本發(fā)明涉及一種熱處理方法，具體涉及一種ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件調(diào)質(zhì)熱處理方法。

背景技術(shù)：

ACP1000核電焊接低壓轉(zhuǎn)子鍛件是百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組的關(guān)鍵零部件，技術(shù)含量高，加工周期長(zhǎng)，對(duì)工藝裝備要求嚴(yán)格，屬于技術(shù)和資金密集型產(chǎn)品，其質(zhì)量和水平直接影響成套裝備的總體水平和可靠性。ACP1000核電焊接低壓轉(zhuǎn)子鍛件最大交貨直徑達(dá)左右，較火電百萬級(jí)低壓轉(zhuǎn)子鍛件最大交貨直徑增加近60％，制造難度大幅提升。

ACP1000核電低壓焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件由25Cr2Ni2MoV鋼鍛制，熱處理外形尺寸為重量約為89噸，需要在工件上下端面近外圓周表面及端面芯部進(jìn)行取樣及力學(xué)性能檢驗(yàn)(詳見附圖1示)，且不同取樣位置屈服強(qiáng)度偏差不超過55MPa。而目前百萬級(jí)火電低壓轉(zhuǎn)子鍛件，不同取樣位置強(qiáng)度均勻性偏差為不超過70MPa。ACP1000核電低壓焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件具有直徑大、噸位重、取樣位置多、力學(xué)性能及其均勻性要求高等特點(diǎn)，這對(duì)調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)鍛件不同部位加熱、冷卻及其均勻性提出了更高的要求。

目前圓餅類鍛件調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)，一般采用圓端面水平放置于條形墊鐵上的方式進(jìn)爐加熱，隨后以水平方式進(jìn)入水槽淬火冷卻。由于熱處理爐加熱特點(diǎn)及墊鐵等工裝的影響，水平放置將會(huì)導(dǎo)致工件下端與墊鐵接觸的面直接受熱面遠(yuǎn)小于上端面，進(jìn)而造成加熱的不均勻。淬火冷卻時(shí)，由于水槽內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只有周向及垂直方向的水流，大直徑餅狀結(jié)構(gòu)鍛件的上端面芯部區(qū)域的水流速度垂直分量幾乎為零，而下端面及外圓周面水流速度較快，易形成上端面芯部淬火冷卻盲區(qū)及上端面芯部與下端面芯部、外圓周面的冷速差。工件不同部位加熱及冷卻程度及差異，一方面關(guān)系到取樣位置力學(xué)性能是否能夠合格，另一方面直接影響不同取樣位置的力學(xué)性能的均勻性。

除了調(diào)質(zhì)熱處理淬火及回火加熱溫度均勻性直接影響鍛件性能的均勻性外，通過對(duì)25Cr2Ni2MoV材料研究可知，調(diào)質(zhì)熱處理淬火冷卻速度與力學(xué)性能亦有密切關(guān)系，即冷速越快、強(qiáng)度及韌性指標(biāo)越好，所以獲得較快及均勻的淬火冷卻速度亦是提高鍛件性能指標(biāo)及均勻性的可行途徑。

針對(duì)超大直徑、大噸位、取樣位置多及力學(xué)性能均勻性要求高的圓餅類鍛件，要獲得均勻的加熱溫度，較快及均勻的冷卻速度是一技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件熱處理方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中輪盤鍛件熱處理加熱、冷卻效果不佳，鍛件實(shí)際冷速較慢的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件熱處理方法，用于對(duì)外形尺寸不小于的輪盤鍛件進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：

第一步，輪盤鍛件沿外圓周面垂直置于柱狀墊鐵，并在熱處理爐中加熱保溫；

輪盤鍛件沿外圓周面垂直置于輪盤鍛件專用柱狀墊鐵，可減少鍛件與墊鐵接觸面，增加鍛件直接受熱面，同時(shí)保證兩端面的加熱均勻性。

鍛件進(jìn)爐加熱至860℃～880℃，而后進(jìn)行保溫；保溫時(shí)間為每100mm有效厚度保溫1.5～2.0小時(shí)。

所述輪盤專用柱狀墊鐵，高度不小于2000mm，支撐方形截面或曲面投影面尺寸為500×500mm，圓弧曲面幾何形狀與輪盤鍛件外圓周面相同，所用材料為低碳鋼。

第二步，將輪盤鍛件移入安裝有淬火導(dǎo)流套的水槽；

結(jié)合現(xiàn)有水槽、輪盤鍛件及吊具尺寸，在水槽內(nèi)部安裝輪盤鍛件專用淬火冷卻導(dǎo)流套。淬火冷卻導(dǎo)流套由上下兩部分組成，位于下方的第一部分接近水槽底部且是收口結(jié)構(gòu)，作用是將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結(jié)構(gòu)，作用是引導(dǎo)集中向上的水流，避免其向外發(fā)散，損失流速。兩部分都可選用厚度不小于20mm的Q235鋼板制造，并通過螺釘、螺栓連接。

