大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析.doc

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大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析 大型電站轉(zhuǎn)子是當(dāng)前大型鍛件中比較有代表性的技術(shù)密集型產(chǎn)品，它具有重量大、體積大、質(zhì)量要求高、生產(chǎn)周期長、冶金缺陷較多、以及生產(chǎn)難度高等特征。是尖端鍛造技術(shù)的代表。隨著我國電力行業(yè)，尤其是火電行業(yè)的快速發(fā)展，對電站核心設(shè)備之一的轉(zhuǎn)子鍛件無論是數(shù)量和質(zhì)量需求都大幅增加。因此，進一步探索轉(zhuǎn)子鍛造工藝，提高其產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)是十分緊迫的任務(wù)。本文中，筆者立足于自身多年從事金屬材料研究及鍛造工藝研究的實際經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)理論，就大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝做簡要分析。 電站轉(zhuǎn)子通常是指發(fā)電機或汽輪機上的大軸，是電站設(shè)備，尤其是火電和核電站設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，火電和核電設(shè)備需求越來越大，對轉(zhuǎn)子的重量和尺寸的要求越來越大，數(shù)量要求越來越多、質(zhì)量要求越來越高，這給大型電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)帶來很大的困難。因此，轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)技術(shù)水平也代表了整個大型軸類鍛件的整體生產(chǎn)水平，并且在一定程度上反映著我國機械裝備工業(yè)的水平。自建國以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國的鍛壓技術(shù)取得了較大的發(fā)展，先后開發(fā)出了：KD鍛造法、WHF鍛造法、JTS鍛造法等鍛件鍛造方法。 轉(zhuǎn)子制造概述。 電站轉(zhuǎn)子是火電設(shè)備的四大鍛件之一，是一個知識技術(shù)高度密集型的產(chǎn)品。上個世紀(jì)八十年代以前，我國電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)制造水平較低，主要以進口為主。后來隨著鋼包精煉（LF）電渣重熔（ESR）等新工藝的出現(xiàn)，以及有限元數(shù)值模擬、凝固結(jié)晶軟件的應(yīng)用，鋼錠的致密性大大提高。高密度、高質(zhì)量的大型鋼錠制造成為可能，我國才開始自主制造電站轉(zhuǎn)子。隨著電站規(guī)模的不斷增大，對電站轉(zhuǎn)子的重量和尺寸要求不斷增大，目前最大電站轉(zhuǎn)子的直徑已經(jīng)增加到2830MM，轉(zhuǎn)子用鋼錠也已增加到600T。隨著鋼錠的重量增加，其內(nèi)部缺陷也增多，對鍛造質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格。為此，鍛造工作者做了大量的工作，提出了許多行之有效的鍛造方法，對電站轉(zhuǎn)子的鍛造工藝不斷進行研究和改進。 轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析。 2.1.轉(zhuǎn)子鍛造的現(xiàn)行工藝。 我國目前的轉(zhuǎn)子鍛造以第一重型機器廠為主要代表，該廠自上個世紀(jì)八十年代開始鍛造轉(zhuǎn)子以來，在對國外技術(shù)進行消化、吸收的基礎(chǔ)上提出了KD鍛造法。目前，該廠的轉(zhuǎn)子鍛造普遍采用三次鐓粗三次WHF法，兩次JTS法和一次KD法的鍛造工藝。 2.2.現(xiàn)行轉(zhuǎn)子鍛造工藝中需要探討的問題。 