本發(fā)明涉及一種大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件。

背景技術(shù)：

水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件是水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵承載部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鑄鍛件尺寸大、重量大，鍛造成形工藝難度極大，易產(chǎn)生偏析、裂紋等缺陷，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)很高。本發(fā)明主要是針對500MW級以上的水輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)主軸鍛件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)異及性能穩(wěn)定的大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件。

為了達(dá)到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件，澆注鍛件鋼錠的鋼水熔煉成分和鍛件成品成分由下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成：

碳≤0.22％，且≠0；

硅≤0.35％，且≠0；

錳：1.00～1.35％；

磷≤0.025％，且≠0；

硫≤0.01％，且≠0；

鉻≤0.25％，且≠0；

鎳≤0.90％，且≠0；

鉬≤0.08％，且≠0；

銅≤0.05％，且≠0；

碳當(dāng)量≤0.52％，

其中碳當(dāng)量C_eq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述的大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件的≥80t；直徑≥3000mm，長度≥5000mm。如某電站主軸鍛件尺寸為Φ4000×Φ2520×H7442mm，凈重110t；某電站主軸鍛件尺寸為Φ3500×Φ3200×H5900mm，凈重約124t。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，主軸鍛件的厚度≤200mm時(shí)，屈服強(qiáng)度≥265MPa；抗拉強(qiáng)度≥515MPa；斷后伸長率≥24％；斷面收縮率≥40％；沖擊吸收能量≥30J；冷彎(d＝40mm、α＝180°)：無裂紋；

200mm＜主軸鍛件的厚度≤300mm時(shí)，屈服強(qiáng)度≥265MPa；抗拉強(qiáng)度≥515MPa；斷后伸長率≥22％；斷面收縮率≥37％；沖擊吸收能量≥30J；冷彎(d＝40mm、α＝180°)：無裂紋；

300mm＜主軸鍛件的厚度≤500mm時(shí)，屈服強(qiáng)度≥265MPa；抗拉強(qiáng)度≥515MPa；斷后伸長率≥21％；斷面收縮率≥35％；沖擊吸收能量≥30J；冷彎(d＝40mm、α＝180°)：無裂紋。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件在于對主軸鍛件進(jìn)行超聲波探傷(UT)、磁粉探傷(MT)或液體滲透探傷(PT)及目視(VT)等無損檢測，檢測項(xiàng)目及驗(yàn)收要求符合下表規(guī)定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果：

大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件的屈服強(qiáng)度≥265MPa；抗拉強(qiáng)度≥515MPa；斷后伸長率≥21％；斷面收縮率≥35％；沖擊吸收能量≥30J；冷彎(d＝40mm、α＝180°)：無裂紋。

附圖說明

圖1為軸身I鍛件取樣位置示意圖；

圖2為軸身II鍛件取樣位置示意圖；

圖3為法蘭I鍛件取樣位置示意圖；

圖4為法蘭II鍛件取樣位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述和說明。

1、大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸鍛件的制造步驟如下：

1.1冶煉：鍛件用鋼錠采用電爐冶煉加爐外精煉后真空澆注。

1.2鍛造：鋼錠的水口、冒口端應(yīng)有足夠的切除量；在有足夠能力的鍛壓機(jī)上鍛造，使鍛件整個(gè)截面得到充分的塑性變形，鍛造比大于3.5，使鍛件接近成品的形狀和尺寸，鍛件與鋼錠的中心線應(yīng)重合良好。

1.3性能熱處理：鍛件鍛造后進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火加回火處理，以保證鍛件獲得均勻的組織和性能，回火溫度不低于600℃。

1.4無損檢測：在不同的狀態(tài)和時(shí)機(jī)分別對主軸鍛件的不同檢測區(qū)域進(jìn)行超聲波探傷(UT)、磁粉探傷(MT)或液體滲透探傷(PT)及目視(VT)等無損檢測。

1.5缺陷焊補(bǔ)

1.6組焊：焊接前，對鍛件(或鋼板)進(jìn)行理化、探傷及尺寸檢驗(yàn)，選用與鍛件同等力學(xué)性能的焊材。

采用窄間隙埋弧焊。

焊接后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理，退火溫度宜低于性能熱處理回火溫度30℃～50℃，且不得高于580℃。