收口結(jié)構(gòu)大口端需要將水槽底部所有入水口包含在內(nèi)，收口斜邊與水平面保持銳角，小口端直徑根據(jù)工件及吊具尺寸設(shè)計(jì)并留出一定間隙。具體實(shí)施方式中，可采用收口結(jié)構(gòu)尺寸大口端直徑斜邊與水平面呈45°銳角，小口端直徑

直筒結(jié)構(gòu)內(nèi)徑尺寸與收口結(jié)構(gòu)小口端保持一致，高度需根據(jù)水槽、工件及吊具尺寸設(shè)計(jì)。具體實(shí)施方式中，可采用直筒內(nèi)徑高度至少5500mm。

鍛件保溫結(jié)束后，通過吊具將輪盤鍛件沿外圓周法線方向垂直吊入水槽中。

第三步，對(duì)鍛件進(jìn)行淬火冷卻；

淬火冷卻時(shí)，將水槽循環(huán)系統(tǒng)打開，同時(shí)導(dǎo)流套將水槽底部所有進(jìn)入水槽的水集中，并形成向上的水流，對(duì)垂直吊入的輪盤鍛件表面進(jìn)行沖刷，消除淬火冷卻盲區(qū)。當(dāng)鍛件溫度冷卻至不高于100℃時(shí)，將鍛件從水槽吊出，淬火冷卻結(jié)束。

第四步，將輪盤鍛件沿外圓周面垂直置于柱狀墊鐵上，并在爐中進(jìn)行回火處理；

淬火結(jié)束，將鍛件沿外圓周面垂直置于專用柱狀支撐墊鐵進(jìn)行回火處理，減少工件與墊鐵接觸面，增加工件直接受熱面，同時(shí)保證兩端面的加熱均勻性。

回火處理溫度為600～620℃，保溫時(shí)間為每100mm有效厚度保溫1.5～2.0小時(shí)。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：

本發(fā)明的熱處理方法將輪盤鍛件沿外圓周面垂直置于輪盤鍛件專用柱狀墊鐵，可減少鍛件與墊鐵接觸面，增加鍛件直接受熱面，同時(shí)保證兩端面的加熱均勻性。

本發(fā)明的熱處理方法結(jié)合輪盤鍛件專用淬火冷卻導(dǎo)流套，采用垂直加熱及冷卻鍛件的熱處理方法，達(dá)到提升鍛件冷速、提高加熱及冷卻均勻性的目的，以保證輪盤鍛件不同位置(見附圖1)均能受到快速水流的沖刷作用，從而獲得足夠快的冷卻速度，避免出現(xiàn)冷卻盲區(qū)，顯著改善輪盤鍛件的冷卻效果，從而提高鍛件力學(xué)性能合格率及整體性能的均勻性。

附圖說明

圖1為ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件尺寸及取樣位置示意圖。

圖2a為ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件裝爐圖的剖視圖。

圖2b為圖2a的右視圖。

圖3為ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件淬火冷卻圖。

附圖中符號(hào)標(biāo)記說明：

1為輪盤鍛件；2、3為墊鐵；4為熱處理爐；5為淬火冷卻導(dǎo)流套的收口結(jié)構(gòu)；6為淬火冷卻導(dǎo)流套的直筒結(jié)構(gòu)；7為吊具；8為水槽。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的ACP1000核電焊接轉(zhuǎn)子輪盤鍛件調(diào)質(zhì)熱處理方法，用于對(duì)外形尺寸不小于的輪盤鍛件進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，包括以下步驟：

第一步，將輪盤鍛件1沿外圓周面垂直置于專用墊鐵2、3上，并在熱處理爐3中加熱保溫；

將輪盤鍛件1沿外圓周面垂直置于專用墊鐵2、3上，調(diào)整鍛件1位置，確保鍛件放置平整不傾斜，減少工件與墊鐵接觸面，增加工件直接受熱面，同時(shí)保證兩端面的加熱均勻性。

