一种大型水轮发电机组主轴锻件的制作方法

本发明涉及一种大型水轮发电机组主轴锻件。

背景技术：

水轮发电机组主轴锻件是水轮发电机组的关键承载部件，其质量直接关系到机组运行的安全性和可靠性。大型水轮发电机组主轴铸锻件尺寸大、重量大，锻造成形工艺难度极大，易产生偏析、裂纹等缺陷，质量风险很高。本发明主要是针对500MW级以上的水轮机、水轮发电机主轴锻件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种性能优异及性能稳定的大型水轮发电机组主轴锻件。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种大型水轮发电机组主轴锻件，浇注锻件钢锭的钢水熔炼成分和锻件成品成分由下述质量分数的组分组成：

碳≤0.22％，且≠0；

硅≤0.35％，且≠0；

锰：1.00～1.35％；

磷≤0.025％，且≠0；

硫≤0.01％，且≠0；

铬≤0.25％，且≠0；

镍≤0.90％，且≠0；

钼≤0.08％，且≠0；

铜≤0.05％，且≠0；

碳当量≤0.52％，

其中碳当量C_eq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

余量为铁和不可避免的杂质。

进一步的技术方案是，所述的大型水轮发电机组主轴锻件的≥80t；直径≥3000mm，长度≥5000mm。如某电站主轴锻件尺寸为Φ4000×Φ2520×H7442mm，净重110t；某电站主轴锻件尺寸为Φ3500×Φ3200×H5900mm，净重约124t。

进一步的技术方案是，主轴锻件的厚度≤200mm时，屈服强度≥265MPa；抗拉强度≥515MPa；断后伸长率≥24％；断面收缩率≥40％；冲击吸收能量≥30J；冷弯(d＝40mm、α＝180°)：无裂纹；

200mm＜主轴锻件的厚度≤300mm时，屈服强度≥265MPa；抗拉强度≥515MPa；断后伸长率≥22％；断面收缩率≥37％；冲击吸收能量≥30J；冷弯(d＝40mm、α＝180°)：无裂纹；

300mm＜主轴锻件的厚度≤500mm时，屈服强度≥265MPa；抗拉强度≥515MPa；断后伸长率≥21％；断面收缩率≥35％；冲击吸收能量≥30J；冷弯(d＝40mm、α＝180°)：无裂纹。

进一步的技术方案是，大型水轮发电机组主轴锻件在于对主轴锻件进行超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)或液体渗透探伤(PT)及目视(VT)等无损检测，检测项目及验收要求符合下表规定。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

大型水轮发电机组主轴锻件的屈服强度≥265MPa；抗拉强度≥515MPa；断后伸长率≥21％；断面收缩率≥35％；冲击吸收能量≥30J；冷弯(d＝40mm、α＝180°)：无裂纹。

附图说明

图1为轴身I锻件取样位置示意图；

图2为轴身II锻件取样位置示意图；

图3为法兰I锻件取样位置示意图；

图4为法兰II锻件取样位置示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

1、大型水轮发电机组主轴锻件的制造步骤如下：

1.1冶炼：锻件用钢锭采用电炉冶炼加炉外精炼后真空浇注。

1.2锻造：钢锭的水口、冒口端应有足够的切除量；在有足够能力的锻压机上锻造，使锻件整个截面得到充分的塑性变形，锻造比大于3.5，使锻件接近成品的形状和尺寸，锻件与钢锭的中心线应重合良好。

1.3性能热处理：锻件锻造后进行调质或正火加回火处理，以保证锻件获得均匀的组织和性能，回火温度不低于600℃。

1.4无损检测：在不同的状态和时机分别对主轴锻件的不同检测区域进行超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)或液体渗透探伤(PT)及目视(VT)等无损检测。

1.5缺陷焊补

1.6组焊：焊接前，对锻件(或钢板)进行理化、探伤及尺寸检验，选用与锻件同等力学性能的焊材。

采用窄间隙埋弧焊。

焊接后应进行消除应力退火处理，退火温度宜低于性能热处理回火温度30℃～50℃，且不得高于580℃。

对焊缝区域及其热影响区域进行无损检测。

2、检验规则和试验方法

2.1取样时机：在锻件性能热处理后取样。

2.2取样位置、尺寸及数量

2.2.1分段锻件和整段锻件

2.2.1.1取样位置见图1-4，规定如下：

a)当锻件壁厚≤180mm时，试样轴向中心线在锻件壁厚1/2处；当锻件壁厚＞180mm时，试样轴向中心线距锻件外圆(及内圆)表面距离L≥90mm；

b)试样径向中心线距锻件端面距离L≥90mm；

c)轴向试样允许在螺栓把合孔套料。

2.2.1.2试样尺寸及数量如1-4和表1所示。

表1分段锻件和整段锻件试样数量、试验项目及数量

2.3化学成分分析

对浇注锻件钢锭的钢水进行熔炼化学成分分析和对锻件成品进行化学成分分析。成品化学成分分析在力学性能试样上取样，应符合GB/T 20066规定。化学成分分析按GB/T 223、GB/T 4336规定执行。浇注锻件钢锭的钢水熔炼成分分析和锻件成品成分分析如表2所示。

表2化学成分

2.4力学性能试验

2.4.1拉伸试验按GB/T 228.1规定进行。

2.4.2冲击试验按GB/T 229规定进行。

2.4.3弯曲试样截面尺寸为13mm×25mm，长度≥200mm，倒角半径≤2mm，表面粗糙度Ra值达到0.8μm。弯曲试验按GB/T 232规定进行。

锻件的力学性能测试数据如表3所示。

表3 20MnSX锻件力学性能

2.5无损检测

在不同的状态和时机分别对主轴锻件的不同检测区域进行超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)或液体渗透探伤(PT)及目视(VT)等无损检测，检测项目及验收要求符合表4规定。

表4无损检测

实施例1：

浇注锻件钢锭的钢水进行熔炼化学成分分析和对锻件成品进行化学成分分析如下：碳0.19％、硅0.28％、锰1.27％、磷0.01％、硫0.007％、铬0.22％、镍0.35％、钼0.06％、铜0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。电站主轴锻件尺寸为Φ3500×Φ3200×H5900mm，净重约124t，对应的力学性能为屈服强度347MPa，抗拉强度545MPa，断后伸长率29.5％，断面收缩率73％，冲击吸收能量116J。

实施例2：

浇注锻件钢锭的钢水进行熔炼化学成分分析和对锻件成品进行化学成分分析如下：碳0.21％、硅0.29％、锰1.21％、磷0.016％、硫0.009％、铬0.22％、镍0.28％、钼0.05％、铜0.03％，余量为铁和不可避免的杂质。电站主轴锻件尺寸为Φ3500×Φ3200×H5900mm，净重约124t，对应的力学性能为屈服强度340MPa，抗拉强度544MPa，断后伸长率29％，断面收缩率70％，冲击吸收能量82J。

实施例3：

浇注锻件钢锭的钢水进行熔炼化学成分分析和对锻件成品进行化学成分分析如下：碳0.21％、硅0.23％、锰1.25％、磷0.011％、硫0.005％、铬0.23％、镍0.29％、钼0.05％、铜0.03％，余量为铁和不可避免的杂质。电站主轴锻件尺寸为Φ3500×Φ3200×H5900mm，净重约124t，对应的力学性能为屈服强度390MPa，抗拉强度572MPa，断后伸长率27％，断面收缩率69％，冲击吸收能量104J。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。