大鍛件用鋼

大鍛件用鋼按用途的不同分類，主要可分為轉(zhuǎn)子用鋼、冷軋輥用鋼和壓力容器用鋼。

一、轉(zhuǎn)子用鋼

轉(zhuǎn)子用鋼汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，是電站設(shè)備中的重要構(gòu)件。根據(jù)工作壓力的不同，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可分為高壓、中壓和低壓三種；發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子要在1500～3000r/mm的高速旋轉(zhuǎn)下工作，并承受巨大的離心力、傳遞扭矩和彎曲應(yīng)力，因此對轉(zhuǎn)子用鋼要求很高，不僅要具有高強(qiáng)度和高塑韌性，而且要求高的質(zhì)量均勻性。

對高、中壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子除上述要求外，還要在高溫（400～565℃）、高壓（90Pa）的蒸汽介質(zhì)下長期工作。因此轉(zhuǎn)子用鋼除要求常溫力學(xué)性能外，還要求有良好的高溫性能。大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼的化學(xué)成分.基本上都采用鎳-鉻-鉬-釩系列。當(dāng)鋼的鎳含量高于3.0%時，直徑超過1m的轉(zhuǎn)子，其心部也具有良好的淬透性，并可獲得強(qiáng)韌性匹配良好的下貝氏體組織。

二、冷軋輥用鋼

冷軋輥用鋼由于冷軋輥是在高的軋制速度、很大的軋制力等工況條件下工作，承受巨大的動載荷和靜載荷，因此，軋輥表面易產(chǎn)生毛面和磨損等缺陷，軋輥的中心孔和表面易產(chǎn)生疲勞裂紋，直接影響軋輥的使用壽命。為提高軋輥的使用壽命，要求冷軋輥用鋼必須具有高強(qiáng)度、足夠的表面淬硬層、高耐磨性、抗表面剝落性和耐熱沖擊性。冷軋輥用鋼的化學(xué)成分基本上都采用高碳的鉻系合金鋼，如，9Cr、9Cr2、9CrSi、9CrV、9Cr2.0、9Cr2W、等，近年又增加了Cr3、Cr5系列，Cr6鋼軋輥的研制也已開始試驗。

三、壓力容器用鋼

壓力容器用鋼隨著電力、化工和石油等各類反應(yīng)器、鍋爐、高壓容器向高參數(shù)大型化方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也逐漸由使用鋼板的板焊結(jié)構(gòu)，向使用大鍛件的鍛焊結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。壓力容器用鍛鋼進(jìn)一步向高純化、高韌性方向發(fā)展。

大鍛件用鋼的性能要求：

①鍛件冶金質(zhì)量好，材料性能均勻，不應(yīng)有裂紋、白點、縮孔、折疊、過度的偏析以及超過允許的夾雜和疏松。

②鍛件經(jīng)最終熱處理后，具有較低的殘余應(yīng)力。如氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸鍛件的殘余應(yīng)力規(guī)定不應(yīng)大于鍛件強(qiáng)度級別材料徑向屈服強(qiáng)度下限值的8%。

③鍛件材料應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度、塑性和韌性等良好的綜合力學(xué)性能。

④斷裂韌度高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低。

⑤對高溫服役的零件材料要有較高的蠕變極限、持久強(qiáng)度和長期組織穩(wěn)定性，以及抗高溫氧化和蒸汽腐蝕能力。

由于鍛件的尺寸很大，截面很厚，所以大鍛件用鋼在合金設(shè)計和生產(chǎn)工藝上都有許多特點。為保證鍛件的大尺寸，在冶煉上需采用大容量的冶煉爐，在鑄造上需采用特大錠型；為解決大鋼錠加熱溫度高、保溫時間長、晶粒易粗大化和鍛造比小、變形不均勻、易出現(xiàn)混晶等問題，在制造工藝上需采取相應(yīng)的措施；為保證良好的綜合性能，需采用調(diào)質(zhì)熱處理；為保證厚截面鍛件的淬透性，需添加較多的鎳、鉻、鉬等合金元素。廣義地說，具有上述特征的用于制造大型鍛件的鋼統(tǒng)稱為大鍛件用鋼。

