调节阀阀芯锻件的制造工艺研究.pdf

表 1化学成分要求调节阀阀芯锻件的制造工艺研究郎雪琴，代琨（上海核工程研究设计院股份有限公司，上海200233）摘要：汽轮机调节阀阀芯是汽轮机机组的调节阀中的重要功能部件之一，该部件主要是利用调节阀调节阀芯的运行来改变阀瓣和阀座之间的流通面积，从而实现对流体介质参数的调节。以 2Cr12NiMo1W1V 阀芯锻件为研究对象，对其冶炼方式进行优化，同时对它的化学合金元素成分进行优化配比，选择合理的热成型方式、采取恰当的奥氏体温度和回火温度对锻件进行性能热处理。通过对锻件产品力学性能检测、锻件热处理后的微观组织进行观察得出，该工艺制造出的阀芯锻件性能良好，提高了调节阀阀芯产品的使用性能。关键词：调节阀阀芯；冶炼方式；热成型方式；奥氏体化温度中图分类号：TG316.1+1文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0123-020引言汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。2Cr12NiMo1W1V 是汽轮机中常用的耐热钢之一，该钢含有 Cr、Mo、W 等多种合金元素，其合金含量高，高温力学强度高，高温下组织结构稳定，热处理淬透性较好。通常 2Cr12NiMo1W1V 钢经过调质后，其微观组织多为回火索氏体，综合机械性能优良。因此，该钢在汽轮机重要部件中的应用十分广泛，主要用于耐热钢用的阀芯、阀碟、阀杆、螺栓、十字头等重要部件1-2。本文主要研究了 2Cr12NiMo1W1V 阀芯锻件材料的合金元素优化、热成型工艺、调质处理工艺对该钢最终形成的微观组织和力学性能的影响。1锻件的制造工艺锻件选择的钢锭为 VOD 精炼的 8.5 t 锭型，2Cr12NiMo1W1V 钢包含多种合金元素，其中 C、Cr、Ni、Mo 等多种合金元素的成分配比需要优化，其化学元素构成较复杂，且阀芯是改变阀瓣和阀座之间的流通面积的装置，是阀体通过其移动来实现方向控制、压力控制或流量控制等基本功能的阀零件，保证其微观组织和力学性能的稳定是至关重要的。因此，在钢锭冶炼时，应该对其化学成分进行优化配比，合理的调整钢锭的化学元素百分比，以此提升产品的力学性能和使用性能。由于阀芯的使用工况较差，其耐蚀性要求较高，应适当提高 Cr 元素含量；同时应提高 Mo元素含量，以提高材料耐应力腐蚀的性能；适当提高V 元素含量，以提高该材料的热强性。经过成分优化的 VOD 精炼的 8.5 t 钢锭的详细化学成分如表 1所示。钢锭经 5 000 t 油压机热开坯成型，始锻温度采用 1 170 20，经 5 000 t 油压机开坯成坯料后进行锻造，锻件锻后采用 1000 6 h 空冷+700 12 h 空冷正回火进行预处理。收稿日期：2023-03-16第一作者简介：郎雪琴（1983），女，山东莱州人，毕业于长春工业大学，本科，中级工程师，主要从事核反应设备工程材料研究及核工程项目建设研究与管理工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.046元素w（C）/%w（Si）/%w（Mn）/%w（S）/%w（P）/%w（Cr）/%w（W）/%w（Mo）/%w（V）/%w（Ni）/%成分要求0.200.250.500.501.000.0250.02511.0012.500.901.250.901.250.200.300.501.00成品分析0.210.370.690.0080.00511.911.211.110.270.918.5 t 钢锭在 5 000 t 油压机上进行相关的热成型，由于锻件吨位大，针对该锻件开坯成型及锻造过程应采取一定的过程控制，锻件的始锻温度应控制在1 170 左右，终锻温度应控制在 750 左右，每个火次的锻造成型锻造比不同。为精准控制钢锭加热的温度，应将钢锭在电加热炉中加热到 1 170，保温时间 69 h，由于该钢锭的合金含量比较高，其合金扩散较难，钢锭的热传导较差，应进行适当的梯度加热来对钢锭进行预热处理，而后再进行高温加热，随后出炉锻造。具体加热工艺如图 1 所示。在 5 000 t 油压机上进行锻件成型，沿口线压钳把至锻件尺寸 椎480 mm600 mm。在漏盘内墩粗至750 mm 高左右，锻造比为 1.9，如图 2 所示。随后拔长至 椎545 mm2 950 mm，锯床下料至锻件尺寸椎545 mm750 mm，锻造比为 4.2，由此精整成形，如图 3所示。锻后进行正回火处理，后将锻件进行粗车，生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷图 1钢锭加热工艺如图 4 所示。由于阀芯锻件具有承热耐高温的性能，因此其热处理温度应选择较高的奥氏体化温度，以此实现更多的合金元素溶解于奥氏体基体，增加了基体性能稳定性。调质热处理采用如图 5 所示的热处理工艺。2锻件产品相关的检验锻件经过调质热处理后，从锻件上进行试样截取，取样位置及具体尺寸规格如图 6 所示。金相试样规格采用 15 mm15 mm15 mm、拉伸试样采用标距直径为 10 mm、50 mm 的标准拉伸试样，冲击试样采用夏氏 V 型缺口试样，采用 Nikon LV200N 型光学显微镜进行微观组织观察，采用 WDW-100D 双向拉伸试验机和 JB-350B 摆锤冲击实验机进行力学拉伸测试和冲击韧性测试，并对实验结果进行分析。