鍛件進(jìn)爐加熱至860℃～880℃，而后進(jìn)行保溫；保溫時(shí)間為每100mm有效厚度保溫1.5～2.0小時(shí)。

本實(shí)施例所述輪盤專用墊鐵有兩種，墊鐵2是長(zhǎng)方體形，支撐截面尺寸為500mm×500mm；墊鐵3是一端帶圓弧曲面的柱狀結(jié)構(gòu)，圓弧曲面幾何形狀與輪盤鍛件外圓周相同，圓弧曲面投影面尺寸為500mm×500mm。墊鐵2、3高度都不小于2000mm。

墊鐵2、3為整體鑄造結(jié)構(gòu)，材料為低碳鋼，需具有足夠高溫強(qiáng)度，確保在不高于950℃條件下具有100噸承重能力。

第二步，將輪盤鍛件1移入安裝專用淬火導(dǎo)流套的水槽8；

結(jié)合現(xiàn)有水槽8、輪盤鍛件1及吊具7尺寸，在水槽內(nèi)部安裝輪盤鍛件專用淬火冷卻導(dǎo)流套(附圖中5和6的組合結(jié)構(gòu))。導(dǎo)流套由兩部分組成，第一部分接近水槽底部且是收口結(jié)構(gòu)5，作用是將水槽底部水集中并在底部螺旋槳驅(qū)動(dòng)下提高水流垂直向上速度；第二部分是直筒結(jié)構(gòu)6，作用是引導(dǎo)集中向上的水流，避免其向外發(fā)散，損失流速。兩部分都可選用厚度不小于20mm的Q235鋼板制造，并通過螺釘、螺栓連接而成。

導(dǎo)流套收口結(jié)構(gòu)5大口端需要將水槽底部所有入水口包含在內(nèi)，收口斜邊與水平面保持銳角，小口端直徑根據(jù)工件及吊具尺寸設(shè)計(jì)并留出一定間隙。本實(shí)施例中收口結(jié)構(gòu)尺寸大口端直徑斜邊與水平面呈45°銳角，小口端直徑

導(dǎo)流套直筒結(jié)構(gòu)6內(nèi)徑尺寸與收口結(jié)構(gòu)小口端保持一致，高度需根據(jù)水槽、工件及吊具尺寸設(shè)計(jì)。本實(shí)施例中直筒內(nèi)徑高度至少5500mm。

保溫結(jié)束后，打開爐蓋，通過兩點(diǎn)吊具7將輪盤鍛件1沿外圓周法線方向垂直吊入安裝專用淬火導(dǎo)流套的水槽8中。

第三步，對(duì)輪盤鍛件1進(jìn)行淬火冷卻；

淬火冷卻時(shí)，將水槽8循環(huán)系統(tǒng)打開，同時(shí)導(dǎo)流套將水槽底部所有進(jìn)入水槽的水集中，并形成向上的水流，對(duì)垂直吊入的輪盤鍛件1表面進(jìn)行沖刷，消除淬火冷卻盲區(qū)。當(dāng)鍛件溫度冷卻至不高于100℃時(shí)，將鍛件1從水槽8吊出，淬火冷卻結(jié)束。

第四步，將輪盤鍛件1沿外圓周面垂直置于專用墊鐵2、3上，并在爐7中進(jìn)行回火處理；

淬火結(jié)束，將輪盤鍛件1沿外圓周面垂直置于專用墊鐵2、3上進(jìn)行回火處理，減少工件與墊鐵接觸面，增加工件直接受熱面，同時(shí)保證兩端面的加熱均勻性。

回火處理溫度為600～620℃，保溫時(shí)間為每100mm有效厚度保溫1.5～2.0小時(shí)。

本發(fā)明的技術(shù)方案較目前常規(guī)技術(shù)方案可獲得下述效果：

1)鍛件熱處理保溫時(shí)，均熱時(shí)間(從熱處理加熱爐爐溫全部達(dá)到保溫溫度開始，到工件表面溫度到達(dá)保溫溫度結(jié)束的時(shí)間)由原來的5小時(shí)縮短至不超過1小時(shí)。

2)鍛件淬火冷卻時(shí)，不同取樣位置平均冷卻速率差值由原來的0.70℃/s調(diào)整到不大于0.10℃/s，顯著提高了冷卻均勻性。

3)鍛件淬火冷卻時(shí)，上端面芯部平均冷卻速度由原來的約0.30℃/s提高至1.00℃/s，鍛件冷卻速度可提升至3倍以上。

4)鍛件不同取樣位置強(qiáng)度差值可由原來的不大于70MPa降低至不大于55MPa，鍛件整體性能的均勻性明顯提高。

綜上所述，上述各實(shí)施例及附圖僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，皆應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。