對焊縫區(qū)域及其熱影響區(qū)域進(jìn)行無損檢測。

2、檢驗(yàn)規(guī)則和試驗(yàn)方法

2.1取樣時(shí)機(jī)：在鍛件性能熱處理后取樣。

2.2取樣位置、尺寸及數(shù)量

2.2.1分段鍛件和整段鍛件

2.2.1.1取樣位置見圖1-4，規(guī)定如下：

a)當(dāng)鍛件壁厚≤180mm時(shí)，試樣軸向中心線在鍛件壁厚1/2處；當(dāng)鍛件壁厚＞180mm時(shí)，試樣軸向中心線距鍛件外圓(及內(nèi)圓)表面距離L≥90mm；

b)試樣徑向中心線距鍛件端面距離L≥90mm；

c)軸向試樣允許在螺栓把合孔套料。

2.2.1.2試樣尺寸及數(shù)量如1-4和表1所示。

表1分段鍛件和整段鍛件試樣數(shù)量、試驗(yàn)項(xiàng)目及數(shù)量

2.3化學(xué)成分分析

對澆注鍛件鋼錠的鋼水進(jìn)行熔煉化學(xué)成分分析和對鍛件成品進(jìn)行化學(xué)成分分析。成品化學(xué)成分分析在力學(xué)性能試樣上取樣，應(yīng)符合GB/T 20066規(guī)定?；瘜W(xué)成分分析按GB/T 223、GB/T 4336規(guī)定執(zhí)行。澆注鍛件鋼錠的鋼水熔煉成分分析和鍛件成品成分分析如表2所示。

表2化學(xué)成分

2.4力學(xué)性能試驗(yàn)

2.4.1拉伸試驗(yàn)按GB/T 228.1規(guī)定進(jìn)行。

2.4.2沖擊試驗(yàn)按GB/T 229規(guī)定進(jìn)行。

2.4.3彎曲試樣截面尺寸為13mm×25mm，長度≥200mm，倒角半徑≤2mm，表面粗糙度Ra值達(dá)到0.8μm。彎曲試驗(yàn)按GB/T 232規(guī)定進(jìn)行。

鍛件的力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 20MnSX鍛件力學(xué)性能

2.5無損檢測

在不同的狀態(tài)和時(shí)機(jī)分別對主軸鍛件的不同檢測區(qū)域進(jìn)行超聲波探傷(UT)、磁粉探傷(MT)或液體滲透探傷(PT)及目視(VT)等無損檢測，檢測項(xiàng)目及驗(yàn)收要求符合表4規(guī)定。

表4無損檢測

實(shí)施例1：

澆注鍛件鋼錠的鋼水進(jìn)行熔煉化學(xué)成分分析和對鍛件成品進(jìn)行化學(xué)成分分析如下：碳0.19％、硅0.28％、錳1.27％、磷0.01％、硫0.007％、鉻0.22％、鎳0.35％、鉬0.06％、銅0.04％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。電站主軸鍛件尺寸為Φ3500×Φ3200×H5900mm，凈重約124t，對應(yīng)的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度347MPa，抗拉強(qiáng)度545MPa，斷后伸長率29.5％，斷面收縮率73％，沖擊吸收能量116J。

實(shí)施例2：

澆注鍛件鋼錠的鋼水進(jìn)行熔煉化學(xué)成分分析和對鍛件成品進(jìn)行化學(xué)成分分析如下：碳0.21％、硅0.29％、錳1.21％、磷0.016％、硫0.009％、鉻0.22％、鎳0.28％、鉬0.05％、銅0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。電站主軸鍛件尺寸為Φ3500×Φ3200×H5900mm，凈重約124t，對應(yīng)的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度340MPa，抗拉強(qiáng)度544MPa，斷后伸長率29％，斷面收縮率70％，沖擊吸收能量82J。

實(shí)施例3：

澆注鍛件鋼錠的鋼水進(jìn)行熔煉化學(xué)成分分析和對鍛件成品進(jìn)行化學(xué)成分分析如下：碳0.21％、硅0.23％、錳1.25％、磷0.011％、硫0.005％、鉻0.23％、鎳0.29％、鉬0.05％、銅0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。電站主軸鍛件尺寸為Φ3500×Φ3200×H5900mm，凈重約124t，對應(yīng)的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度390MPa，抗拉強(qiáng)度572MPa，斷后伸長率27％，斷面收縮率69％，沖擊吸收能量104J。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。