25X2H4MфA合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法与流程

本发明涉及一种转轴锻件芯部屈服强度≥535mp，抗拉强度≥640mp,且冲击韧性akv≥80j,fatt50≤0℃的25x2h4mфa合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法，属汽轮发电机高速运转零件制造领域。

背景技术：

转轴锻件是稳定汽轮发电机高速运转的重要零件。随着技术的进步，现代发电设备正在向高参数、大容量和高效率的方向发展，高端转轴锻件由于锻造报废风险较高，热处理性能不稳定，这是目前行业内一直存在的“瓶颈”，大部分高端转轴都是有国外进口。

技术实现要素：

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种转轴锻件芯部屈服强度≥535mp，抗拉强度≥640mp,冲击韧性akv≥80j,fatt50≤0℃且热处理性能稳定、合金钢大型转轴锻件的合格率高、生产成本低的25x2h4mфa合金钢大型汽轮机转轴锻件及制备方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明在技术指标的设计上，选择牌号为25x2h4mφa钢锭作为大型转轴锻件的材料，其化学成分：c0.21～0.29、si≤0.37、mn0.25～0.55、s，p≤0.015、cr1.50～1.90、ni3.25～4.00、mo0.25～0.55、v0.08～0．15、cu≤0.25；机械性能为：

但是：一是由于25x2h4mфa材料的ni含量高，所以转轴锻件的白点敏感性也很高，因此，在生产过程中极易产生白点而造成转轴锻件报废；二是25x2h4mфa大型转轴锻件的合金元素含量高，锻件轴身尺寸直径大，锻件锻后容易造成偏析、疏松、粗晶等缺陷，给锻造造成很大的难度；三是25x2h4mфa转轴锻件直径大，锻后普通的正回火热处理无法消除混晶、粗晶现象，需要采取特殊热处理来消除混晶组织，细化晶粒度。

1、本发明的创新点在于：

1）由于25x2h4mфa材料的ni含量高，所以转轴锻件的白点敏感性也很高，因此，在生产过程中极易产生白点而造成转轴锻件报废。为防止白点的产生，首先从原材料入手，选择优质炉料，采用钢包精炼炉，真空碳脱氧（vc）和真空脱气的双真空真空冶炼浇注的钢锭，确保转轴锻件原材料的纯净度。

2）化学成分优化：

本材质传统调质热处理为油淬，创新工艺为水淬，故c控制在0.21～0.25%，cr控制为1.50～1.80，ni控制为3.25～3.50，mo控制为0.25～0.40，降低c和cr、ni、mo的含量可以有效防止产品淬裂，降低合金元素含量，节约原材料成本。优化后的化学成如下：c0.21～0.25、si≤0.37、mn0.25～0.55、s，p≤0.015、cr1.50～1.80、ni3.25～3.50、mo0.25～0.40、v0.08～0．15、cu≤0.25。

3）锻造工艺改进：

（1）锻造工艺变形图图1所示：钢锭1250℃保温8小时后如下图压钳把、倒棱、切水口，完工后返炉加热至1270℃。

（2）钢锭1270℃保温12h后出炉，在3150吨压机用弧面上镦粗帽和ø1000漏盘镦粗至图1尺寸，取出用平面上墩板和旋转工作台径向压扁方（单边压下量450mm）,再拔长锻至图2尺寸，照此工艺两镦两拔,返炉。

（3）钢锭保温1250℃保温4.5h后出炉，拔长锻至图3尺寸，并用上平、下三角剁刀号印分料，返炉。

（4）钢锭1270℃保温4.5h后出炉，拔长两端至如图4尺寸，返炉。

（5）钢锭1220℃保温3h后出炉，先拔长滚锻出一端台阶，调头滚锻另一端台阶，最后滚锻中间大台阶，并精整各处校直成型，冒口、水口余料剁掉，完工。如图5。

3）转轴锻件锻后热处理：25x2h4mфa转轴锻件直径大，锻后普通的正回火热处理无法消除混晶、粗晶现象，需要采取特殊热处理来消除混晶组织，细化晶粒度。本工艺采取三次过冷两次正火，热装炉待料≤60℃/h加热到650℃/h，保温10h，≤25℃炉冷至200℃保温8h，升温至650℃等温5h，升温至910℃保温20h，使组织完全奥氏体化，消除混晶，风冷至低于200℃，200℃保温8h，升温至860℃保温20h，雾冷至低于200℃，保温8h，升温至650℃保温40h，进行扩氢处理，≤25℃/h炉冷至200℃出炉空冷。具体锻后热处理工艺详见图２。