图 7 为锻件经调质热处理后的微观组织照片，经调质热处理后，锻件的微观组织基体为均匀的马氏体组织，未发现条状或片状 啄 铁素体，碳化物均匀分布，该微观组织通常具有较高的高温强韧性，阀芯部件的使用性能明显提高。表 2 所示为阀芯锻件经热处理后测得的力学拉伸性能和冲击性能。结果显示，锻件的力学拉伸性能及冲击韧性完全满足产品的技术要求，且力学性能数据的机械性能较好，冲击韧度较高，拉伸及冲击富裕度较大，材料的冲击数值较均匀，表明材料基体力学性能较均匀稳定。3结论2Cr12NiMo1W1V 钢经过成分配比调整、控制锻件锻造过程锻造比及成型工艺、采取合理的热处理制度制造出的锻件产品的力学性能完全满足锻件的技术要求指标，锻件的微观组织较均匀，延长了材料的使用寿命，提高了材料的使用安全性，降低了设备维护成本，进而降低了汽轮机中零部件的维修难度及维护成本。参考文献1张远，王梅英.2Cr12NiMo1W1V 钢螺栓断裂原因分析J.机械工程师，2010（1）：142-143.2奚晓峰.2Cr12NiMoW1V 异型锻件退火工艺改进J.特钢技术，2010，16（3）：15-17.（编辑：武倩倩）（下转第 129 页）图 4锻件粗车图（单位：mm）图 2锻件图（单位：mm）图 3锻件成型图（单位：mm）图 5阀芯锻件的调质热处理工艺5-1600 温度条件下的热处理工艺5-2300 温度条件下的热处理工艺图 6锻件试样取样位置（单位：mm）图 7阀芯锻件调质后组织照片（400 倍）表 2输出轴锻件的拉伸性能结果拉伸性能Rm/MPaRp0.2/MPaA/%Z/%Akv/J测试值1 004840196024、25、23力学要求值930760143514注：1.锻件的取样方向为切向；2.进行冲击功试验时选取 3 个试样进行试验。升温85020 保温2 h3 h升温保温6 h9 h1 18020 锻造850 时间/h60027020抑椎1 140750750500水冷7 h+1 h90/h升温时间 h空冷15 h+1 h80/h升温时间 h750试样环2530高温持久试样161666高温拉伸试样2020120宏观组织试片40402030椎525室温拉伸试样20 20120化学分析试样303020冲击试样151560金相试样151515124窑窑2023 年第 9 期数据表明，个别样品存在轻微小裂纹，批量性的冷弯裂纹与裂口较为严重的冷弯裂纹没有再次出现，冷弯裂纹率由 6%降低至 0.11%。4结语铸坯中夹杂物含量多级别高是造成 Q235B 型钢在检验过程中产生的冷弯裂纹的直接原因，在冷弯加工过程中，大量的夹杂物阻断了钢基体的连续性，造成在夹杂物位置处的应力集中形成了冷弯开裂的裂纹源，随冷弯过程受力的加强形成宏观裂纹。生产条件发生变换后，转炉终点钢水过氧化，工艺调整和应对措施不及时，脱氧不良和钢包吹氩不规范，造成次生夹杂物增多及夹杂物滞留钢液数量增多,造成夹杂物级别高，钢水污染严重，生产节奏的不稳定导致的连铸过程卷渣进一步加剧了冷弯开裂率。对生产过程工艺进行优化调整后，H 型钢的冷弯裂纹率的到有效控制，生产持续顺行。参考文献1钟振前，朱衍勇，杨春，等.Q235B 钢板冷弯裂纹成因分析J.理化检验（物理分册），2011（1）：86-89.2王春芳，李文成，李继康.钢中非金属夹杂物及对性能的影响J.物理测试，2018，36（4）：25.3崔忠圻，谭耀春.金属学与热处理：第 2 版M.北京：机械工业出版社，2007.4夏冰，陈斌，后宗保，等.Q235BH 型钢冷弯开裂原因分析J.物理测试，2020,38（2）：45-48.5李惠娟.Q345B 钢板冷弯开裂原因分析及改进措施J.天津冶金，2018（S1）：42-45.6茹春生，张俊伟.Q235B 钢板冷弯开裂原因分析及预防措施J.山西冶金,2011，34（5）：47-49.7刘克俭，王祖宽，杨桂荣.钢中夹杂物的产生及其形态控制J.河北理工学院学报，2001，23（1）：21-23.（编辑：苗运平）Formation Cause Analysis and Control on Cold Bending Cracks in H-beam Q235BZhang Nianhua,Zhang Junli,Gao Jinhui,Ma Xianpeng,Wang Fuliang（Rizhao Iron and Steel Holding Group Co.,Ltd.,Rizhao Shandong 276800,China）Abstract:Production of H-beam Q235B steel grade and testing of the 180 bending performance of the finished product have a bendingcenter diameter of d=a and different degrees of cracks appeared in the outer arc of the bending.The causes of cracks and high-powerinspection and electron microscopy analysis were conducted on the cracked samples.The results indicate that a large amount