大型水轮机上冠铸件的热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大型水轮机加工技术领域，尤其涉及一种大型水轮机上冠铸件的热处 理工艺。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济发展对能源需求的不断增长，我国近年来逐渐增大水电开发力度， 预计到2020年我国水电装机容量将超过2. 3亿千瓦。与此同时，水轮机组逐渐向大型化发 展，今后一段时间内我国将主要致力于700MW及其以上水轮机组的建设，然而大型水轮机 组不锈钢铸件生产难度较大，我国在大型水轮机组铸件的制造上还存在一定困难。例如我 国三峡左/右岸26台机组均为70万千瓦机组，绝大部分铸件依赖进口。
[0003] 大型水轮机组件主要由上冠、下环和叶片组成，且均为低碳马氏体不锈钢铸件，其 中的上冠净重110吨左右，尺寸大，且铸件各部分厚薄差别较大，热处理过程中应力的演 化、应变的趋势等难以通过以往经验准确判断，给工程技术人员制定合理准确的热处理工 艺带来困难。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，用以 解决现有大型水轮机上冠热处理困难的问题，使上冠在热处理过程中应力小，不因应力过 大而产生裂纹，并能达到高强度等综合性能要求。
[0005] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006] 本发明一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其包括以下步骤：
[0007] 1)根据上冠铸件的实际尺寸和最大外圆尺寸，选择台车炉；
[0008] 2)装炉：将上冠铸件放置在所述台车炉的台车炉面上，在所述上冠铸件底面放置 垫铁，装入所述台车炉内，并在所述台车炉面周围放置鼓风机；
[0009] 3)加热：将所述上冠铸件在台车炉中以20°C /h的速度从室温加热至250±20°C， 保温W/100小时，然后以20°C /h的速度加热至550±20°C，保温W/100小时，这种小升温速 率、较低温度保温的初始加热方式能够防止上冠铸件加热过程的产生较大温差，从而减少 应力，防止产生裂纹；然后以30°C /h的速度加热至780±20°C，保温I. 4XW/100小时，使上 冠铸件加热透，为后续快速升温做好准备；然后以50°C /h的速度加热至1020± KTC，保温 I. 4XW/100小时，其中快速升温有利于晶粒细化，1020±10°C保温能够使上冠铸件的铸态 组织充分奥氏体化，并且防止奥氏体晶粒粗大；
[0010] 4)冷却：使用所述鼓风机将所述上冠铸件冷却至150°C以下，其中使用鼓风机冷 却一方面使上冠铸件在热处理过程中应力小，不因应力过大而产生裂纹，另一方面能够加 快冷却速度，从而达到细化晶粒，得到马氏体组织的目的；
[0011] 5)回火热处理：将所述上冠铸件在200±20°C范围保温W/100小时；然后以20°C / h的速度加热至400±20°C，保温W/100小时；然后以20°C /h的速度加热到600±10°C，保 温3 X W/100小时；然后以30°C/h的速度炉冷至150°C以下；回火能够提高上冠铸件组织的 稳定性，进一步消除应力，防止上冠铸件使用过程中发生组织转变，从而提高铸件的综合力 学性能；
[0012] 6)出炉：将热处理后的所述上冠铸件取出所述台车炉。
[0013] 进一步地，在所述步骤2)之前，清理所述上冠铸件，使所述上冠铸件不粘有型砂。
[0014] 进一步地，所述步骤4)中冷却至150°C以下指所述上冠铸件最大壁厚处的表面温 度，保证上冠铸件中组织转变充分，并尽可能的减少应力。
[0015] 进一步地，所述上冠铸件最大壁厚处的表面温度通过温枪或在所述最大壁厚处敷 设热电偶测得。
[0016] 进一步地，所述步骤5)中炉冷至150°C以下指台车炉的炉内温度。
[0017] 进一步地，所述步骤1)中所述上冠铸件最大外圆边缘离所述台车炉炉墙不小于 500mm，离所述台车炉的炉门和后墙不小于1000 mm ;所述上冠铸件最大外圆底面与所述台 车炉面不小于800mm。
[0018] 进一步地，所述步骤2)中，所述鼓风机沿圆周方向均匀分布在所述台车炉面周 围，且鼓风机出口中心的高度距离所述台车炉面300-400mm。
[0019] 本发明有益效果如下：
[0020] 1)本发明提供的一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺使上冠在热处理时应力 小，不会因应力过大产生裂纹，并能达到高强度等综合性能要求。
[0021] 2)本发明提供的一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺适用于大尺寸（直径大 于9300mm)、高强度（抗拉强度大于SOOMPa)、综合性能要求高的水轮机上冠热处理。
[0022] 3)本发明提供的一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺适用于热处理冷却条件 在露天、不同季节和车间厂房的不同热处理工艺，保证上冠铸件热处理后达到综合性能要 求。
【附图说明】
[0023] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图 中，相同的参考符号表不相同的部件。
[0024] 图1为本发明大型水轮机上冠铸件热处理工艺曲线图；
[0025] 图2为本发明大型水轮机上冠铸件热处理工艺保温时间列表；
[0026] 图3为本发明大型水轮机上冠铸件结构示意图。
[0027] 其中，W为上冠最大壁厚，单位为mm ;保温时间以半小时取整。
【具体实施方式】
[0028] 为某水电站生产用上冠为例：
[0029] 材质：ZG06Crl3Ni5Mo ;
[0030] 上冠尺寸：最大外圆直径(p9346mm、高度H = 2445. 2, W = 500, H、W单位为mm。
