盘式储能锻件均质化热处理工艺的制作方法

1.本发明属于热处理工艺技术领域，更具体地涉及一种盘式储能锻件均质化热处理工艺。


背景技术：

2.盘式储能锻件是高转速、高储能密度的储能部件，因具备能源损耗少、能量转换效率高、清洁环保、可利用周期长、维护方便等优点，表现出广阔的应用前景。盘式储能锻件在高转速下的稳定性是是其结构设计中最重要的内容之一。
3.由于盘式储能锻件壁薄的特点，现有技术中，为防止应力过大，盘式储能锻件的传统制造工艺常采用单一介质冷却热处理，淬硬层深不够，硬度均匀性差，无法满足抗拉强度rm≥895mpa同时低温冲击功akv(-20℃)≥41j、以及同一圆弧表面硬度偏差不超过30hbs同时轴向上检测点硬度偏差小于40hbs的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的以上技术问题，本发明提出一种盘式储能锻件均质化热处理工艺，所述盘式储能锻件均质化热处理工艺包括如下步骤：
5.步骤1：将盘式储能锻件升温至640～660℃，保温1h；
6.步骤2：对盘式储能锻件进行正火后快冷处理，包括：将盘式储能锻件升温至870～910℃，保温3h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至300℃以下；
7.步骤3：将盘式储能锻件入炉，升温至570～610℃，回火12h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至350℃以下；
8.步骤4：对盘式储能锻件进行快速奥氏体化处理，包括：将盘式储能锻件入炉，快速升温至830～870℃，保温4h；
9.步骤5：将盘式储能锻件出炉，先进行空-水-空单介质控时冷却，然后空冷至200～350℃以下，其中，空-水-空单介质控时冷却包括第一空冷处理1min、第一水冷处理5min、第二空冷处理1.5min、第二水冷处理3min、第三空冷处理1.5min、第三水冷处理3min；
10.步骤6：将盘式储能锻件入炉回火，升温至590～610℃，保温12h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至室温。
11.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，在步骤4中，升温速率控制为不超过70℃/h。
12.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，在步骤6中，升温速率控制为不超过50℃/h。
13.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，在步骤6中，待盘式储能锻件表面温度≤200℃后入炉回火。
14.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，所述盘式储能锻件是盘式飞轮体或者燃气轮机轮盘。
15.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，所述盘式储能锻件的材质为25cr2ni4mov。
16.进一步地，在上述盘式储能锻件均质化热处理工艺中，还包括步骤7：待盘式储能锻件空冷至室温后，在盘式储能锻件的多个取样位置进行取样，检测各项力学性能。
17.本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺具有如下优点和有益效果：
18.盘式储能锻件的抗拉强度可提高至907mpa以上，同时低温冲击功提高至60j以上，提高了盘式储能锻件的强度，保证锻件基体的韧性，满足盘式储能锻件rm≥895mpa、akv(-20℃)≥41j的工作要求；
19.盘式储能锻件的轴向与径向抗拉强度最大偏差可控制在80mpa之内，盘式储能锻件的淬透性、均质性及硬度均匀性好，满足盘式储能锻件高转速下的稳定性工作要求。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
21.图1是本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺的时序示意图；
22.图2是本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺中锻件取样位置的示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺包括如下步骤：
25.步骤1：将盘式储能锻件升温至640～660℃，保温1h，如图1中
①
所示；
26.步骤2：对盘式储能锻件进行正火后快冷处理，具体为，将盘式储能锻件升温至870～910℃，保温3h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至300℃以下，如图1中
②
所示；
27.步骤3：将盘式储能锻件入炉，升温至570～610℃，回火12h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至350℃以下，如图1中