4）转轴锻件调质热处理：25x2h4mфa转轴锻件客户性能要求高，芯部试样需要达到屈服强度≥535mp，抗拉强度≥640mp,且冲击韧性akv≥80j,fatt50≤0℃，普通的调质热处理无法稳定的达到客户要求，需要采取本发明的调质热处理工艺才能满足客户要求。即采取两次等温升温速度≤60℃/h至850℃保温18小时，时组织完全奥氏体化，水冷50分钟出水，待表面温度达到300℃入水，再水冷30分钟出水，回火150～180℃等温10h，使残余奥氏体充分转变，≤30℃/h升温至610℃，控制升温速度，减小升温时芯部的拉应力，610℃保温36h，快速风冷至400℃，加快脆性转变区，防止产生回火脆性，400℃保温10h，≤25摄氏度炉冷。

本发明与背景技术相比，一是通过优化优质的钢锭材料成分配比，使产品满足了高强度、高韧性要求；二是锻造工艺设计，避免造成锻件偏析、疏松、粗晶等缺陷；三是锻后热处理工艺设计，消除混晶组织，细化晶粒度；四是调质热处理工艺设计，满足客户高强度、高冲击韧性等各项性能指标。

附图说明

图1是本发明锻造工艺变形示意图。

图2是本发明钢锭粗镦后再拔长锻至尺寸示意图。

图3是本发明钢锭保温1250℃、保温4.5h后出炉，拔长锻至尺寸示意图。

图4是本发明钢锭1270℃保温4.5h后出炉，拔长两端至如下尺寸示意图。

图5是本明钢锭1220℃保温3h后出炉，先拔长滚锻出一端台阶，调头滚锻另一端台阶，最后滚锻中间大台阶，并精整各处校直成型示意图。

图6是本发明锻后热处理工艺示意图。

图7是本发明调质热处理工艺示意图。

图8是大型转轴锻件交货尺寸示意图。

具体实施方式

实施例1：一种25x2h4mфa合金钢大型汽轮机转轴锻件，其特征是质量百分比：c0.21～0.25、si≤0.37、mn0.25～0.55、cr1.50～1.80、ni3.25～3.50、mo0.25～0.40、v0.08～0．15、cu≤0.25、s和p≤0.015、余下是铁。

实施例2：在实施例1的基础上，c0.24、si≤0.29、mn0.28、cr1.71、ni3.45、mo0.38、v0.10、cu0.05、s0.005、p0.007，上述成份的误差控制在±0.05左右。

实施例3：参照附图1-8。

1、转轴锻件原材料选择优质炉料，采用钢包精炼炉，真空碳脱氧（vc）和真空脱气的双真空真空冶炼浇注的钢锭，经过化学成分优化，化验后钢锭成分：c0.24、si≤0.29、mn0.28、cr1.71、ni3.45、mo0.38、v0.10、cu0.05、s0.005、p0.007。

2、25x2h4mфa转轴锻件锻造工艺：锻造工艺变形图如图1所示：

（1）钢锭1250℃保温8小时后如下图压钳把、倒棱、切水口，完工后返炉加热至1270℃。

（2）钢锭1270℃保温12h后出炉，在3150吨压机用弧面上镦粗帽和ø1000漏盘镦粗至图1尺寸，取出用平面上墩板和旋转工作台径向压扁方（单边压下量450mm）,再拔长锻至图2尺寸，照此工艺两镦两拔,返炉。

（3）钢锭保温1250℃保温4.5h后出炉，拔长锻至如图3尺寸，并用上平、下三角剁刀号印分料，返炉。

（4）钢锭1270℃保温4.5h后出炉，拔长两端至如下尺寸，返炉。如图4。

（5）钢锭1220℃保温3h后出炉，先拔长滚锻出一端台阶，调头滚锻另一端台阶，最后滚锻中间大台阶，并精整各处校直成型，冒口、水口余料剁掉，完工。如图5。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。