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：

　　第一火次：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，最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：

　　第一火次：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，最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。