30Cr1M o1V高中壓轉子局部偏析的分析與處理

王 濤 崔晉娥 何亞軍 邱 斌

(中國第二重型機械集團公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

30Cr1M o1V高中壓轉子局部偏析的分析與處理

王 濤 崔晉娥 何亞軍 邱 斌

(中國第二重型機械集團公司大型鑄鍛件研究所，四川618000)

對30Cr1Mo1V汽輪機高中壓轉子軸頸部位出現的偏析痕跡缺陷進行解剖，分析出現偏析的原因，對缺陷進行定性，并根據產品特性提出工藝改進措施，起到了良好效果。

汽輪機;高中壓轉子;30Cr1Mo1V;偏析缺陷

國內高中壓轉子采用的鋼種主要是30Cr1Mo1V，這也是我公司的成熟產品之一。但是，近期發現個別轉子精加工酸洗檢查時在軸頸部位出現細小條狀痕跡顯示，分布位置沒有任何規律。其他廠家也出現類似現象，不僅影響了用戶的工期，也給制造廠帶來了較大的經濟損失。為了詳細了解該現象的原因并制訂解決措施，我們對缺陷產品進行了解剖分析。

1 轉子偏析區域檢測

1.1 轉子的生產工藝流程

高中壓轉子解剖件執行的技術標準為JB/ T1265—2002《25MW～200MW汽輪機轉子體和主軸鍛件技術條件》。實際生產工藝流程為:電爐初煉→鋼包爐精煉(VD)→真空澆注(MSD)→水壓機鍛造→鍛后熱處理→粗加工→無損檢測→最終熱處理→精加工→超聲檢測→包裝運輸。

1.2 偏析痕跡缺陷金相檢測

用戶及我公司對該件產品進行了超聲檢測、磁粉檢測，結果都是合格的。但是用戶在精加工過程中轉子的前軸頸部位經過兩次酸洗檢查，均出現了肉眼可見，長度在5 mm～100 mm的條狀偏析。將轉子端頭切下、磨光，進行低倍酸洗，如圖1、圖2。

該偏析痕跡在100倍顯微鏡下觀察有顏色不同的條狀區域，但在500倍顯微鏡下觀察與正常區域無差異，見圖3、圖4、圖5。正常區域組織為回火索氏體，組織中碳化物相對較為稀疏;偏析區域組織也為回火索氏體，組織中碳化物相對密集。

1.3 偏析痕跡區域力學性能檢測

圖1 轉子局部偏析區域酸洗Figure 1 Pickling for the spot segregation zone on the rotor

圖2 酸洗檢查結果局部放大Figure 2 Local detail of Pickling inspection result

在偏析條帶處切取性能試樣進行軸向和徑向的兩拉三沖試驗，試驗結果見表1?？梢?，偏析區域的力學性能是合格的。

圖3 偏析區域組織×100Figure 3 Structure of segregation zone×100

圖4 正常區域組織×500Figure 4 Structure of normal zone×500

圖5 偏析區域組織×500Figure 5 Structure of segregation zone×500

2 分析討論

鋼錠凝固過程為選擇性結晶，當枝晶間的流速超過了等溫線遷移的速度時，偏析就形成了［1］。為了將偏析減至最小，可以選擇鋼的化學成分，使枝晶間鋼水和大量鋼水間的密度差減小。但是，由于鋼的化學成分受技術條件的限制，實際上是不可能完全抑制偏析形成的。

出現偏析痕跡缺陷的轉子在進行超聲檢測、磁粉檢測時均無磁痕顯示;放大500倍顯微鏡下觀察與正常區域無差異;痕跡區域的力學性能及組織與正常區域相同;該件產品的力學性能也完全符合標準要求。因此可判斷，該條狀痕跡既不是裂紋，也不是非金屬夾雜，而是大鋼錠固有的金屬偏析。

表1 力學性能試驗結果Table 1 Results ofmechanical property test

日本某廠制造的發電機轉子，在精加工時軸頸端外圓也出現過類似的偏析條帶。當時國內外專家的評審意見也是認為此類偏析不是過度偏析，是大鋼錠固有的偏析。

由于出現偏析痕跡缺陷的高壓轉子的結構較特殊，在位于轉子端部有一個小軸徑與法蘭相連，兩者截面相差很大。小軸直徑?310 mm、法蘭直徑?550 mm，而鍛件毛坯的尺寸更大，小軸部分的凹檔難以鍛出。因此小軸部分的徑向加工量過大，最終導致鋼錠固有的偏析帶暴露出來。

3 工藝改進措施

根據解剖分析及相似案例的處理結果，我們認為加強鍛件煉鋼、鍛造生產工藝和操作環節控制可避免偏析暴露在產品表面。具體措施如下:

(1)根據產品大小及結構，選擇最合適的較小錠型生產，避免鋼錠錠型增大而偏析加重;

(2)采用合適的澆注工藝參數，減輕鋼錠的偏析;

(3)控制好鍛件利用率，充分切除水冒口;

(4)精確鍛造尺寸，避免鋼錠毛坯肥大，減少小軸頸部分的加工量，避免偏析區暴露。

4 結論

通過對汽輪機30Cr1Mo1V高中壓轉子小軸頸部位偏析缺陷進行解剖分析，確定了此類偏析產生的原因并對偏析缺陷進行定性:此類偏析痕跡屬大鋼錠固有的金屬偏析，不是過度偏析，不會影響鍛件產品的使用。為解決此問題，我們制定了一系列工藝改進措施。經過一年的生產實踐證明，我們分析的原因、提出的工藝改進措施是正確的，從根本上解決了缺陷問題。

［1］ 李建國，胡僑丹.凝固原理［M］.北京:高等教育出版社.

編輯 肖紅原

Analysis and Improved Measures of Spot Segregation on HP＆MPRotor of 30Cr1Mo1V

W ang Tao，Cui Jin'e，He Yajun，Qiu Bin

The segregation trace defect occurred on the journal neck of the HP＆MP steam turbine rotor of 30Cr1Mo1V has been anatomized，the cause of the segregation and the nature of the defecthave been determined，and also the process has been improved based on the characteristics of product，which has obtained good results.

steam turbine，HP＆MP rotor，30Cr1Mo1V，segregation defect

U464.331+1

B

2013—05—06