采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法
【專利摘要】采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。護(hù)環(huán)材質(zhì)氮含量為0.4～1.0％的護(hù)環(huán)鋼材料，采用加壓感應(yīng)熔煉母合金結(jié)合氮?dú)忪F化工藝制備平均粒度為5～100μm粉末，將粉末裝入圓柱形或圓環(huán)形包套內(nèi)進(jìn)行抽真空并焊接封口，然后將其置于熱等靜壓爐中加壓、保溫進(jìn)行致密化處理得到護(hù)環(huán)毛坯，再將包套采用機(jī)加工辦法車掉后對(duì)毛坯進(jìn)行冷脹成形和退火去應(yīng)力處理，處理溫度為330-350℃，升溫速率小于40℃/h，降溫速率小于30℃/h，保溫時(shí)間為10-12小時(shí)。本發(fā)明組織性能均勻，晶粒細(xì)小，產(chǎn)品綜合性能高，能大幅度提高護(hù)環(huán)及整機(jī)的使用可靠性，有效避免鍛造過程中護(hù)環(huán)的表面裂紋，護(hù)環(huán)免固溶處理，有效提高成品率，并降低制造成本。
【專利說明】采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]護(hù)環(huán)是壓緊裝配在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的大鍛件鋼環(huán)，是火電發(fā)電設(shè)備的大型關(guān)鍵零件之一。護(hù)環(huán)在高速旋轉(zhuǎn)中受力復(fù)雜，不但要承受巨大的離心力，同時(shí)還要承受熱裝時(shí)的裝配應(yīng)力、不均負(fù)荷引起的附加應(yīng)力、由轉(zhuǎn)子傳來的交變應(yīng)力和由于結(jié)構(gòu)上要求造成的集中應(yīng)力。因此，為保證機(jī)組的長期安全運(yùn)行，要求護(hù)環(huán)有足夠的強(qiáng)度、良好的韌性、均勻的力學(xué)性能和最小的殘余應(yīng)力。護(hù)環(huán)在強(qiáng)磁場、潮濕的腐蝕介質(zhì)中工作，因此護(hù)環(huán)通常采用奧氏體無磁鋼制造。此外由于工作環(huán)境的特殊性，要求護(hù)環(huán)材料具備一定的抗應(yīng)力腐蝕能力。因此對(duì)護(hù)環(huán)材料要求有良好的冶金質(zhì)量，化學(xué)組成，組織結(jié)構(gòu)，晶粒度和晶粒均勻度都要合理?，F(xiàn)有的材料中，P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和P2000 (16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)、P900NMo (18Cr-18Mn-2Mo_0.9N)幾種材料在空氣中有很好的斷裂韌性，在各種環(huán)境中的抗開裂性也很好，是目前300MW以上大型發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)廣泛使用的鋼種。
[0003]目前護(hù)環(huán)的制備是多火次加熱、多工序變形成形，該過程通常要經(jīng)過鋼錠冶煉、電渣重熔以及拔長、下料、墩粗、自由沖孔、芯棒拔長、芯棒擴(kuò)孔等多個(gè)鍛造工步，通常加熱火次為8次以上。由于該工藝工序過長，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長、工藝成本較高，同時(shí)成形過程可控性較差、鍛件表面裂紋嚴(yán)重、晶粒粗大且不均勻，熱鍛技術(shù)嚴(yán)重不適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展要求。此夕卜，制造過程中出現(xiàn)的粗晶、混晶等問題越來越引起了電站大鍛件制造廠家的重視，成為控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高工藝水平的重要環(huán)節(jié)之一。因此，如何細(xì)勻化上述幾種護(hù)環(huán)鋼奧氏體組織也是目前護(hù)環(huán)生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決多火鍛造工藝存在的工藝復(fù)雜、護(hù)環(huán)表面易出裂紋、內(nèi)部組織性能不均勻的技術(shù)問題。
