水电抽水蓄能机组18MnCrNiMo磁轭整体锻件制造方法与流程

  水电抽水蓄能机组18MnCrNiMo磁轭整体锻件制造方法与流程

  本发明涉及一种水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法,属于水电站设备大型锻件制造技术领域。

  背景技术:

  水电转子磁轭是抽水蓄能机组发电电动机的关键部件,其重量占发电电动机总重的15%,主要作用是产生转动惯量和固定磁极。由于抽水蓄能机组具有启停机频繁、正反转且转速高等特点,运行工况极为恶劣,电机运转时产生巨大的离心力、电磁力均由磁轭本体来承受,因此对磁轭的质量要求很高。

  近年来,随着抽水蓄能机组的容量越来越大,水头越来越高,对转子磁轭的材料提出了更高的要求,转子磁轭以往一直沿用q690等级高强度钢板制造,钢板制造工艺水平较为成熟,但钢板受轧机吨位及钢锭重量的限制,可制造的厚度和外形尺寸有限,磁轭均是多层钢板叠压磁轭,但采用钢板制造磁轭存在废品率高、加工后易错牙、平面度差、局部应力大等缺点,因此,采用钢板制造磁轭还是存在一定的局限性。

  技术实现要素:

  为了克服上述技术上的不足,本发明的目的在于提供了一种水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法,实现了整锻磁轭锻件代替多层钢板叠压磁轭技术。

  本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法其加工步骤为:

  18mncrnimo磁轭整体锻件成分为(按重量%计量):

  c:0.10-0.22,mn:0.40-1.8,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:0.80-2.00,cr:0.30-1.50,mo:0.20-0.50,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  其具体组分为:c:0.10,mn:1.0,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:1.5,cr:0.8,mo:0.3,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  其具体组分为:c:0.22,mn:0.40,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:0.80,cr:0.30,mo:0.20,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  其具体组分为:c:0.16,mn:1.8,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:2.00,cr:1.50,mo:0.50,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  制作方法:

  1、冶炼:锻件用钢水采用电炉冶炼、钢包真空精炼,使用真空碳脱氧方式去除钢水中气体和夹杂物。粗炼钢水采用电炉冶炼,配入优质生铁和返回废钢,保证足够脱碳量以去除钢水中夹杂物,加入白灰造渣,尽可能降低钢水磷含量。粗炼钢水兑入精炼炉时严格卡掉氧化渣,精炼炉采用活性石灰和优质萤石造高碱度精炼渣,采用碳粉扩散脱氧,钢水进行真空脱气处理,在真空状态下碳氧深度反应降低钢水中氧含量。浇注时采用真空上注,在高真空状态下钢水中碳氧进一步深度反应降低氧含量,提高钢水纯净度。

  2、锻造:10000t及以上水压机锻造,水口切除>钢锭锭身重的5%,冒口切除:钢锭整个冒口,锻比:≥5。

  锻造变形过程:

  来锭入炉加热:

  **火次:钢锭整体倒棱拔长φ1350,切除水口弃料(约7.8%),切除整个冒口,锻造比1.47;

  第二火次:镦粗至坯料高度h=770,冲孔,气割清理冲孔毛边,锻造比5.0;

  第三火次:马杠扩孔至壁厚越t=620,锻造比1.61;

  第四火次:平整坯料高度至h=450,锻造比1.71;

  第五火次:马杠扩孔,修整坯料上下面,扩孔精整出成品。锻造比1.32;

  锻件总锻造比>7。

  3、热处理:通过模拟热处理试验,确定了调质热处理工艺参数,淬火冷却方式采用水冷。

  调质热处理加热采用大型电炉,锻件摆放在炉体中间垫铁上,保证加热过程中温度场的均匀性,锻件与垫铁之间垫平、垫实防止产生过大变形。

  低温升温时采用限速升温,因为低温阶段锻件心部还处于弹性状态,过高的温差易造成过大的热应力而导致锻件的开裂可能。

  随着炉温的升高,到相变点前保持一段时间,其目的是减小锻件内外温差;为相变做准备,使相变在锻件的整个截面上均匀地进行,可以避免产生较大的组织应力;减少高温保持时间,避免造成较大的氧化和晶粒粗大。