of inclusions isthe main cause of cold bending cracking.By optimizing and adjusting the steelmaking converter process and tracking the production situationfor 12 months,the cold bending crack rate has been effectively controlled.Key words:H-beam;cold bending cracks;inclusion;control;amelioratingResearch on the Manufacturing Process of the Valve Core Forging of the Control ValveLang Xueqin,Dai Kun（Shanghai Nuclear Engineering Research&Design Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200233,China）Abstract:The valve core of the steam turbine control valve is one of the important functional components of the control valve of the steamturbine unit.This component mainly changes the flow area between the valve disc and the valve seat through the operation of the valve corethrough the function of the control valve,so as to realize the adjustment of the fluid medium parameters.In this paper,2Cr12NiMo1W1Vvalve core forgings are optimized by smelting method,and its chemical alloy element composition is optimized,reasonable hot formingmethod is selected,and proper Austenitic temperature and tempering temperature are adopted for performance heat treatment of forgings.Finally,through the inspection of mechanical properties of forgings and the observation of microstructure of forgings after heat treatment,thevalve core forgings with good performance are manufactured to improve the service performance of the valve core products.Key words:regulating valve core;smelting method;hot forming method;Austenitizing temperature（上接第 124 页）（上接第 126 页）张年华，等：H 型钢 Q235B 冷弯开裂成因分析及改进控制Analysis and Practice of Continuous Casting Process at High Drawing SpeedHuang Chun,Chen Tengfei（Xiangdong Steelmaking Plant,Pingxiang Pinggang Anyuan Steel Co.,Ltd.,Pingxiang Jiangxi 337016,China）Abstract:In response to the production needs of Xiangdong Steelmaking Plant for Pingan Steel Company,an analysis was conducted on thecurrent high-speed continuous casting process in the plant.Improvement measures were proposed for the shortcomings of the process andapplied in practice,effectively curbing process accidents,ensuring normal production,meeting the goal of efficient continuous castingproduction,and controlling production costs.Key words:high efficiency;continuous casting;process analysis129窑窑