一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法与流程

本发明涉及一种620℃及以上等级汽轮机的转子，特别是一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法，属于620℃及以上等级汽轮机技术领域。

背景技术：

现代火电蒸汽轮机机组为进一步节能降耗，一直努力提高机组蒸汽参数，从而实现机组效率提升，我国超超临界汽轮机已较为成熟，目前620℃等级汽轮机已经投入商业运行，目前已展开超过620℃等级的汽轮机技术研究。但随着汽轮机主蒸汽参数的不断提升，对转子的高温长时持久性能要求不断提高，转子材料研发难度越来越大。

在主蒸汽温度提高到620℃以上后，为满足转子高温区对高温应力的需求，通过添加大量的高温强化元素如钴、钨来提高耐热钢的高温长时持久性能，但在高温长时持久强度提升的同时，耐热钢的冲击韧性不断降低，特别是耐热钢的韧脆转变温度（fatt50）提高较快，将出现fatt50≥120℃（常规机组一般fatt50≤120℃），其中，fatt50表示脆性断面率为50%所对应的温度。转子冲击韧性降低对转子高温区影响较小，但转子低温区在启动初期或部分工况下可能出现转子工作温度低于耐热钢的fatt50，耐热钢将处于脆性状态，易发生转子脆性断裂，给汽轮机机组的安全运行带来了极大风险。

常规的转子由于合金化程度高，其焊接性能差，故一般采用钢锭整体锻造和整体热处理的方式制造，其不同部位的材料性能基本相当。在实际工况下，高温蒸汽在汽轮机中膨胀做功，热能逐渐转化为动能，蒸汽温度降低，因此，汽轮机中做功部分的转子中部位置工作温度一般较高，而转子两端密封汽体或安装轴承位置工作温度一般较低。可以看出，在实际工况下，不同工作温度区和不同应力水平下对转子材料的性能要求是不同的。因此，根据实际工况可将整个转子划分为两端的低温段和中部的高温段（按照温度参数进行区分，比如，以发生蠕变持久的温度点450℃来分段）。对于两端的低温段而言，低温段对高温长时持久性能要求相对较低，但通常要求fatt50≤120℃，冲击功≥10j，并且低温段的工作温度相对较低，因此对转子材料组织稳定性要求也相对较低。对于中部的高温段而言，高温段在高温工作温度下的10万小时持久断裂强度≥100mpa，其工作温度长期维持远高于材料fatt50，故允许其fatt50≥120℃。

目前，尚无合理的方法在满足设计对转子高温段高温强度要求的前提下，又能解决低温段轴封位置fatt50过高带来的安全性问题。即，针对高温工作状态下的转子大锻件，尚无合理的方法同时满足设计对转子性能的两个要求：a、转子的高温段在高温下10万小时持久断裂强度≥100mpa；b、转子轴封位置（转子的低温段）fatt50≤120℃。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法，采用本发明的热处理方法处理后的转子能够使用到620℃及以上温度参数的汽轮机中，既能满足620℃及以上高温段的高温强度需求，又能满足低温段轴封位置韧脆转变温度的要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法，该转子为整体锻造件，包括高温段和位于高温段两端的低温段，该热处理方法包括以下步骤：

淬火：将转子转移至热处理炉中，整个转子加热至1070℃-1080℃保温，保温时间为16h-24h，保温结束后，转子出炉转移至淬火介质中空冷至室温；

第一次回火：将经淬火后的转子转移至热处理炉中，整个转子加热至570℃-580℃保温，保温时间为20h-26h，保温结束后，转子出炉空冷至室温；

第二次回火：将经第一次回火的转子转移至分段式热处理炉中，高温段与低温段之间设置隔热挡板，使其分开隔热升温加热，低温段加热至730-830℃保温，高温段加热至650-730℃保温，保温时间都为20h-26h，保温结束后，转子出炉冷却至室温。明显的，在进行第二次回火步骤时，高温段与两低温段的交界处都设置了隔热挡板。

