一种25Cr2Ni2MoV钢制转子锻件锻后热处理方法

摘要

本发明公开一种25Cr2Ni2MoV钢制转子锻件锻后热处理方法，包括以下步骤：第一步，650±20℃待料；第二步，深冷处理；第三步，奥氏体化均匀处理；第四步，炉冷至平衡转变温度，保温；第五步，限速炉冷至出炉。采用本发明中工艺方式进行锻后热处理后，晶粒度可以达到6.5级，而采用现有技术的晶粒度仅为4.5级，本发明获得的晶粒尺寸的绝对值和均匀性都达到了更高的品质，具有更好的工艺效果；本发明的工艺只需约500小时，相比现有工艺的炉时达830小时以上，本发明可节省约40％炉时，且炉温也有明显降低，可减少能源消耗、节约成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理方法，具体涉及一种25Cr2Ni2MoV钢制转子锻件的锻后热处理方法。

背景技术

随着汽轮机蒸汽参数的不断提高、容量不断增大，大型核电汽轮机低压转子锻件的尺寸和重量亦越来越大。ACP1000核电焊接低压转子锻件是百万千瓦级核电机组的关键零部件，技术含量高，加工周期长，对工艺装备要求严格，属于技术和资金密集型产品，其质量和水平直接影响成套装备的总体水平和可靠性。超大直径ACP1000核电焊接低压转子锻件尺寸达直径￠1800mm以上，常见交货直径达￠3100mm左右，整根交货重量约为290吨，较火电百万级低压转子锻件最大交货直径增加近60％，交货重量增加196％，制造难度大幅提升。

ACP1000核电焊接低压转子锻件由25Cr2Ni2MoV钢锻制，该材料是我国在综合引进美国西屋30Cr2Ni4MoV钢及自主研发25Cr2NiMoV钢的基础上开发而来。为兼顾转子锻件的力学性能和良好的可焊性，25Cr2Ni2MoV钢的碳含量要求为0.18～0.27wt％，属于中低碳钢。但由于加入大量Cr、Ni、Mo、V等元素，锻件的淬透性很好，也因此由该钢制成的大锻件具有严重组织遗传倾向，锻造完成后锻件必须进行锻后热处理以满足锻件的检测和使用要求。

目前锻件生产制造中，锻件锻造成型后常规是采用多次正火的方式进行锻后热处理。该方法虽然可以一定程度上细化有效厚度较小的锻件锻造后的粗大晶粒、减轻混晶现象，但晶粒度一般只达4.5级，工艺效果有限。另外，由于正火的工艺时间与锻件的有效厚度呈正比例关系，对于有效厚度大、吨位重的超大直径ACP1000核电焊接低压转子锻件来说生产周期长、能源消耗量大，一般需要在850～1000℃下进行三次以上正火操作(如图1所示)，消耗炉时的加长将导致锻件生产成本急剧增加。

因此亟待开发出新的锻后热处理方法，可以在有效均匀细化25Cr2Ni2MoV钢制ACP1000核电焊接低压转子锻件内部锻造后粗大晶粒的同时，缩短热处理周期、减少能源消耗、节约成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种25Cr2Ni2MoV钢制转子锻件锻后热处理方法，能够有效均匀细化25Cr2Ni2MoV钢制低压转子锻件内部锻造后粗大晶粒，并且缩短热处理周期、减少能源消耗、节约成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种25Cr2Ni2MoV钢制转子锻件锻后热处理方法，能用于超大直径ACP1000核电焊接低压转子的热处理，包括以下步骤：

第一步，650±20℃待料；

第二步，深冷处理；

第三步，奥氏体化处理；

第四步，炉冷至平衡转变温度，保温；

第五步，限速炉冷至出炉。

具体的，第一步中，待料的方法是将锻件在终锻温度下锻造完工后，控制锻件表面温度在Bs(贝氏体相变点)以上，装入650±20℃热处理炉中进行等温处理；对于锻造时变形较为均匀的锻件在炉中稍作保持，锻件温度均匀后即可进行第二步；对于外形尺寸较大、锻造时无法控制均匀变形的锻件，等温时间应为50～90h后再进行第二步。

具体的，第二步中，深冷处理的方法是锻件待料结束后，将热处理炉的炉温限速冷至深冷温度200-250℃并保持(1.5～2.0)h/100mm，即每100mm锻件有效厚度保温1.5～2.0小时。

具体的，第三步中，奥氏体化处理的方法是将炉温限速升温至Ac3+(30～50)℃进行均热和保温处理，保温时间为(1.5～1.8)h/100mm，确保锻件完全奥氏体化，均热时间可按保温时间的一半计算；锻件升温速度控制在≤30℃/h。

