一种ACP1000核电焊接转子轮盘锻件调质热处理方法与流程

本发明涉及一种热处理方法，具体涉及一种ACP1000核电焊接转子轮盘锻件调质热处理方法。

背景技术：

ACP1000核电焊接低压转子锻件是百万千瓦级核电机组的关键零部件，技术含量高，加工周期长，对工艺装备要求严格，属于技术和资金密集型产品，其质量和水平直接影响成套装备的总体水平和可靠性。ACP1000核电焊接低压转子锻件最大交货直径达左右，较火电百万级低压转子锻件最大交货直径增加近60％，制造难度大幅提升。

ACP1000核电低压焊接转子轮盘锻件由25Cr2Ni2MoV钢锻制，热处理外形尺寸为重量约为89吨，需要在工件上下端面近外圆周表面及端面芯部进行取样及力学性能检验(详见附图1示)，且不同取样位置屈服强度偏差不超过55MPa。而目前百万级火电低压转子锻件，不同取样位置强度均匀性偏差为不超过70MPa。ACP1000核电低压焊接转子轮盘锻件具有直径大、吨位重、取样位置多、力学性能及其均匀性要求高等特点，这对调质热处理时锻件不同部位加热、冷却及其均匀性提出了更高的要求。

目前圆饼类锻件调质热处理时，一般采用圆端面水平放置于条形垫铁上的方式进炉加热，随后以水平方式进入水槽淬火冷却。由于热处理炉加热特点及垫铁等工装的影响，水平放置将会导致工件下端与垫铁接触的面直接受热面远小于上端面，进而造成加热的不均匀。淬火冷却时，由于水槽内循环结构特点，只有周向及垂直方向的水流，大直径饼状结构锻件的上端面芯部区域的水流速度垂直分量几乎为零，而下端面及外圆周面水流速度较快，易形成上端面芯部淬火冷却盲区及上端面芯部与下端面芯部、外圆周面的冷速差。工件不同部位加热及冷却程度及差异，一方面关系到取样位置力学性能是否能够合格，另一方面直接影响不同取样位置的力学性能的均匀性。

除了调质热处理淬火及回火加热温度均匀性直接影响锻件性能的均匀性外，通过对25Cr2Ni2MoV材料研究可知，调质热处理淬火冷却速度与力学性能亦有密切关系，即冷速越快、强度及韧性指标越好，所以获得较快及均匀的淬火冷却速度亦是提高锻件性能指标及均匀性的可行途径。

针对超大直径、大吨位、取样位置多及力学性能均匀性要求高的圆饼类锻件，要获得均匀的加热温度，较快及均匀的冷却速度是一技术难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种ACP1000核电焊接转子轮盘锻件热处理方法，能够解决现有技术中轮盘锻件热处理加热、冷却效果不佳，锻件实际冷速较慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的ACP1000核电焊接转子轮盘锻件热处理方法，用于对外形尺寸不小于的轮盘锻件进行热处理，包括以下步骤：

第一步，轮盘锻件沿外圆周面垂直置于柱状垫铁，并在热处理炉中加热保温；

轮盘锻件沿外圆周面垂直置于轮盘锻件专用柱状垫铁，可减少锻件与垫铁接触面，增加锻件直接受热面，同时保证两端面的加热均匀性。

锻件进炉加热至860℃～880℃，而后进行保温；保温时间为每100mm有效厚度保温1.5～2.0小时。

所述轮盘专用柱状垫铁，高度不小于2000mm，支撑方形截面或曲面投影面尺寸为500×500mm，圆弧曲面几何形状与轮盘锻件外圆周面相同，所用材料为低碳钢。

第二步，将轮盘锻件移入安装有淬火导流套的水槽；

结合现有水槽、轮盘锻件及吊具尺寸，在水槽内部安装轮盘锻件专用淬火冷却导流套。淬火冷却导流套由上下两部分组成，位于下方的第一部分接近水槽底部且是收口结构，作用是将水槽底部水集中并提高其向上流速；位于上方的第二部分是直筒结构，作用是引导集中向上的水流，避免其向外发散，损失流速。两部分都可选用厚度不小于20mm的Q235钢板制造，并通过螺钉、螺栓连接。

收口结构大口端需要将水槽底部所有入水口包含在内，收口斜边与水平面保持锐角，小口端直径根据工件及吊具尺寸设计并留出一定间隙。具体实施方式中，可采用收口结构尺寸大口端直径斜边与水平面呈45°锐角，小口端直径

直筒结构内径尺寸与收口结构小口端保持一致，高度需根据水槽、工件及吊具尺寸设计。具体实施方式中，可采用直筒内径高度至少5500mm。

锻件保温结束后，通过吊具将轮盘锻件沿外圆周法线方向垂直吊入水槽中。

第三步，对锻件进行淬火冷却；

淬火冷却时，将水槽循环系统打开，同时导流套将水槽底部所有进入水槽的水集中，并形成向上的水流，对垂直吊入的轮盘锻件表面进行冲刷，消除淬火冷却盲区。当锻件温度冷却至不高于100℃时，将锻件从水槽吊出，淬火冷却结束。