作为优选，在淬火步骤中，热处理炉为井式炉。井式炉特别适用于长轴类零件的热处理，比如本发明所需热处理的转子。

作为优选，在淬火步骤中，保温时间为20h。

作为优选，在淬火步骤中，淬火介质为淬火油。

作为优选，在第一次回火步骤中，热处理炉为井式炉。井式炉特别适用于长轴类零件的热处理，比如本发明所需热处理的转子。

作为优选，在第一次回火步骤中，保温时间为25h。

作为优选，在第二次回火步骤中，分段式热处理炉为分段式井式炉。借助隔热挡板，能够实现高温段与低温段之间分开隔热升温加热。

作为优选，在第二次回火步骤中，低温段加热至730-740℃保温。

作为优选，在第二次回火步骤中，高温段加热至700-710℃保温。

作为优选，在第二次回火步骤中，保温时间都为25h。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用本发明后热处理方法处理后的转子，能够达到设计要求的转子性能，即，对于转子的低温段而言，低温段fatt50≤120℃，冲击功≥10j。对于转子的高温段而言，高温段在高温工作温度下的10万小时持久断裂强度≥100mpa，fatt50≥120℃。

本发明的工艺流程简单实用，实用性强，推广应用价值高。采用本发明的热处理方法处理后的转子能够使用到620℃及以上温度参数的汽轮机中，既能满足620℃及以上温度段的高温强度需求，又能满足低温段轴封位置韧脆转变温度的要求。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一种620℃及以上等级汽轮机的转子的结构示意图，其中，该转子包括高温段和位于高温段两端的低温段；在第二次回火步骤中，高温段和低温段之间设置了隔热挡板。

图中标记：1-高温段、2-低温段、3-隔热挡板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本实施例的一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法，该转子为整体锻造件，包括高温段1和位于高温段1两端的低温段2，该热处理方法包括以下步骤：

淬火：将转子转移至热处理炉中，整个转子加热至1070℃-1080℃保温，保温时间为16h-24h，保温结束后，转子出炉转移至淬火介质中冷却至室温；

第一次回火：将经淬火后的转子转移至热处理炉中，整个转子加热至570℃-580℃保温，保温时间为20h-26h，保温结束后，转子出炉空冷至室温；

第二次回火：将经第一次回火的转子转移至分段式热处理炉中，高温段1与低温段2之间设置隔热挡板3，使其分开隔热升温加热，低温段加热至730-830℃保温，高温段加热至650-730℃保温，保温时间都为20h-26h，保温结束后，转子出炉空冷至室温。明显的，在进行第二次回火步骤时，高温段1与两低温段2的交界处都设置了隔热挡板3，如图1所示。

作为优选，在淬火步骤中，热处理炉为井式炉。井式炉特别适用于长轴类零件的热处理，比如本发明所需热处理的转子。

作为优选，在淬火步骤中，保温时间为20h。当然，根据实际需求，保温时间还可以为16h、17h、18h、19h、21h、22h、23h或24h。

作为优选，在淬火步骤中，淬火介质为淬火油。

作为优选，在第一次回火步骤中，热处理炉为井式炉。井式炉特别适用于长轴类零件的热处理，比如本发明所需热处理的转子。

作为优选，在第一次回火步骤中，保温时间为25h。当然，根据实际需求，保温时间还可以为20h、21h、22h、23h、24h或26h。

作为优选，在第二次回火步骤中，分段式热处理炉为分段式井式炉。借助隔热挡板3，能够实现高温段1与低温段2之间分开隔热升温加热。

作为优选，在第二次回火步骤中，低温段加热至730-740℃保温。当然，根据实际需求，还可以是，低温段加热至775-785℃保温，或低温段加热至820-830℃保温。

作为优选，在第二次回火步骤中，高温段加热至700-710℃保温。当然，根据实际需求，还可以是，高温段加热至650-660℃保温，或高温段加热至720-730℃保温。

作为优选，在第二次回火步骤中，保温时间都为25h。当然，根据实际需求，保温时间还可以都为20h、21h、22h、23h、24h或26h。

综上所述，采用本发明的一种620℃及以上等级汽轮机的转子的热处理方法处理后的转子，能够达到设计要求的转子性能，即，对于转子的低温段而言，低温段fatt50≤120℃，冲击功≥10j。对于转子的高温段而言，高温段在高温工作温度下的10万小时持久断裂强度≥100mpa，fatt50≥120℃。

本发明的工艺流程简单实用，实用性强，推广应用价值高。采用本发明的热处理方法处理后的转子能够使用到620℃及以上温度参数的汽轮机中，既能满足620℃及以上温度段的高温强度需求，又能满足低温段轴封位置韧脆转变温度的要求。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。