具体的，第四步中，炉冷至平衡转变温度进行等温处理方法是，转子锻件炉冷至650±20℃平衡转变温度进行等温组织转变，保温时间为90～150小时。

具体的，第五步中，等温组织转变结束后，以≤8℃/h限速炉冷至≤200℃出炉空冷，完成锻后热处理。

本发明的热处理方法，利用锻件锻造后余热进行一次平衡组织转变，使锻件内外组织均匀。与现有技术中多次正火的锻后热处理工艺对比，本方法充分利用锻后余热，减少了奥氏体化次数，平衡组织转变后可以获得珠光体型平衡组织，切断原始粗大组织遗传，达到细化晶粒的效果。

本发明的热处理方法与现有技术中多次正火的锻后热处理工艺比较，采用本发明中工艺方式进行锻后热处理后，晶粒度可以达到6.5级，晶粒尺寸的绝对值和均匀性都达到了更高的品质，具有更好的工艺效果；而采用现有技术的多次正火+回火工艺方式进行锻后热处理后，锻件取样进行晶粒度评定，结果显示为4.5级。

本发明的热处理方法与现有技术中多次正火的锻后热处理工艺比较，本发明的工艺只需约500小时，除了奥氏体化处理略高之外，其他步骤的温度只需在650℃左右及以下进行即可；而现有技术(如图1所示)一般需要在850～1000℃下进行三次以上正火操作并进行回火处理，总计消耗炉时达830小时以上。因此，本发明的工艺可以缩短热处理周期，节省约40％炉时，减少能源消耗、节约成本。

本发明的热处理方法最后限速炉冷可避免锻件由于过大的内应力而产生开裂。

附图说明

图1为现有技术中多次正火的锻后热处理工艺流程图。

图2为本发明一具体实施例的热处理工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以图2所示的热处理工艺流程图为例，本发明采用以下方法对25Cr2Ni2MoV钢制超大直径ACP1000核电焊接低压转子锻件进行锻后热处理：

第一步，650±20℃待料。锻件在锻造完工后不进行空冷，直接放入650±20℃热处理炉中进行等温处理。装炉前锻件表面温度应保证在Bs(贝氏体相变点)以上。锻造时变形较为均匀的锻件在炉中稍作均温后即可炉冷至深冷温度；外形尺寸较大、锻造时无法控制均匀变形的锻件应在炉中等温50～90小时。

第二步，深冷处理。锻件待料结束后，限速炉冷至200～250℃进行深冷处理，保持时间一般为(1.5～2.0)h/100mm，即每100mm锻件有效厚度保温1.5～2.0小时。

第三步，奥氏体化处理。深冷处理结束后，炉温以限速升至Ac3+(30～50)℃，本实施例中控制炉温为860～880℃，进行均热保温处理。保温时间为(1.5～1.8)h/100mm，均热时间可按保温时间的一半计算。在升温过程中，可以在650℃保温一段时间以缩小锻件内外温差。

第四步，限速炉冷至平衡转变温度。锻件完全奥氏体化后炉冷至650±20℃进行等温组织转变，保温时间为90～150h。等温组织转变可以得到片层细小的珠光体型平衡组织，切断组织遗传，细化粗大的晶粒。

第五步，限速炉冷至出炉。等温组织转变结束后，以≤8℃/h限速炉冷至≤200℃出炉，完成锻后热处理。

该钢种在Ac3+(30～50)℃下保温进行充分奥氏体化，晶粒不会急剧长大。

本发明综合考虑25Cr2Ni2MoV钢材料特性，锻件终锻温度及有效截面尺寸等因素，确定锻后热处理工艺参数。采用本发明的工艺方法，晶粒度可以达到6.5级，晶粒尺寸的绝对值和均匀性都达到了更高的品质，而且本发明的工艺只需约500小时，可以缩短热处理周期，节省约40％炉时，减少能源消耗。

本发明在充分了解大型锻件临界区快速加热，得到球状奥氏体及多次奥氏体化再结晶正火处理两种传统的晶粒细化热处理工艺方法基础上，采用了奥氏体均匀化处理加等温处理获得平衡转变组织的方法来细化25Cr2Ni2MoV钢制锻件粗大晶粒。

本发明利用锻后余热进行第一次平衡组织转变，不仅能够节约能源，还可为第二次平衡组织转变提供较好的晶粒细化基础。

本发明经等温处理后可获得转变完全的珠光体型平衡转变组织，细化晶粒度，切断原始粗大组织遗传，提高转子锻件超声波无损探伤检测灵敏度，为下步性能热处理提供了良好的基础组织。同时随后的限速冷却可减小锻件内应力，避免锻件开裂。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。