[0031] 该上冠热处理工艺如下：
[0032] 1)选择台车炉面尺寸为IOmX IOm的台车炉；
[0033] 2)装炉：将型砂处理干净后的上冠装在台车炉面上，用垫铁进行支撑，保证上冠 最大外圆底面与台车炉面距离不小于800mm，且上冠铸件的支撑点不少于5个，并且沿圆周 方向均匀分布，不得有架空支撑点，防止上冠变形，同时保证炉气的良好循环；然后将四台 鼓风机沿圆周方向安装在台车炉面周围，保证鼓风机出口中心的高度距离台车炉面300mm ; 在上冠上端面和最大外圆边缘靠近炉墙侧各敷热电偶一支，便于有规律的记录温度；然后 送入台车炉中，保证上冠最大外圆边缘离炉墙不小于500mm，离炉门和后墙不小于1000 mm ;
[0034] 3)加热：将上冠在台车炉中从室温以20°C /h的速度加热到250 ±20°C，保温5小 时；然后以20°C /h的速度加热到550±20°C，保温5小时；然后以30°C /h的速度加热到 780±20°C，保温7小时；然后以50°C /h的速度加热到1020±10°C，保温7小时；
[0035] 4)冷却：使用鼓风机鼓风冷却，用温枪测上冠最大壁厚处的表面温度，至温枪指 示低于150°C时停止鼓风；
[0036] 5)回火热处理：将上冠在200±20°C下保温5小时；然后以20°C /h的速度加热 到 400±20°C，保温5小时；然后以20°C /h的速度加热到600± KTC，保温15小时；然后以 30°C /h的速度冷却，直至台车炉内温度指示低于150°C ;
[0037] 6)出炉，将热处理后的上冠从台车炉取出，完成热处理过程。
[0038] 将热处理后的上冠进行性能检测试验，经检验，上冠铸件最终热处理后无裂纹，性 能检测合格，抗拉强度达850MPa级别，性能检测数据如下表1所示。
[0039] 表1上冠热处理后力学性能指标
[0041] 本发明实施例提供了一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，适用于直径不大 于9300mm，强度大于800MPa的，综合性能要求高的大型水轮机上冠铸件的热处理加工，在 包括冷却条件在露天、不同季节、车间厂房内的不同热处理工艺，上冠在热处理过程中应力 小，不会因应力过大而产生裂纹，并能够达到高强度等综合性能要求。
[0042] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤： 1) 根据上冠铸件的最大外圆尺寸，选择台车炉； 2) 装炉：将上冠铸件放置在所述台车炉的台车炉面上，在所述上冠铸件底面放置垫 铁，装入所述台车炉内，并在所述台车炉面周围放置鼓风机； 3) 加热：将所述上冠铸件在台车炉中以20°C/h的速度从室温加热至250 ±20°C，保温 W/100小时；然后以20°C/h的速度加热至550±20°C，保温W/100小时；然后以30°C/h的 速度加热至780±20°C，保温1. 4XW/100小时；然后以50°C/h的速度加热至1020±10°C， 保温1. 4XW/100小时，其中W为上冠最大壁厚； 4) 冷却：使用所述鼓风机将所述上冠铸件冷却至150°C以下； 5) 回火热处理：将所述上冠铸件在200±20°C范围保温W/100小时；然后以20°C/h的 速度加热至400±20°C，保温W/100小时；然后以20°C/h的速度加热到600±10°C，保温 3XW/100小时；然后以30°C/h的速度炉冷至150°C以下，其中W为上冠最大壁厚； 6) 出炉：将热处理后的所述上冠铸件取出所述台车炉。2. 根据权利要求1所述大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，在所述步骤 2)之前，清理所述上冠铸件，使所述上冠铸件不粘有型砂。3. 根据权利要求1所述大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤4) 中冷却至150°C以下指所述上冠铸件最大壁厚处的表面温度。4. 根据权利要求1所述大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤5) 中炉冷至150°C以下指台车炉的炉内温度。5. 根据权利要求1所述大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，步骤1)中所 述上冠铸件最大外圆边缘离所述台车炉炉墙不小于500mm，离所述台车炉的炉门和后墙不 小于1000mm;所述上冠铸件最大外圆底面与所述台车炉面不小于800mm。6. 根据权利要求1所述大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，其特征在于，步骤2)中所 述鼓风机沿圆周方向均匀分布在所述台车炉面周围，且鼓风机出口中心的高度距离所述台 车炉面 300-400mm。
【专利摘要】本发明涉及一种大型水轮机上冠铸件的热处理工艺，包括：加热：将上冠以20℃/h的速度从室温加热到250±20℃，再加热到550±20℃，并在250±20℃、550±20℃下保温W/100小时；以30℃/h的速度加热到780±20℃，保温1.4×W/100小时；以50℃/h的速度加热到1020±10℃，保温1.4×W/100小时；鼓风冷却至150℃以下；回火热处理：将上冠在200±20℃范围保温W/100小时；以20℃/h的速度加热至400±20℃，保温W/100小时；以20℃/h的速度加热到600±10℃，保温3×W/100小时；以30℃/h的速度炉冷至150℃以下。该方法使热处理过程中上冠应力小，不产生裂纹，并达到高强度等综合性能要求。
【IPC分类】C21D9/00
【公开号】CN105400940
【申请号】CN201511015419
【发明人】孙煜伟, 张亚才, 张国利, 赵丽, 王晓宇
【申请人】天津重型装备工程研究有限公司, 中国第一重型机械股份公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月30日