  当炉温到达相变点温度后,进行均温,均温完成后进入保温阶段,使工件心部温度也达到加热温度,并完成奥氏体转变。

  冷却采用大型循环水水槽进行冷却,更终得到综合机械性能较好的贝氏体组织,防止铁素体析出。

  本发明的有益效果是:相对于钢板而言,锻件具有可制造厚度大、受空间尺寸限制小、材料利用率高等优点,通过合理的成分设计、炼钢工艺、锻造工艺、热处理工艺用18mncrnimo材料制造的整体磁轭锻件能够达到q690等级高强度钢板的实物性能水平,采用锻件制造的磁轭材料利用率高,节约大量的原材料成本和生产制造成本(每台机组可节约成本情况见表1)。目前每年磁轭锻件的需求量至少为6台,可节约制造成本:(42.6+87)×6=777.6万,可节约生产周期:6×6=36天。因此,采用整锻磁轭代替钢板叠压磁轭是未来的发展趋势。

  附图说明

  图1是本发明水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法结构热处理工艺曲线图。

  图2是本发明水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法制造的磁轭各截面屈服强度实测结果图。

  图3是q690钢板叠压磁轭锻件示意图。

  图4是本发明水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法制造的磁轭示意图。

  具体实施方式

  本发明水电抽水蓄能机组18mncrnimo磁轭整体锻件制造方法其加工步骤为:

  18mncrnimo磁轭整体锻件成分为(按重量%计量):

  c:0.10-0.22,mn:0.40-1.8,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:0.80-2.00,cr:0.30-1.50,mo:0.20-0.50,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  实施例1:

  c:0.10,mn:1.0,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:1.5,cr:0.8,mo:0.3,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  实施例2:

  c:0.22,mn:0.40,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:0.80,cr:0.30,mo:0.20,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  实施例3:

  c:0.16,mn:1.8,si:≤0.37,p:≤0.015,s:≤0.005,ni:2.00,cr:1.50,mo:0.50,v:≤0.10,cu:≤0.20,nb:≤0.03,ceq:≤0.65,其余为fe。

  实施例4:

  制作方法:

  1、冶炼:锻件用钢水采用电炉冶炼、钢包真空精炼,使用真空碳脱氧方式去除钢水中气体和夹杂物。粗炼钢水采用电炉冶炼,配入优质生铁和返回废钢,保证足够脱碳量以去除钢水中夹杂物,加入白灰造渣,尽可能降低钢水磷含量。粗炼钢水兑入精炼炉时严格卡掉氧化渣,精炼炉采用活性石灰和优质萤石造高碱度精炼渣,采用碳粉扩散脱氧,钢水进行真空脱气处理,在真空状态下碳氧深度反应降低钢水中氧含量。浇注时采用真空上注,在高真空状态下钢水中碳氧进一步深度反应降低氧含量,提高钢水纯净度。

  2、锻造:10000t及以上水压机锻造,水口切除>钢锭锭身重的5%,冒口切除:钢锭整个冒口,锻比:≥5。

  锻造变形过程:

  来锭入炉加热:

  **火次:钢锭整体倒棱拔长φ1350,切除水口弃料(约7.8%),切除整个冒口,锻造比1.47;

  第二火次:镦粗至坯料高度h=770,冲孔,气割清理冲孔毛边,锻造比5.0;

  第三火次:马杠扩孔至壁厚越t=620,锻造比1.61;

  第四火次:平整坯料高度至h=450,锻造比1.71;

  第五火次:马杠扩孔,修整坯料上下面,扩孔精整出成品。锻造比1.32;

  锻件总锻造比>7。

  3、热处理:通过模拟热处理试验,确定了调质热处理工艺参数,淬火冷却方式采用水冷。热处理工艺曲线如图1所示。

  调质热处理加热采用大型电炉,锻件摆放在炉体中间垫铁上,保证加热过程中温度场的均匀性,锻件与垫铁之间垫平、垫实防止产生过大变形。

  低温升温时采用限速升温,因为低温阶段锻件心部还处于弹性状态,过高的温差易造成过大的热应力而导致锻件的开裂可能。

  随着炉温的升高,到相变点前保持一段时间,其目的是减小锻件内外温差;为相变做准备,使相变在锻件的整个截面上均匀地进行,可以避免产生较大的组织应力;减少高温保持时间,避免造成较大的氧化和晶粒粗大。

  当炉温到达相变点温度后,进行均温,均温完成后进入保温阶段,使工件心部温度也达到加热温度,并完成奥氏体转变。

  冷却采用大型循环水水槽进行冷却,更终得到综合机械性能较好的贝氏体组织,防止铁素体析出。

  通过采取上述技术方案,使18mncrnimo磁轭锻件各项性能指标完全达到了q690等级高强度钢板的性能水平;机械性能实测结果如图2所示;实现了18mncrnimo整锻磁轭技术代替多层q690钢板叠压磁轭技术。

  图3所示为q690钢板叠压磁轭锻件结构,为多层q690钢板叠压磁轭。

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