1、汽轮机叶片用 2Cr11Mo1VNbN 钢晶粒细化技术摘要：汽轮机叶片用 2Cr11Mo1VNbN 钢热处理控制不当，容易产生粗晶现象，一般的完全退火很难达到细化目的。依据金属相变原理，控制形核方式和晶粒长大，对晶粒粗大叶片进行双重淬火细化技术处理，可获得较细晶粒和良好的力学性能，打破了粗晶问题传统处置模式，尤其是宏观粗晶带来技术处置问题，填补了公司当前粗晶补救技术空缺。同时，对强韧化处理也具有一定的指导意义。 关键词：汽轮机；叶片；2Cr11Mo1VNbN；细化；相变原理；强韧化 中图分类号：TK26 文献标识码：A 引言 叶片是汽轮机关键零部件之一，要求精确的几何外形，良好的理化性能是确保
2、安全高效运行的内在保证。随着技术的发展和要求的提高，叶片材料晶粒度问题也成为关注的重点，以在保证综合的理化性能要求。在部分项目制造过程中，晶粒度检验理化指标出现晶粒低于技术要求，甚至出现宏观粗晶现象，集中表现为批量性问题，为避免粗晶问题带来报废，曾采取传统的退火工艺和重新锻造改善进行晶粒细化，组织遗传比较突出，效果一直不理想。为此，从热处理工艺细化方法方面，采取双重淬火进行晶粒细化试验研究。 1.试验材料 本次试验材料选取在鉴定出粗晶的叶片试验，状态为 900920退火、10801100调质后检测出的粗晶叶片，从叶片中间切取5080100 试样 4 件，试验材料及化学成分如下表： 表 12Cr
3、11Mo1VNbN 钢化学成分 (Wt.%) 2.试验方法 2.1 检测试验材料初始晶粒度 为获得试验材料的原始晶粒度，首先将上述 50801004 件试样在金相显微镜下检测晶粒度级数，作为晶粒细化前的参照，试验检测结果见表 2。 表 2 试验材料初始晶粒检测结果 金相组织为回火索氏体，能明显看到细片状铁素体之间弥散分布着颗粒状渗碳体，但晶粒之间仍然保持着马氏体的位向关系，马氏体束之间的大角度位向也清晰可见，晶粒度 3-4 级。 2.2 晶粒细化试验方案 在切取经过晶粒检测的 4 件 5080100 的 8 件试样中随机挑选 4件，考虑到试验件较小，在试验炉底部采取耐热砖与炉底隔离，采用连续两
4、次淬火进行晶粒细化试验，淬火工艺制度为： 一次淬火：10800.5H，油淬 二次淬火：10801.0H，油淬 以检验连续两次淬火对金属材料晶粒的细化作用，淬火后不进行回火直接在金相显微镜下观察，晶粒均得到一定程度的细化，试验结果见表 3。 表 3 两次淬火状态下晶粒检测结果 从金相组织中可以清晰地看到板条马氏体形态，对比连续二次淬火前后的金相组织，也可以看出二次淬火后晶粒更细小。 在第一次试验的基础上，调整一次淬火温度，时间适当延长，对试验对象采取整套工艺流程进行全部试验，同时对材料检验指标按照汽轮机叶片的验收标准进行，试验工艺及结果为： 一次淬火：10801.0H，油淬 二次淬火：10801
5、.0H，油淬 一次回火： 6806.0H，空冷至室温 二次回火： 6606.0H，空冷 鉴于以上试验取得的成果，考虑到金相检测区域小，可能存在局部粗晶干扰试验结果，课题组将试验和检测部位进行缩小，将 GS20101217检验过程中检测出的粗晶金相试样进行晶粒细化试验，将试验和检测区域限制在 1010 范围内，并进行全平面晶粒度检查。 试验： 一次淬火 108010min ，油淬 二次淬火 108010min ，油淬 试验结果见表 4、图 1： 金相显示细化明显： 图 1 金相试样两次淬火前后金相组织 （a）二次淬火前 3 级（100X） ；（b）二次淬火 7 级（100X） （c）二次淬火前
6、3 级（500X） ；（d）二次淬火 7 级（500X） 批量试验结果 粗晶叶片：1080到温 0 min ，油淬 680-660 3.结论 叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件，其型线结构和工作状态直接影响能量的转换效率，因此其设计、制造要求非常高。上文笔者根据金属相变原理，在效地对形核方式和晶粒长大进行了控制，对晶粒粗大叶片进行双重淬火细化技术处理，打破了粗晶问题传统处置模式，成功地获得了较细晶粒和良好的力学性能，填补了公司当前粗晶补救技术空缺，希望本文可以对强韧化处理方面带来一些有用的启迪，为同行提供借鉴意义。 参考文献： 1于红英，唐德威，伞红军汽轮机叶片参数化设计关键技术研究J计算机集成制造系统，2006(10). 2胡仁喜，康士廷，等Pro/ENGINEER Wildfire4.0 中文版标准实例教程M北京：机械工业出版社，2009 3潘毅，章泳健汽轮机叶片的三维几何造型方法综述J汽轮机技术，2010（06） 。