[0005]一種采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法，即采用粉末冶金熱等靜壓工藝進(jìn)行制備，具有工藝:先按照現(xiàn)有幾種合金如P900 (18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和 P2000 (16Cr-14Mn-3Mo_0.9N)、P900NMo (18Cr-18Mn-2Mo_0.9N)的成分要求，采用加壓感應(yīng)熔煉和氮?dú)忪F化工藝制備成分滿足要求、平均粒度為5?100 μ m粉末的粉末，然后按照最終產(chǎn)品尺寸和燒結(jié)收縮規(guī)律設(shè)計(jì)包套，通常包套尺寸為最終產(chǎn)品冷脹變形前尺寸基礎(chǔ)上放大15-20%，包套形狀根據(jù)最終產(chǎn)品形狀確定，通常為圓柱形或圓環(huán)形，將粉末裝入圓柱形或圓環(huán)形包套內(nèi)進(jìn)行抽真空并焊接封口，然后將其置于熱等靜壓爐中于1150-1300°C，壓力70?120MPa，保溫60_120min進(jìn)行致密化處理得到護(hù)環(huán)毛坯，再將包套采用機(jī)加工辦法車掉后對(duì)毛坯進(jìn)行冷脹成形和退火去應(yīng)力處理，處理溫度為330-350°C，升溫速率小于40°C /h,降溫速率小于30°C /h，保溫時(shí)間為10-12小時(shí)，最后根據(jù)產(chǎn)品尺寸和粗糙度要求進(jìn)行精加工。
[0006]本發(fā)明在上述工藝條件下所制備的護(hù)環(huán)，由于采用粉末冶金工藝，護(hù)環(huán)的組織性能更均勻，晶粒更細(xì)小，因此護(hù)環(huán)的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)明顯高于傳統(tǒng)的鍛造成形工藝，如P900合金抗拉強(qiáng)度(95?105°C，冷脹變形前)達(dá)到1290?1300MPa，波動(dòng)值小于15MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到1280?1295MPa，波動(dòng)值小于15MPa，延伸率大于20 %，斷面收縮率大于60%，沖擊功大于130J，晶粒尺寸均勻，平均晶粒尺寸為40-45 μ m,綜合性能遠(yuǎn)高于常規(guī)工藝所達(dá)到的性能水平。此外該工藝工序簡單，能夠有效避免鍛造過程中護(hù)環(huán)的表面裂紋，護(hù)環(huán)免固溶處理，有效提高成品率，并降低制造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0007]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖:

【具體實(shí)施方式】
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[0008](I)制備尺寸為Φ 600mm (夕卜徑)X 50mm (壁厚)X 400mm (高)P900(18Cr-18Mn-0.6N)護(hù)環(huán)(注:尺寸為冷脹變形前尺寸)
[0009]首先按照P900(18Cr-18Mn-0.6N)合金成分要求進(jìn)行合金熔煉，采用氮?dú)忪F化工藝進(jìn)行制粉，粉末平均粒度控制在1ym ;然后采用低碳鋼焊接包套，根據(jù)最終產(chǎn)品尺寸要求，并考慮燒結(jié)收縮影響，包套尺寸Φ720πιπι(外徑)X60mm(壁厚)X480mm(高)；將粉末裝入包套中震實(shí)，并抽真空至KT1Pa后進(jìn)行焊封，焊封后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)致密化，燒結(jié)溫度1220°C，壓力lOOMPa，保溫60min，燒結(jié)致密化處理得到護(hù)環(huán)毛坯，再將包套去掉，進(jìn)行冷脹成形，變形率為40%，然后退火去應(yīng)力處理，處理溫度為330°C，升溫速率30°C /h,保溫時(shí)間為10小時(shí)，降溫速率20°C /h,最后根據(jù)產(chǎn)品尺寸和粗糙度要求進(jìn)行精加工處理達(dá)到護(hù)環(huán)成品。