1 000 MW超超臨界超純低壓整鍛轉子試制研究

蘇東安 張國利

(中國第一重型機械股份公司，黑龍江161042)

超超臨界燃煤發電機組煤耗低、環保性能較好、技術含量高，是目前國際上最先進的燃煤發電機組，也是國際上燃煤發電機組的重要發展方向。掌握超超臨界燃煤發電機組制造技術、增加該類燃煤發電機組在全國火電裝機中的比重，對以燃煤電廠為主的我國電力工業的可持續發展，具有十分重要的戰略意義。

1 產品技術要求

以我公司與東汽簽訂的1 000 MW超超臨界超純低壓轉子為依托，開始了超純低壓轉子的試制研究，該轉子的交貨重量為72.69 t，最大直徑?1 820 mm，化學成分和力學性能要求分別見表1和表2。

表1 化學成分(質量分數，%)Table 1 The chemical composition(mass fraction, %)

H2≤1.5×10-6、O2≤35×10-6，N2≤70×10-6。

J≤8(目標≤5)，J因子表示元素與回火脆性敏感性的關系，J=(Si+Mn)(P+Sn)×10 000。

表2 力學性能Table 2 The mechanical property

2 產品試制

2.1 煉鋼

冶煉和澆注工藝方案為：電爐粗煉鋼水→鋼包精煉→升溫化渣→合金化→真空碳脫氧(LVCD)→真空澆注(VCD)。該轉子采用三包合澆成292 t鋼錠。

針對超純材料對冶煉要求的復雜性，工藝方案明確規定冶煉期間各階段的任務，同時對入爐原材料提出了明確要求。在電爐初煉階段，通過采用高鈣、高鐵渣，將Si、Mn、P分別控制在0.01%、0.01%、0.001%以下，同時將S控制在0.015%以下。為防止鋼水回P和回Mn，對全部鋼包進行了清理，清除粘渣、粘鋼。鋼包精煉階段的主要任務就是通過采用高堿度、弱還原渣，利用真空處理過程，將S降至0.002%以下。同時通過“AP”工藝，對C、Mo分別進行了控制。

圖1 轉子鍛后熱處理工藝曲線Figure 1 The heat treatment process of rotor after forging

圖2 調質熱處理工藝Figure 2 The quenching and tempering process

化學元素CSiMnPSCrMoNiVAlCuAsSbSn熔煉分析成品分析L1成品分析X1成品分析X30.240.240.240.240.010.050.050.050.020.020.020.020.0020.0030.0030.0030.0020.0020.0020.0021.701.701.691.680.420.420.430.423.613.603.583.600.110.090.090.09<0.01<0.01<0.01<0.010.030.020.020.020.0070.0040.0040.0040.001 50.000 90.000 70.000 70.030.020.020.02

表4 調質后轉子的力學性能Table 4 The mechanical property of rotor after quenching and tempering

2.2 鍛造

為了保證壓實鍛件，最終確定轉子的鍛造工藝為：壓鉗口→鐓粗→WHF+JTS→鐓粗→WHF+JTS→鐓粗→KD→出成品，即我們通常說的三鐓三拔、兩次WHF兩次JTS的工藝方案。料溫在主要鍛造工序達到1 250～1 270℃，保證足夠的保溫時間，以便偏析擴散并保證坯料均溫。

2.3 鍛后熱處理

1 000 MW超超臨界超純凈低壓轉子鍛件軸身直徑達到2 000 mm，經7～8火鍛造，最后一火局部無鍛比。由于30Cr2Ni4MoV鋼具有較強的組織遺傳性，因此在預備熱處理中應重點進行均勻組織和細化晶粒。鍛后熱處理采用兩次正火的方式，如圖1所示，有效細化了晶粒，可探傷性良好。

2.4 最終熱處理

調質熱處理工藝曲線如圖2所示。

3 檢驗結果及結論

轉子熱處理后在轉子軸頸、軸身分別取樣進行成品化學成分分析、力學性能、組織、晶粒度、夾雜物檢驗。檢驗結果見表3至表5。

最終熱處理后轉子各項技術指標完全滿足訂貨技術條件要求，鋼錠爐后化學分析結果計算得出J系數僅為1.5，鋼水純凈度特別高。從成品分析的數據顯示C、Mo等元素幾乎沒有偏析，解決了大型鋼錠成分偏析問題。超聲波探傷結果表明鋼水非常純潔，鍛件壓實效果很好。從鍛件晶粒度和性能結果可以看出，鍛件的熱處理效果很好。各項技術指標表明，轉子的質量水平達到國際先進水平。

表5 金相檢驗結果Table 5 The results of metallographic examination