[发明专利]300MW汽轮发电机转子材料微合金化及热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种300MW汽轮发电机转子材料微合金化及热处理方法，属于金属材料领域。

背景技术

在实际生产中，300MW汽轮发电机转子材料经常会遇到韧脆转变温度（FATT）不合格或者FATT和强度不能兼顾而难以达到技术要求的情况。微量元素铌（Nb）被广泛应用于微合金钢中，对钢的性能产生多种影响，主要表现在两个方面：一是在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大；二是可以通过应变诱导析出碳氮化合物，发挥铌的沉淀强化作用。对于300MW发电机转子材料而言，添加微合金元素Nb对钢的性能提升可以起到显著的作用。

发明内容

为了改善300MW汽轮发电机转子材料的机械性能，本发明提供一种300MW汽轮发电机转子材料微合金化及热处理方法，适用于调质处理直径为850~1200 mm的汽轮发电机转子。

为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种300MW汽轮发电机转子材料微合金化，其汽轮发电机转子材料的化学组成中添加有微合金元素Nb，Nb的含量为0.01—0.08％（质量百分比）。

一种微合金化300MW汽轮发电机转子材料热处理方法，其工艺步骤为：

（1）将工件放入井式热处理炉内，以30~60℃/h的速度升温至350±10℃，保温3~5h，然后再以30~60℃/h的速度升温至600~700℃，保温4~8h；

（2）600~700℃保温后，以50~100℃/h的速度升温至淬火温度800~900℃，保温16~30h；

（3）将工件从炉中吊出，在空气中预冷3~10min，浸入水中冷却120~400min，冷却至表面温度≤100℃后从水中吊出；

（4）冷却结束后及时装炉回火，以30~60℃/h的速度升温至350±10℃，保温5~15h；

（5）保温结束后，以30~60℃/h的速度升温至回火温度550~680℃，保温20~50h；

（6）回火保温结束后，在炉内以≤10~15℃/h的速度冷至≤200~150℃后出炉空冷。

在升温过程中需注意升温速度，以免造成转子表面和心部温差过大，导致应力过大甚至出现裂纹。温度低于600~700℃时，升温速度控制在30~60℃/h；温度高于600~700℃时，升温速度控制在50~100℃/h。

由于奥氏体转变过程通常包括形核、长大、碳化物溶解、成分均匀化四个过程。在奥氏体区保温阶段，转子材料中合金元素的扩散过程需要一定时间，但不宜过长，以0.3~0.8h/100mm计算，以免奥氏体晶粒过分长大。

合适的热处理工艺是实现电站转子性能的关键，调质时，淬火加热温度应控制在800~900℃，回火温度应控制在550~650℃，在保证材料强度的同时兼具良好的塑韧性。

为保证转子的机械性能并减小工件淬裂风险，选择空气中预冷+水冷的冷却方式。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下积极效果：

一、以某调质直径1100mm，重量45t的300MW汽轮发电机转子Nb微合金化前后热处理后的力学性能如表2所示。

表2  加Nb前后转子热处理性能