采用上述工藝，護(hù)環(huán)的抗拉強(qiáng)度(95?105°C，冷脹變形前)達(dá)到1295MPa，波動(dòng)值lOMPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到1290MPa，波動(dòng)值lOMPa，延伸率22%，斷面收縮率62%，沖擊功130J，平均晶粒尺寸為42 μ m。
[0010]⑵制備尺寸為Φ 500mm (夕卜徑)X 40mm (壁厚)X 400mm (高)P900NMo (18Cr-18Mn-2Mo-0.9N)護(hù)環(huán)(注:尺寸為冷脹變形前尺寸)
[0011]首先按照P900NMo(18Cr-18Mn-2Mo-0.9N)合金成分要求進(jìn)行合金熔煉，采用氮?dú)忪F化工藝進(jìn)行制粉，粉末平均粒度控制在80 μ m ;然后采用低碳鋼焊接包套，根據(jù)最終產(chǎn)品尺寸要求，并考慮燒結(jié)收縮影響，包套尺寸Φ 580mm (外徑)X 46.4mm (壁厚)X 464mm (高)；將粉末裝入包套中震實(shí)，并抽真空至KT1Pa后進(jìn)行焊封，焊封后進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)致密化，燒結(jié)溫度1250°C，壓力120MPa，保溫90min，燒結(jié)致密化處理得到護(hù)環(huán)毛坯，再將包套去掉進(jìn)行冷脹變形，變形率為45 %，然后進(jìn)行退火去應(yīng)力處理，處理溫度為350°C，升溫速率400C /h，保溫時(shí)間為10小時(shí)，降溫速率30°C /h，最后根據(jù)產(chǎn)品尺寸和粗糙度要求進(jìn)行精加工處理達(dá)到護(hù)環(huán)成品。采用上述工藝，護(hù)環(huán)的抗拉強(qiáng)度(95?105°C，冷脹變形前)達(dá)到1380MPa，波動(dòng)值8MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到1350MPa，波動(dòng)值8MPa，延伸率24%，斷面收縮率62%，沖擊功135J，平均晶粒尺寸為40 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種采用粉末冶金熱等靜壓近終成形技術(shù)制備電機(jī)護(hù)環(huán)的方法，其特征是采用粉末冶金熱等靜壓工藝替代傳統(tǒng)的鍛造變形工藝進(jìn)行電機(jī)護(hù)環(huán)成形，護(hù)環(huán)材質(zhì)涵蓋P900:18Cr-18Mn-0.6N、P900-N: 18Cr-18Mn-0.9N 和 P2000: 16Cr-14Mn-3Mo-0.9N、P900匪ο:18Cr-18Mn-2Mo-0.9N滿足不同電機(jī)容量要求、氮含量為0.4?1.0%的護(hù)環(huán)鋼材料，采用加壓感應(yīng)熔煉母合金并結(jié)合氮?dú)忪F化工藝制備成分滿足要求、平均粒度為5?10ym粉末，將粉末裝入圓柱形或圓環(huán)形包套內(nèi)進(jìn)行抽真空并焊接封口，然后將其置于熱等靜壓爐中于1150-1300°C，壓力70?120MPa，保溫60_120min進(jìn)行致密化處理得到護(hù)環(huán)毛坯，再將包套采用機(jī)加工辦法車掉后對(duì)毛坯進(jìn)行冷脹成形和退火去應(yīng)力處理，處理溫度為300-350°C，升溫速率小于40°C /h,降溫速率小于30°C /h，保溫時(shí)間為10-15小時(shí)，最后根據(jù)產(chǎn)品尺寸和粗糙度要求進(jìn)行精加工。
【文檔編號(hào)】B22F5/10GK104043833SQ201410308698
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】祁進(jìn)坤, 方玉城, 王雪欣, 任淑彬, 趙鋼, 寇曉磊 申請(qǐng)人:河北五維航電科技有限公司, 煙臺(tái)臺(tái)?，斉瑺柡穗娫O(shè)備股份有限公司