■ 彭亞敏，趙麗

燃?xì)廨啓C(jī)具有技術(shù)先進(jìn)、熱效率高、機(jī)組起動快、自動化程度高等優(yōu)點，其技術(shù)僅被世界上少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家所壟斷，輪盤、拉桿等鍛件作為燃機(jī)的核心零部件，主要依賴進(jìn)口。我公司與汽輪機(jī)廠合作對壓氣機(jī)10～15級輪盤鍛件進(jìn)行了研制開發(fā)，主要采用具有高的淬透性、良好的強(qiáng)韌性和冷熱加工工藝性的26Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼。10～15級輪盤工作溫度在350～500℃，26Cr2Ni4MoV鋼長期處于高于350℃溫度下服役會出現(xiàn)脆化傾向，需控制雜質(zhì)元素含量，開發(fā)了化學(xué)成分超純凈的26NiCrMoV14-5mod鋼。因此，燃機(jī)壓氣機(jī)輪盤對化學(xué)成分、超聲波檢測均有嚴(yán)格的要求。本文對我廠試制的一個因混晶而導(dǎo)致無損檢測不合格的13級輪盤鍛件進(jìn)行了熱處理模擬試驗研究，使其晶粒進(jìn)一步細(xì)化且消除混晶，最終滿足了燃機(jī)輪盤的無損檢測要求。

1.燃機(jī)輪盤試制概況

輪盤輪廓尺寸如圖1所示，材料的化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能要求見表2。

其中，X=(10P+5 S b+4Sn+As)×102，要求≤6.5。

超聲波檢測要求起始靈敏度為φ1.0mm，不允許有φ1.0mm以上密集型缺陷和φ1.5mm以上的單個缺陷。

我公司對1 3級輪盤進(jìn)行了試制，采用雙真空冶煉（LVCD+VCD），鐓粗+KD法拔長的鍛造式得到成分超純凈、中心壓實的輪盤鍛件，經(jīng)預(yù)備熱處理、調(diào)質(zhì)后進(jìn)行了超聲波檢測及性能檢驗。預(yù)備熱處理工藝曲線見圖2，調(diào)質(zhì)工藝曲線見圖3，輪盤鍛件調(diào)質(zhì)后的化學(xué)成分見表3，力學(xué)性能見表4。

圖1 燃機(jī)輪盤的試料位置

表1 26NiCrMoV14-5mod鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 26NiCrMoV14-5mod鋼的力學(xué)性能

從上述檢驗結(jié)果可知輪盤的化學(xué)成分達(dá)到了超純凈的要求，且各項力學(xué)性能均滿足技術(shù)要求，但超聲波檢測結(jié)果顯示，端面起始靈敏度φ1mm，外圓草狀波嚴(yán)重，無法進(jìn)行無損檢測。因此，必須進(jìn)行細(xì)化晶粒返修，以滿足無損檢測要求。

2.問題分析

針對周向無損檢測草狀波，進(jìn)行了軸向、徑向兩個方向的金相檢測，非金屬夾雜物（A、B、C、D類）均小于0.5級，晶粒度軸向和徑向級別均為8級及部分6級，如圖4a所示。

由于輪盤周向截面尺寸比端面尺寸大很多，經(jīng)過性能熱處理后輪盤晶粒度雖達(dá)到8級，已經(jīng)非常細(xì)小，但有一部分為6級，晶粒度不均勻，出現(xiàn)了混晶現(xiàn)象，使其周向回波能量損失較多，從而導(dǎo)致無損檢測草狀波的出現(xiàn)。針對以上問題，我們進(jìn)行了熱處理模擬試驗，以期細(xì)化晶粒、消除混晶，滿足無損檢測技術(shù)要求。

3.試驗?zāi)M及解決方案

（1）熱處理模擬試驗 試驗用料取自輪盤鍛件心部試料區(qū)T2，如圖1所示。試料先加工成15mm×15mm×40mm 的方形坯料分成若干組，分別進(jìn)行不同的熱處理模擬試驗（見表5）。熱處理后加工成10mm×10mm×15mm的金相試樣。

