工藝不斷進(jìn)展探究和改良。轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析。2.1.轉(zhuǎn)子鍛造的現(xiàn)行工藝。我國(guó)目前的轉(zhuǎn)子鍛造以第一重型機(jī)器廠為主要代表，該廠自上個(gè)世紀(jì)八十年頭起先鍛造轉(zhuǎn)子以來(lái)，在對(duì)國(guó)外技術(shù)進(jìn)展消化、吸取的根底上提出了KD鍛造法。目前，該廠的轉(zhuǎn)子鍛造普遍接受三次鐓粗三次WHF法，兩次JTS法和一次KD法的鍛造工藝。2.2.現(xiàn)行轉(zhuǎn)子鍛造工藝中須要探討的問(wèn)題。筆者認(rèn)為，現(xiàn)行轉(zhuǎn)子鍛造工藝須要探討的問(wèn)題主要有三個(gè)。第一、三次鐓粗及拔長(zhǎng)的作用和目的的區(qū)分；其次、后繼工序的開(kāi)展是否會(huì)消弱前道工序產(chǎn)生的鍛合效果；第三、混晶及柱狀晶的消退和晶粒的細(xì)化與鍛造工藝的聯(lián)系程度。轉(zhuǎn)子鍛造的新工藝探討。筆者認(rèn)為，由于受到高溫潮濕的工作環(huán)境、高速旋轉(zhuǎn)的離心力、自重和傳遞扭矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的綜合影響，對(duì)轉(zhuǎn)子鍛件的質(zhì)量要求較高。由此。為了保證轉(zhuǎn)子平安和牢靠運(yùn)行，在實(shí)際鍛造中，一般接受多種鍛造方法對(duì)鍛件進(jìn)展反復(fù)鐓粗、拔長(zhǎng)和中心壓實(shí)、以確保鋼錠中的鑄態(tài)組織被裂開(kāi)、碳化物及夾雜的重新分布、晶粒度的細(xì)化、同時(shí)到達(dá)鍛合鑄件內(nèi)部孔隙和微裂紋的目的，保證對(duì)轉(zhuǎn)子密度和強(qiáng)度的質(zhì)量要求。3.1.工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么。從外形上看，電站轉(zhuǎn)子是多階的軸類鍛件。由于其工作環(huán)境狀況困難惡劣〔高溫高壓〕，所以對(duì)其質(zhì)量要求特殊高。在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過(guò)程中，出于質(zhì)量限制的須要，要檢驗(yàn)的工程許多，為了滿足這些質(zhì)量要求，鍛造是其中特殊關(guān)鍵的程序，因此，也是造成鍛造工藝特殊困難的緣由。轉(zhuǎn)子鍛造工藝設(shè)計(jì)具有經(jīng)驗(yàn)性、綜合性以及締造性等特征，所以很難用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示和求解。但是工藝設(shè)計(jì)時(shí)可以遵循必需的原那么，依據(jù)轉(zhuǎn)子的形態(tài)、尺寸大小以及技術(shù)要求，結(jié)合生產(chǎn)條件、設(shè)備狀況以及技術(shù)水同等生產(chǎn)中的實(shí)際狀況，力求最大限度做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)牢靠，以確保合理指導(dǎo)生產(chǎn)。在工藝設(shè)計(jì)制訂中，工序方案設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)確定是最為重要且難度最大的環(huán)節(jié)。第一、鍛造作用準(zhǔn)那么的設(shè)計(jì)，依據(jù)技術(shù)要求，筆者個(gè)人認(rèn)為，鍛造作用準(zhǔn)那么可分為三個(gè)階段，首先，裂開(kāi)鋼錠的鑄造組織，滿足力學(xué)性能指標(biāo)要求。這一準(zhǔn)那么實(shí)際操作中主要是通過(guò)一次鐓粗或者鐓粗拔長(zhǎng)鐓粗這樣一個(gè)過(guò)程來(lái)達(dá)成。其次，鍛合鑄件內(nèi)部孔隙及微裂紋，滿足超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)要求。這一準(zhǔn)那么實(shí)際操作中主要是通過(guò)LZ法和新FM法進(jìn)展一次拔長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最終，混晶限制及細(xì)化晶粒度，為熱處理作準(zhǔn)備。這一準(zhǔn)那么主要是通過(guò)熱力學(xué)參數(shù)限制來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次、全局工藝優(yōu)化準(zhǔn)那么路途。轉(zhuǎn)子鍛造的階段性作用理清以后，為實(shí)現(xiàn)各階段變形機(jī)制的無(wú)縫連接，就必需要從全局啟程，進(jìn)展工藝的優(yōu)化組合。首先，裂開(kāi)鋼錠鑄造組織的變形階段，拔長(zhǎng)要接受錐形板鐓粗和新FM法、LZ鍛造法相結(jié)合的方法。