筆者認(rèn)為，現(xiàn)行轉(zhuǎn)子鍛造工藝需要探討的問題主要有三個。第一、三次鐓粗及拔長的作用和目的的區(qū)別；第二、后繼工序的開展是否會消弱前道工序產(chǎn)生的鍛合效果；第三、混晶及柱狀晶的消除和晶粒的細(xì)化與鍛造工藝的聯(lián)系程度。 轉(zhuǎn)子鍛造的新工藝探討。 筆者認(rèn)為，由于受到高溫潮濕的工作環(huán)境、高速旋轉(zhuǎn)的離心力、自重和傳遞扭矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的綜合影響，對轉(zhuǎn)子鍛件的質(zhì)量要求較高。由此。為了保證轉(zhuǎn)子安全和可靠運行，在實際鍛造中，一般采用多種鍛造方法對鍛件進行反復(fù)鐓粗、拔長和中心壓實、以確保鋼錠中的鑄態(tài)組織被破碎、碳化物及夾雜的重新分布、晶粒度的細(xì)化、同時達到鍛合鑄件內(nèi)部孔隙和微裂紋的目的，保證對轉(zhuǎn)子密度和強度的質(zhì)量要求。 3.1.工藝設(shè)計準(zhǔn)則。 從外形上看，電站轉(zhuǎn)子是多階的軸類鍛件。由于其工作環(huán)境情況復(fù)雜惡劣（高溫高壓），所以對其質(zhì)量要求非常高。在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過程中，出于質(zhì)量控制的需要，要檢驗的項目很多，為了滿足這些質(zhì)量要求，鍛造是其中非常關(guān)鍵的程序，因此，也是造成鍛造工藝非常復(fù)雜的原因。 轉(zhuǎn)子鍛造工藝設(shè)計具有經(jīng)驗性、綜合性以及創(chuàng)造性等特征，所以很難用一個數(shù)學(xué)模型來表示和求解。但是工藝設(shè)計時可以遵循一定的原則，根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀、尺寸大小以及技術(shù)要求，結(jié)合生產(chǎn)條件、設(shè)備狀況以及技術(shù)水平等生產(chǎn)中的實際情況，力求最大限度做到經(jīng)濟合理、技術(shù)可靠，以確保合理指導(dǎo)生產(chǎn)。在工藝設(shè)計制訂中，工序方案設(shè)計和工藝參數(shù)確定是最為重要且難度最大的環(huán)節(jié)。 第一、鍛造作用準(zhǔn)則的設(shè)計，根據(jù)技術(shù)要求，筆者個人認(rèn)為，鍛造作用準(zhǔn)則可分為三個階段， 首先，破碎鋼錠的鑄造組織，滿足力學(xué)性能指標(biāo)要求。這一準(zhǔn)則實際操作中主要是通過一次鐓粗或者鐓粗拔長鐓粗這樣一個過程來達成。 其次，鍛合鑄件內(nèi)部孔隙及微裂紋，滿足超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)要求。這一準(zhǔn)則實際操作中主要是通過LZ法和新FM法進行一次拔長來實現(xiàn)。 最后，混晶控制及細(xì)化晶粒度，為熱處理作準(zhǔn)備。這一準(zhǔn)則主要是通過熱力學(xué)參數(shù)控制來實現(xiàn)。 第二、全局工藝優(yōu)化準(zhǔn)則路線。轉(zhuǎn)子鍛造的階段性作用理清以后，為實現(xiàn)各階段變形機制的無縫連接，就必須要從全局出發(fā)，進行工藝的優(yōu)化組合。 首先，破碎鋼錠鑄造組織的變形階段，拔長要采用錐形板鐓粗和新FM法、LZ鍛造法相結(jié)合的方法。 其次，在焊合內(nèi)部孔隙的變形階段，可以采用LZ法或者新FM法進行拔長，但是要確保一次拔長能夠?qū)崿F(xiàn)焊合內(nèi)部孔隙。此過程中可以根據(jù)實際需要加用JTS法，但是在采用此法后禁止再有平板鐓粗工序。 再次，在采用LZ法和新FM法時，要十分注意砧寬比、料寬比以及下壓率三個重要參數(shù)的合理匹配，保證不出現(xiàn)拉應(yīng)力。 第四，混晶的消除可以采用高溫和低溫停鍛兩種工藝。 第五，主變形階段的毛坯加熱要保證在1250攝氏度1270攝氏度之間，并且要確保保溫時間夠長，以實現(xiàn)偏析擴散和孔隙的焊合。 3.2.工藝設(shè)計方法。 工藝設(shè)計方法的內(nèi)容很多，筆者在此就其中的工序方案設(shè)計和工藝參數(shù)確定兩個方面做簡要分析。 首先，工序方案的設(shè)計。