本次模擬試驗著重于細(xì)化均勻晶粒、消除混晶，得到滿足超聲波檢測要求的熱處理工藝，以便為后期試制輪盤提供依據(jù)。熱處理模擬方案見表6。

（2）試驗結(jié)果及分析 經(jīng)各種熱處理模擬試驗后試樣的奧氏體晶粒度測定結(jié)果見表6，各熱處理狀態(tài)的晶粒度如圖4所示。

結(jié)合表6和圖4可以明顯地看出，進(jìn)行不同的熱處理模擬后，正火+回火工藝對細(xì)化晶粒、消除混晶起到的作用甚微，如圖4b所示。一次Ac3溫度附近退火（780℃不完全退火、810℃完全退火）可以使晶粒明顯細(xì)化，晶粒度級別均可達(dá)到10級以上，且比較均勻，消除了混晶現(xiàn)象，如圖4c和4d所示。退火后加一次正火，會使原本退火細(xì)化的晶粒變得粗大，且混晶現(xiàn)象再度出現(xiàn)，如圖4e和4f所示。另外，對比圖4中c、d以及e、f不難看出，相較不完全退火，完全退火對晶粒的細(xì)化效果更好一些。

圖2 鍛后熱處理曲線

圖3 調(diào)質(zhì)熱處理曲線

表3 26NiCrMoV14-5mod鋼的實際化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 26NiCrMoV14-5mod鋼熱處理后的力學(xué)性能

表5 各種熱處理工藝代號

由于奧氏體再結(jié)晶可有效地細(xì)化奧氏體晶粒，所以正火+回火可以細(xì)化晶粒，但試驗結(jié)果表明，一次正火+回火的細(xì)化作用沒有一次退火明顯。有文獻(xiàn)在26Cr2Ni4MoV鋼的等溫淬火試樣中觀察到了殘留奧氏體薄膜的存在。在后續(xù)加熱過程中，這些殘留奧氏體薄膜將成為針狀奧氏體的既有晶核，使鋼的粗大奧氏體晶粒發(fā)生遺傳。一次臨界區(qū)退火后26Cr2Ni4MoV鋼中殘留奧氏體量明顯減少。殘留奧氏體薄膜的減少將使得在加熱時針狀奧氏體的形核率大大減少；α相的回復(fù)和再結(jié)晶將破壞殘留奧氏體薄膜與α相間的共格聯(lián)系和取向關(guān)系，從而使針狀奧氏體難于長大。因此，一次臨界區(qū)退火有明顯細(xì)化晶粒、消除混晶的作用。而退火后的正火不但沒起到細(xì)化晶粒的作用，反而使晶粒粗化，是因為再結(jié)晶的驅(qū)動力是馬氏體結(jié)構(gòu)缺陷遺傳以及加熱時α→γ相轉(zhuǎn)變所引起的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，使鋼產(chǎn)生內(nèi)硬化。內(nèi)硬化應(yīng)變能促使奧氏體在一定溫度下發(fā)生再結(jié)晶。因此，每次加熱前必須快冷，以保證有足夠相變，產(chǎn)生足夠大的驅(qū)動力來推動再結(jié)晶，否則再結(jié)晶不易進(jìn)行。

由此可見，退火+正火會使原本退火后細(xì)化的晶粒變得粗大，且混晶現(xiàn)象就是因為退火后的正火過程中驅(qū)動力不足、再結(jié)晶不充分所致。

綜上所述，一次退火可以明顯細(xì)化晶粒、消除混晶，且完全退火的效果更佳。

（3）解決方案 根據(jù)以上的試驗結(jié)果，對13級輪盤進(jìn)行了返修，將輪盤進(jìn)行810℃退火后再執(zhí)行調(diào)質(zhì)工藝。經(jīng)檢測各項力學(xué)性能均符合要求。金相檢測非金屬夾雜物尺寸在要求范圍內(nèi)，晶粒度達(dá)到9級，且非常均勻，沒有混晶現(xiàn)象出現(xiàn)，其晶粒度如圖5所示。進(jìn)行超聲波檢測，端面和外圓的檢測起始靈敏度均能達(dá)到φ1mm的要求。由此可見，在調(diào)質(zhì)前加一次完全退火工藝，即退火+調(diào)質(zhì)工藝可以細(xì)化晶粒，且防止混晶出現(xiàn)。

4.結(jié)語

（1）對組織遺傳較強(qiáng)的26Cr2Ni4MoV鋼退火可以有效細(xì)化晶粒，且完全退火比不完全退火細(xì)化晶粒的作用明顯。

（2）采用調(diào)質(zhì)前加一次退火工藝，可以明顯使晶粒細(xì)化，起到均勻組織消除混晶的作用，并執(zhí)行該工藝解決了輪盤因混晶而導(dǎo)致超聲波檢測草狀波的問題，最終生產(chǎn)出各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求的輪盤鍛件。

圖4 各熱處理模擬狀態(tài)的晶粒度照片（200×）

表6 經(jīng)不同工藝處理后試樣的奧氏體晶粒度

圖5 返修后輪盤的晶粒度照片（200×）

20150204