大鍛件用鋼的生產(chǎn)工藝主要包括冶煉、鍛造工藝和熱處理工藝。

(1)大鍛件用鋼的冶煉

冶煉、鍛制大型鍛件需使用大型鋼錠。大鋼錠的單重在30t到幾百噸范圍內(nèi)。鋼錠越大，偏析等冶金缺陷越嚴(yán)重。因此，大鍛件用鋼的冶煉要求非常嚴(yán)格。為保證鑄造出特大鋼錠，一般都要采用兩臺以上的冶煉爐聯(lián)合配爐澆注，這樣就不必增大單爐容量，減小因澆注時間長對耐火材料的侵蝕，防止鋼液溫度的降低。

冶煉時必須精選原料，嚴(yán)格控制冶煉不易去除的有害元素如硼、銅、錫、銻、砷等。鋼的初煉可采用大型堿性電弧爐、大型轉(zhuǎn)爐等，初煉的鋼液必須進(jìn)行爐外精煉和真空脫氣，最大限度降低鋼中的硫、磷和氣體含量，以獲得硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于0.005%、氫低于2%、氧低于30%、氮低于40%的高純凈鋼。為減少偏析和缺陷，大型鋼錠的鑄造要采用新的澆注技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)澆注法、空心鑄錠法和定向凝固鑄造法等。

(2)大鍛件用鋼的鍛造

目的主要有兩個：一是將鑄錠經(jīng)濟(jì)地鍛制成所需要的形狀毛坯，即成形；二是改善金屬組織，通過鍛造破壞鑄錠的鑄態(tài)組織，使組織均勻化，使晶粒細(xì)化，使氣孔、疏松、縮孔等缺陷焊合。通常，大型鋼錠都由冶煉車間直接熱送到鍛壓車間。為使缺陷焊合，大鍛件的鍛造一般都在壓力很大的水壓機(jī)上進(jìn)行，主要采用自由鍛工藝。

(3)大鍛件用鋼的熱處理

由于尺寸效應(yīng)的影響，大鍛件的熱處理有自己的特點，必須充分考慮大鍛件的冶金特性、大鍛件在熱處理中產(chǎn)生的瞬時應(yīng)力和殘余應(yīng)力、相變熱對加熱和冷卻過程的影響、回火脆性和組織細(xì)化等。大鍛件的熱處理過程如下：

1)鍛后熱處理。主要目的是防止產(chǎn)生白點，提高化學(xué)成分的均勻性，細(xì)化組織，消除混晶現(xiàn)象等，為超聲波探傷和最終性能創(chuàng)造內(nèi)部組織條件，為降低硬度、消除應(yīng)力、便于粗加工創(chuàng)造條件。若在冶煉過程中鋼中的氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至2%以下時，則第一熱處理將主要考慮晶粒細(xì)化和消除混晶現(xiàn)象。

大型鍛件特別是合金鋼鍛件，鍛后正火和淬火在加熱方式上，應(yīng)采用階梯升溫方式加熱。大型鍛件在350～500℃以及600～800%時，工件表面與心部存在最大溫差，差值在300～400℃。因此采用在4500C與6500C保溫一段時間，然后再升溫的加熱方法是比較合適的。

2)性能熱處理。其主要目的是使粗加工后的大鍛件獲得所需要的最佳組織，以保證大鍛件具有良好的綜合性能。通常采用的工藝主要有調(diào)質(zhì)、正火加回火、正火加時效等。對要求高硬度的鍛件，如大型冷軋輥，其最終熱處理應(yīng)采用淬火加低溫回火，以滿足使用要求。

大鍛件在回火裝爐的初始階段，表面溫度回升，心部溫度進(jìn)一步降低，以完成心部過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變。所以均溫時間難以用目測確定，因此回火工藝規(guī)程中沒有規(guī)定均溫時間，而是適當(dāng)延長保溫時間。回火保溫時間也可按回火溫度與硬度的對應(yīng)關(guān)系確定。

3)大鍛件熱處理注意事項

①大鍛件加熱時一定要緩慢，必須分段加熱，奧氏體化保溫要充分，一般以臺車爐為主。

②低碳低合金鋼直接淬鹽水，巾碳合金結(jié)構(gòu)鋼以水油雙液淬比較穩(wěn)妥，在水中停留的時間以有效厚度計算。

③必須了解大鍛件的原始狀態(tài)，必須檢測其顯微組織，魏氏體組織嚴(yán)重的必須用正確的熱處理工藝予以消除。

鍛件熱處理按其熱處理的目的不同可分為兩組。