拔長是軸類鍛件鍛造的主要工序，當(dāng)鋼錠直接拔長或者橫向機械性能要求增加時，需要選用校核過的設(shè)備來增加中間鐓粗工序。而對于橫切面積尺寸大，中心部位質(zhì)量要求較高的轉(zhuǎn)子，除了增加中間鐓粗工序，還要求有中心壓實法，中心壓實法主要有JTS法、FM法。而對于具有晶體遺傳傾向的低壓轉(zhuǎn)子，需要特別增加一道鍛造控制工序來消除晶粒遺傳現(xiàn)象。 其次，工藝參數(shù)的確定。鐓粗和拔長是目前轉(zhuǎn)子鍛造中的兩個主要工序，根據(jù)新的鍛造理論，如果鐓粗和拔長參數(shù)不合理，會產(chǎn)生拉應(yīng)力，這對大型轉(zhuǎn)子鍛件生產(chǎn)的負(fù)面影響是很大的。因此，必須要選擇合理的參數(shù)。以600MW低壓轉(zhuǎn)子參數(shù)選取為例：第一、鐓粗參數(shù)選擇。一般情況下，鐓粗比為h0/h=22.25，鐓粗后高徑比為h/h=0.80.85.；第二，拔長工藝參數(shù)選擇。在當(dāng)前的大型電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)中，拔長參數(shù)主要集中在砧寬比、料寬比以及壓下率三個方面。在拔長過程中，必須要三個參數(shù)合理匹配才能保證砧寬比和料寬比符合既定限制條件。在壓下過程中合理的砧寬比應(yīng)該保持在0.851.06之間，這樣可保證不出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力；料寬比保持在0.851.18之間，可保證不出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力；壓下率首次取值為10.5%，以后則每次均取值為20%，即可滿足砧寬比、料寬比的合理匹配要求。 3.3.砧寬的選擇。 在鍛造過程中為了有效提高轉(zhuǎn)子的鍛件質(zhì)量和改善鋼錠中心的鍛透性，大型鍛件的鍛造一般是采用寬砧進行鍛造。砧子的外形和尺寸則是事先進行過一系列嚴(yán)格的實驗確定的。大型軸類鍛件的變形主要是采用拔長來完成。據(jù)國外相關(guān)資料介紹，砧寬和鍛件直接比例最為理想的比值為0.60.8之間，最低也不能小于0.4。一旦小于0.4，鍛件心部就會因為拉應(yīng)力的產(chǎn)生而出現(xiàn)裂紋。目前國內(nèi)主要鍛件生產(chǎn)廠家在這一比例的選擇上，有的認(rèn)為大于0.67較合適，有的廠家則將這一比例控制在0.460.63之間。 轉(zhuǎn)子是電站的核心設(shè)備之一，其特殊的工作環(huán)境和性能要求使得其鍛造即是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，同時也是一個知識技術(shù)高度密集的鍛造工作?；诓煌?jīng)濟社會發(fā)展時期對電站轉(zhuǎn)子制造要求的不同，及在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過程中，冶煉和熱處理工藝技術(shù)的不斷進步，改進和創(chuàng)新轉(zhuǎn)子鍛造的技術(shù)和工藝流程，達到實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鍛造技術(shù)不斷進步，滿足社會發(fā)展對電力行業(yè)要求的有效手段。當(dāng)前我國經(jīng)濟社會的發(fā)展給水電、火電以及核電的發(fā)展帶來了巨大的需求，這必將給電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)從數(shù)量和質(zhì)量兩個方面帶來新的要求，為滿足這一需求的變化，我國轉(zhuǎn)子生產(chǎn)企業(yè)要從工藝優(yōu)化入手，結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和國外先進生產(chǎn)技術(shù)，改進電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)工藝的不足之處，提高生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量，以保證我國社會發(fā)展對電力行業(yè)的需要。 第 6 頁 共 6 頁