③
所示；
28.步骤4：对盘式储能锻件进行快速奥氏体化处理，具体为，将盘式储能锻件入炉，快速升温至830～870℃，保温4h，如图1中
④
所示；
29.步骤5：将盘式储能锻件出炉，先进行空-水-空单介质控时冷却，然后空冷至200～350℃以下，如图1中
⑤
所示，其中，空-水-空单介质控时冷却包括第一空冷处理1min、第一水冷处理5min、第二空冷处理1.5min、第二水冷处理3min、第三空冷处理1.5min、第三水冷处理3min；
30.步骤6：将盘式储能锻件入炉回火，升温至590～610℃，保温12h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至室温，如图1中
⑥
所示。
31.优选地，在步骤4中，升温速率控制为不超过70℃/h。
32.优选地，在步骤6中，升温速率控制为不超过50℃/h。
33.优选地，在步骤6中，待盘式储能锻件表面温度≤200℃后入炉回火。
34.作为一种具体实施方式，本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺中，盘式储能锻件可以是盘式飞轮体、燃气轮机轮盘等。
35.此外，作为一种具体实施方式，本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺中，盘式储能锻件的材质为25cr2ni4mov。
36.以下结合具体实施例说明本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺。
37.实施例1
38.本发明实施例1的盘式储能锻件均质化热处理工艺包括如下步骤：
39.步骤1：将盘式储能锻件升温至650℃，保温1h；
40.步骤2：将盘式储能锻件升温至880～900℃，保温3h，然后将盘式储能锻件出炉，吊离台车面，在通风良好处空冷至300℃以下；
41.步骤3：将盘式储能锻件入炉，升温至580～600℃，回火12h，然后将盘式储能锻件出炉空冷；
42.步骤4：盘式储能锻件空冷至350℃以下后入炉，快速升温至840～860℃，保温4h后出炉；
43.步骤5：对盘式储能锻件先进行第一空冷处理1min、第一水冷处理5min、第二空冷处理1.5min、第二水冷处理3min、第三空冷处理1.5min、第三水冷处理3min，然后进行空冷；
44.步骤6：待盘式储能锻件表面温度≤200℃后入炉回火，升温至600℃，保温12h，然后将盘式储能锻件出炉，空冷至室温。
45.进一步地，本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺还可以包括步骤7：待盘式储能锻件空冷至室温后，在盘式储能锻件的多个取样位置进行取样，检测各项力学性能。
46.具体地，如图2所示，盘式储能锻件的多个取样位置包括第一取样位置p1、第二取样位置p1
′
、第三取样位置p2、第四取样位置p3，其中，第一取样位置p1和第二取样位置p1
′
为盘式储能锻件径向和切向取样方向的取样位置，第三取样位置p2和第四取样位置p3为盘式储能锻件轴向取样方向的取样位置。
47.利用本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺处理后的盘式储能锻件的力学性能如下表1所示：
48.表1：盘式储能锻件均质化热处理后的力学性能
[0049][0050]
其中，rel为下屈服强度、rm为抗拉强度、a为断后伸长率、z为断面收缩率、akv(-20℃)为低温冲击功。
[0051]
根据盘式储能锻件的力学性能检测结果，盘式储能锻件的抗拉强度可提高至907mpa以上，同时低温冲击功提高至60j以上，切向低温冲击功甚至可达到160j以上，而且，盘式储能锻件的轴向与径向抗拉强度最大偏差可控制在987-907＝80mpa之内。
[0052]
综上所述，本发明采用正火后快冷+快速奥氏体化保温后空-水-空单介质控时冷却技术，可打破盘式储能锻件组织遗传性，并且在第一水冷处理后锻件表面快速达到马氏体临界冷速，从而获得细小的全马氏体组织后进行第二空冷处理，实现碳从过饱和马氏体向残余奥氏体中的扩散和碳化物从马氏体中弥散析出，从而提高锻件表面强度，后续冷却过程中保证组织转变一致性，同时保留有部分残余奥氏体组织未转变，保证锻件基体的韧性。更具体地，与现有技术相比，本发明的盘式储能锻件均质化热处理工艺具有如下优点和有益效果：
[0053]
盘式储能锻件的抗拉强度可提高至907mpa以上，同时低温冲击功提高至60j以上，提高了盘式储能锻件的强度，保证锻件基体的韧性，满足盘式储能锻件rm≥895mpa、akv(-20℃)≥41j的工作要求；
[0054]
盘式储能锻件的轴向与径向抗拉强度最大偏差可控制在80mpa之内，盘式储能锻件的淬透性、均质性及硬度均匀性好，满足盘式储能锻件高转速下的稳定性工作要求。
[0055]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
[0056]
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。