第四步，将轮盘锻件沿外圆周面垂直置于柱状垫铁上，并在炉中进行回火处理；

淬火结束，将锻件沿外圆周面垂直置于专用柱状支撑垫铁进行回火处理，减少工件与垫铁接触面，增加工件直接受热面，同时保证两端面的加热均匀性。

回火处理温度为600～620℃，保温时间为每100mm有效厚度保温1.5～2.0小时。

本发明的技术效果是：

本发明的热处理方法将轮盘锻件沿外圆周面垂直置于轮盘锻件专用柱状垫铁，可减少锻件与垫铁接触面，增加锻件直接受热面，同时保证两端面的加热均匀性。

本发明的热处理方法结合轮盘锻件专用淬火冷却导流套，采用垂直加热及冷却锻件的热处理方法，达到提升锻件冷速、提高加热及冷却均匀性的目的，以保证轮盘锻件不同位置(见附图1)均能受到快速水流的冲刷作用，从而获得足够快的冷却速度，避免出现冷却盲区，显著改善轮盘锻件的冷却效果，从而提高锻件力学性能合格率及整体性能的均匀性。

附图说明

图1为ACP1000核电焊接转子轮盘锻件尺寸及取样位置示意图。

图2a为ACP1000核电焊接转子轮盘锻件装炉图的剖视图。

图2b为图2a的右视图。

图3为ACP1000核电焊接转子轮盘锻件淬火冷却图。

附图中符号标记说明：

1为轮盘锻件；2、3为垫铁；4为热处理炉；5为淬火冷却导流套的收口结构；6为淬火冷却导流套的直筒结构；7为吊具；8为水槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明的ACP1000核电焊接转子轮盘锻件调质热处理方法，用于对外形尺寸不小于的轮盘锻件进行调质热处理，包括以下步骤：

第一步，将轮盘锻件1沿外圆周面垂直置于专用垫铁2、3上，并在热处理炉3中加热保温；

将轮盘锻件1沿外圆周面垂直置于专用垫铁2、3上，调整锻件1位置，确保锻件放置平整不倾斜，减少工件与垫铁接触面，增加工件直接受热面，同时保证两端面的加热均匀性。

锻件进炉加热至860℃～880℃，而后进行保温；保温时间为每100mm有效厚度保温1.5～2.0小时。

本实施例所述轮盘专用垫铁有两种，垫铁2是长方体形，支撑截面尺寸为500mm×500mm；垫铁3是一端带圆弧曲面的柱状结构，圆弧曲面几何形状与轮盘锻件外圆周相同，圆弧曲面投影面尺寸为500mm×500mm。垫铁2、3高度都不小于2000mm。

垫铁2、3为整体铸造结构，材料为低碳钢，需具有足够高温强度，确保在不高于950℃条件下具有100吨承重能力。

第二步，将轮盘锻件1移入安装专用淬火导流套的水槽8；

结合现有水槽8、轮盘锻件1及吊具7尺寸，在水槽内部安装轮盘锻件专用淬火冷却导流套(附图中5和6的组合结构)。导流套由两部分组成，第一部分接近水槽底部且是收口结构5，作用是将水槽底部水集中并在底部螺旋桨驱动下提高水流垂直向上速度；第二部分是直筒结构6，作用是引导集中向上的水流，避免其向外发散，损失流速。两部分都可选用厚度不小于20mm的Q235钢板制造，并通过螺钉、螺栓连接而成。

导流套收口结构5大口端需要将水槽底部所有入水口包含在内，收口斜边与水平面保持锐角，小口端直径根据工件及吊具尺寸设计并留出一定间隙。本实施例中收口结构尺寸大口端直径斜边与水平面呈45°锐角，小口端直径

导流套直筒结构6内径尺寸与收口结构小口端保持一致，高度需根据水槽、工件及吊具尺寸设计。本实施例中直筒内径高度至少5500mm。

保温结束后，打开炉盖，通过两点吊具7将轮盘锻件1沿外圆周法线方向垂直吊入安装专用淬火导流套的水槽8中。

第三步，对轮盘锻件1进行淬火冷却；

淬火冷却时，将水槽8循环系统打开，同时导流套将水槽底部所有进入水槽的水集中，并形成向上的水流，对垂直吊入的轮盘锻件1表面进行冲刷，消除淬火冷却盲区。当锻件温度冷却至不高于100℃时，将锻件1从水槽8吊出，淬火冷却结束。

第四步，将轮盘锻件1沿外圆周面垂直置于专用垫铁2、3上，并在炉7中进行回火处理；

淬火结束，将轮盘锻件1沿外圆周面垂直置于专用垫铁2、3上进行回火处理，减少工件与垫铁接触面，增加工件直接受热面，同时保证两端面的加热均匀性。

回火处理温度为600～620℃，保温时间为每100mm有效厚度保温1.5～2.0小时。

本发明的技术方案较目前常规技术方案可获得下述效果：

1)锻件热处理保温时，均热时间(从热处理加热炉炉温全部达到保温温度开始，到工件表面温度到达保温温度结束的时间)由原来的5小时缩短至不超过1小时。

2)锻件淬火冷却时，不同取样位置平均冷却速率差值由原来的0.70℃/s调整到不大于0.10℃/s，显著提高了冷却均匀性。

3)锻件淬火冷却时，上端面芯部平均冷却速度由原来的约0.30℃/s提高至1.00℃/s，锻件冷却速度可提升至3倍以上。

4)锻件不同取样位置强度差值可由原来的不大于70MPa降低至不大于55MPa，锻件整体性能的均匀性明显提高。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。