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(zhǎng)、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(guó)電力行業(yè),尤其是火電行業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)電站核心設(shè)備之一的轉(zhuǎn)子鍛件無(wú)論是數(shù)量和質(zhì)量需求都大幅增加。因此,進(jìn)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(shí)際經(jīng)驗(yàn),結(jié)合相關(guān)理論,就大型電站轉(zhuǎn)子鍛造工藝做簡(jiǎn)要分析。 電站轉(zhuǎn)子通常是指發(fā)電機(jī)或汽輪機(jī)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,火電和核電設(shè)備需求越來(lái)越大,對(duì)轉(zhuǎn)子的重量和尺寸的要求越來(lái)越大,數(shù)量要求越來(lái)越多、質(zhì)量要求越來(lái)越高,這給大型電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)帶來(lái)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(gè)大型軸類(lèi)鍛件的整體生產(chǎn)水平,并且在一定程度上反映著我國(guó)機(jī)械裝備工業(yè)的水平。自建國(guó)以來(lái),經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)的鍛壓技術(shù)取得了較大的發(fā)展,先后開(kāi)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(gè)知識(shí)技術(shù)高度密集型的產(chǎn)品。上個(gè)世紀(jì)八十年代以前,我國(guó)電站轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)制造水平較低,主要以進(jìn)口為主。后來(lái)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(guó)才開(kāi)始自主制造電站轉(zhuǎn)子。隨著電站規(guī)模的不斷增大,對(duì)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(duì)鍛造質(zhì)量的要求也越來(lái)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(duì)電站轉(zhuǎn)子的鍛造工藝不斷進(jìn)行研究和改進(jìn)。 轉(zhuǎn)子鍛造工藝分析。 2.1.轉(zhuǎn)子鍛造的現(xiàn)行工藝。 我國(guó)目前的轉(zhuǎn)子鍛造以第一重型機(jī)器廠為主要代表,該廠自上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始鍛造轉(zhuǎn)子以來(lái),在對(duì)國(guó)外技術(shù)進(jìn)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(wèn)題。 筆者認(rèn)為,現(xiàn)行轉(zhuǎn)子鍛造工藝需要探討的問(wèn)題主要有三個(gè)。第一、三次鐓粗及拔長(zhǎng)的作用和目的的區(qū)別;第二、后繼工序的開(kāi)展是否會(huì)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(duì)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(yùn)行,在實(shí)際鍛造中,一般采用多種鍛造方法對(duì)鍛件進(jìn)行反復(fù)鐓粗、拔長(zhǎng)和中心壓實(shí)、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(shí)達(dá)到鍛合鑄件內(nèi)部孔隙和微裂紋的目的,保證對(duì)轉(zhuǎn)子密度和強(qiáng)度的質(zhì)量要求。 3.1.工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 從外形上看,電站轉(zhuǎn)子是多階的軸類(lèi)鍛件。由于其工作環(huán)境情況復(fù)雜惡劣(高溫高壓),所以對(duì)其質(zhì)量要求非常高。在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過(guò)程中,出于質(zhì)量控制的需要,要檢驗(yàn)的項(xiàng)目很多,為了滿(mǎn)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(jì)具有經(jīng)驗(yàn)性、綜合性以及創(chuàng)造性等特征,所以很難用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)表示和求解。但是工藝設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際情況,力求最大限度做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠,以確保合理指導(dǎo)生產(chǎn)。在工藝設(shè)計(jì)制訂中,工序方案設(shè)計(jì)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(jì),根據(jù)技術(shù)要求,筆者個(gè)人認(rèn)為,鍛造作用準(zhǔn)則可分為三個(gè)階段, 首先,破碎鋼錠的鑄造組織,滿(mǎn)足力學(xué)性能指標(biāo)要求。這一準(zhǔn)則實(shí)際操作中主要是通過(guò)一次鐓粗或者鐓粗拔長(zhǎng)鐓粗這樣一個(gè)過(guò)程來(lái)達(dá)成。 其次,鍛合鑄件內(nèi)部孔隙及微裂紋,滿(mǎn)足超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)要求。這一準(zhǔn)則實(shí)際操作中主要是通過(guò)LZ法和新FM法進(jìn)行一次拔長(zhǎng)來(lái)實(shí)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(guò)熱力學(xué)參數(shù)控制來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)各階段變形機(jī)制的無(wú)縫連接,就必須要從全局出發(fā),進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)行拔長(zhǎng),但是要確保一次拔長(zhǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)焊合內(nèi)部孔隙。此過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)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(shí),要十分注意砧寬比、料寬比以及下壓率三個(gè)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(shí)間夠長(zhǎng),以實(shí)現(xiàn)偏析擴(kuò)散和孔隙的焊合。 3.2.工藝設(shè)計(jì)方法。 工藝設(shè)計(jì)方法的內(nèi)容很多,筆者在此就其中的工序方案設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)確定兩個(gè)方面做簡(jiǎn)要分析。 首先,工序方案的設(shè)計(jì)。拔長(zhǎng)是軸類(lèi)鍛件鍛造的主要工序,當(dāng)鋼錠直接拔長(zhǎng)或者橫向機(jī)械性能要求增加時(shí),需要選用校核過(guò)的設(shè)備來(lái)增加中間鐓粗工序。而對(duì)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(shí)法,中心壓實(shí)法主要有JTS法、FM法。而對(duì)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(lái)消除晶粒遺傳現(xiàn)象。 其次,工藝參數(shù)的確定。鐓粗和拔長(zhǎng)是目前轉(zhuǎn)子鍛造中的兩個(gè)主要工序,根據(jù)新的鍛造理論,如果鐓粗和拔長(zhǎng)參數(shù)不合理,會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,這對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)參數(shù)主要集中在砧寬比、料寬比以及壓下率三個(gè)方面。在拔長(zhǎng)過(guò)程中,必須要三個(gè)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(guò)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(mǎn)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(guò)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(jìn)行鍛造。砧子的外形和尺寸則是事先進(jìn)行過(guò)一系列嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)確定的。大型軸類(lèi)鍛件的變形主要是采用拔長(zhǎng)來(lái)完成。據(jù)國(guó)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(huì)因?yàn)槔瓚?yīng)力的產(chǎn)生而出現(xiàn)裂紋。目前國(guó)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(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,同時(shí)也是一個(gè)知識(shí)技術(shù)高度密集的鍛造工作?;诓煌?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展時(shí)期對(duì)電站轉(zhuǎn)子制造要求的不同,及在電站轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過(guò)程中,冶煉和熱處理工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步,改進(jìn)和創(chuàng)新轉(zhuǎn)子鍛造的技術(shù)和工藝流程,達(dá)到實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鍛造技術(shù)不斷進(jìn)步,滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展對(duì)電力行業(yè)要求的有效手段。當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展給水電、火電以及核電的發(fā)展帶來(lái)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?jī)蓚€(gè)方面帶來(lái)新的要求,為滿(mǎn)足這一需求的變化,我國(guó)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)企業(yè)要從工藝優(yōu)化入手,結(jié)合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),改進(jìn)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(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)電力行業(yè)的需要。 第 6 頁(yè) 共 6 頁(yè)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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