其次，在焊合內(nèi)部孔隙的變形階段，可以接受LZ法或者新FM法進(jìn)展拔長(zhǎng)，但是要確保一次拔長(zhǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)焊合內(nèi)部孔隙。此過(guò)程中可以依據(jù)實(shí)際須要加用JTS法，但是在接受此法后制止再有平板鐓粗工序。再次，在接受LZ法和新FM法時(shí)，要特殊留意砧寬比、料寬比以及下壓率三個(gè)重要參數(shù)的合理匹配，保證不出現(xiàn)拉應(yīng)力。第四，混晶的消退可以接受高溫順低溫停鍛兩種工藝。第五，主變形階段的毛坯加熱要保證在1250攝氏度1270攝氏度之間，并且要確保保溫時(shí)間夠長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)偏析擴(kuò)散和孔隙的焊合。3.2.工藝設(shè)計(jì)方法。工藝設(shè)計(jì)方法的內(nèi)容許多，筆者在此就其中的工序方案設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)確定兩個(gè)方面做簡(jiǎn)要分析。首先，工序方案的設(shè)計(jì)。拔長(zhǎng)是軸類鍛件鍛造的主要工序，當(dāng)鋼錠干脆拔長(zhǎng)或者橫向機(jī)械性能要求增加時(shí)，須要選用校核過(guò)的設(shè)備來(lái)增加中間鐓粗工序。而對(duì)于橫切面積尺寸大，中心部位質(zhì)量要求較高的轉(zhuǎn)子，除了增加中間鐓粗工序，還要求有中心壓實(shí)法，中心壓實(shí)法主要有JTS法、FM法。而對(duì)于具有晶體遺傳傾向的低壓轉(zhuǎn)子，須要特殊增加一道鍛造限制工序來(lái)消退晶粒遺傳現(xiàn)象。其次，工藝參數(shù)的確定。鐓粗和拔長(zhǎng)是目前轉(zhuǎn)子鍛造中的兩個(gè)主要工序，依據(jù)新的鍛造理論，假如鐓粗和拔長(zhǎng)參數(shù)不合理，會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，這對(duì)大型轉(zhuǎn)子鍛件生產(chǎn)的負(fù)面影響是很大的。因此，必需要選擇合理的參數(shù)。以600MW低壓轉(zhuǎn)子參數(shù)選取為例：第一、鐓粗參數(shù)選擇。一般狀況下，鐓粗比為h0/h=22.25，鐓粗后高徑比為h/h=0.80.85.；其次，拔長(zhǎng)工藝參數(shù)選擇。在當(dāng)前的大型電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)中，拔長(zhǎng)參數(shù)主要集中在砧寬比、料寬比以及壓下率三個(gè)方面。在拔長(zhǎng)過(guò)程中，必需要三個(gè)參數(shù)合理匹配才能保證砧寬比和料寬比符合既定限制條件。在壓下過(guò)程中合理的砧寬比應(yīng)當(dāng)保持在0.851.06之間，這樣可保證不出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力；料寬比保持在0.851.18之間，可保證不出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力；壓下率首次取值為10.5%，以后那么每次均取值為20%，即可滿足砧寬比、料寬比的合理匹配要求。3.3.砧寬的選擇。在鍛造過(guò)程中為了有效提高轉(zhuǎn)子的鍛件質(zhì)量和改善鋼錠中心的鍛透性，大型鍛件的鍛造一般是接受寬砧進(jìn)展鍛造。砧子的外形和尺寸那么是事先進(jìn)展過(guò)一系列嚴(yán)格的試驗(yàn)確定的。大型軸類鍛件的變形主要是接受拔長(zhǎng)來(lái)完成。據(jù)國(guó)外相關(guān)資料介紹，砧寬和鍛件干脆比例最為志向的比值為0.60.8之間，最低也不能小于0.4。一旦小于0.4，鍛件心部就會(huì)因?yàn)槔瓚?yīng)力的產(chǎn)生而出現(xiàn)裂紋。目前國(guó)內(nèi)主要鍛件生產(chǎn)廠家在這一比例的選擇上，有的認(rèn)為大于0.67較相宜，有的廠家那么將這一比例限制在0.460.63之間。轉(zhuǎn)子是電站的核心設(shè)備之一，其特殊的工作環(huán)境和性能要求使得其鍛造即是一個(gè)困難的系統(tǒng)工程，同時(shí)也是一個(gè)學(xué)問(wèn)技術(shù)高度密集的鍛造工作?；诓煌?jīng)濟(jì)社會(huì)開(kāi)展時(shí)期對(duì)電站轉(zhuǎn)子制造要求的不同，及在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過(guò)程中，冶煉和熱處理工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，改良和創(chuàng)新轉(zhuǎn)子鍛造的技術(shù)和工藝流程，到達(dá)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鍛造技術(shù)不斷進(jìn)步，滿足社會(huì)開(kāi)展對(duì)電力行業(yè)要