发电机转子锻件

发电机转子锻件工艺分析
一、讨论题目及技术要求
1.题目：发电机转子锻件锻造工艺
锻件尺寸及基本要求如下图所示：
2.锻件技术要求
转子在工作时承受高速旋转（3000r/min）所产生的巨大离心力，同时还承受扭转和弯曲的应力。

因此，要求其强度高、韧性好、组织性能均匀、残余应力小等。

为保证上述性能要求，一般转子用材料为：34CrMo1A,34CrNi1A,34CrNi2A,34CrNi3A,25CrNiMoV,33CrNi4Mov 等，本锻件所选用的材料为30Cr1Mo1V。

3.转子用钢锭内部质量要求
随着大型发电机单机容量的不断增大，转子锻件也相应朝着大型化发展，为了保证锻件质量，钢锭的尺寸也趋于大型化，而钢锭的材料利用率却只有48％~60％。

从国外电站事故的分析中可以看出，转子断裂的原因除了应力集中、转子中心区横向塑性低和脆性转变温度较高外，主要是转子中还存在着大量的夹杂物和疏松等冶金缺陷，甚至有些还存在白点。

因此，钢锭在冶炼是采用先进的工艺方法，严格控制硫磷和其他有害元素的含量。

硫、磷含量应控制在0.01％
cm/100g。

浇筑也应采用真~0.015％以下，钢中氢气含量应低于2 3
空或其他先进方法，以降低有害气体含量，减少疏松程度。

4.转子锻件的生产流程
为了能使转子达到技术标准中的各项规定，在转子的生产过程的每一环节，都应有严格的技术规范和检测措施，用以保证转子锻件的质量。

转子锻件的生产流程如下：
冶炼—铸锭—加热—锻造—第一次热处理（锻后冷却及锻件热处理）—锻件外观检查—切取低倍试片—毛坯超声探伤—锻件初加工—超声波探伤—加工热处理吊卡头—第二次热处理—（调质）—切取性能试样、钻中心孔—检查内孔质量—超声波探伤—外观尺寸检查—合格件交付。

二、 发电机转子锻件生产流程 1. 钢锭的选型
1）冶炼方法
钢锭中的主要有害元素是硫、磷、氢。

所以，冶炼工艺的的主要任务是，保证钢液的化学成分符合钢种的要求，提高钢液纯净度或最大程度地减少硫、磷、非金属夹杂物及气体的含量。

发电机转子锻件所用的钢锭，主要是用双联法冶炼，即先将原料在碱性平炉中冶炼，去除硫、磷夹杂元素，其优点是对炉料要求不高，然后再将半成品钢液转入酸性平炉中精炼。

这种冶炼方法的主要优点是，碱性炉渣可以去除大量的硫、磷元素。

氢在碱性炉渣中的溶解度和扩散能力较大，因此碱性平炉钢液中含量高达6 ~8ppm 。

钢中非金属夹杂物主要是氧化物和硫化物。

酸性平炉是用酸性炉渣炼钢，应先进行精炼，氢在酸性炉渣中得溶解度和扩散能力较小，钢中的非金属夹杂物主要是硅酸盐，且呈球状分布。

钢锭用真空浇注法浇注。

2）锭型及钢锭规格尺寸
坯料质量计算
钢锭的利用率 =[1++]100%ηηηη-
⨯冒口烧损锭底（） 式中 =30%η冒口 =8%η锭底 =1.5%η烧损 切头质量 3
=0.21~0.23D G ρ切（） 式中 D ≈1.260m 3
7760Kg /m ρ= 钢锭质量 +G G G η
=
损
锻锭
代入数值，算得
=114G t
锭
由《锻压手册》查得，应选用重量为140t 的钢锭，钢锭的规格及具体尺寸如下图所示
钢锭图示
2.钢锭加热规范
根据材料特性查手册确定始锻温度为1250℃、终锻温度为800℃。

坯料是从炼钢车间铸锭脱模后直接送到锻压车间的热锭，表面温度较高，处于良好的塑性状态，温度应力小，装炉温度不受限制，入炉后便可以较大的加热速度进行加热。

选用的加热设备及说明如下表：
由于热钢锭表面温度一般不低于600℃），可确定装料炉温为1200℃，由材料特性得最高加热温度为1250℃，终锻温度为750℃。

由《锻压手册》查得加热速度 17c =℃/h
加热时间 12501200
317t h -==加热
保温时间 25h t =保温
锻件加热曲线
3.锻造工艺
1）确定锻造方法
锻件尺寸愈大钢锭中的，冶金缺陷愈严重，锻造改善缺陷愈困难。

因此，为生产出质量合格的大型锻件，就应根据锻件组织性能的具体要求，正确选用恰当的变形工艺，通过选择工具结构，改进操作方法，以及利用坯料不均匀的温度场和应力场等，是坯料锻透，内部空洞类缺陷得到焊合，从而达到改善锻件的内部质量和提高锻件力学性能的目的。

提高大型锻件质量的实践证明，拔长和镦粗是两个最基本也是最重要的变形工步。

在改进钢锭变形的新工艺方法中，应始终以这两种变形工步为基础，改变变形钢锭的受力状态。

锻造发电子转子锻件选用JTS锻造法，亦称为中心压实法、表面降温锻造法、硬壳锻造法。

工艺特点是：将钢锭倒棱后，锻成边长一定的方截面坯，然后加热到1220~1250℃（始锻温度）保温后，从炉中取出，表面采用空冷、吹风或喷雾冷却到720~750℃（终锻温度），钢锭表面形成一层“硬壳”，温度低、抗力大、不易变形；而被“硬壳”包围的心部，温度、抗力小、容易变形，因此，当对钢锭沿其轴线方向锻压时，心部处在强烈的三向压应力作用下，得到类似闭式模锻一样的强力变形，这样有利于锻合中心的孔隙缺陷，如果翻转90°再压一遍，中心压实效果更佳。

2）选取锻造设备
采用水压机锻造时，锻件成形所需最大变形力按下式计算：
P p F
·
式中 P————变形力（N）；
P————坯料与工具接触面上的平均单位流动应力（Mpa）；
F————坯料与工具的接触面在水平方向上的投影面积mm）；
（2
平均单位流动应力p按下式计算：
(1+
)()3s D
p MPa H
μσ=
式中 D,H ———分别为锻造终了时锻件的直径和高度； s σ————在相应变形温度下和速度下的真实流动应力
（Mpa ）；
μ————摩擦因数，热锻时取0.3~0.5。

代入数值，算得
p=102Mpa
P=8900t
由《锻压手册》查得所选取的设备为120000kN 水压机。

1.冒口端压钳把至ø1300，温度为1250℃~750℃。

2. 水口端切把至ø1300mm,温度为1250℃~750℃。

3.拔长压方1800mm ×1800mm
采用上下宽平砧，大压下量第一遍为≤300mm,应取≥500 m m
4.冒口端压钳把ø1350mm
剁切水口冒口,温度为1250℃~750℃。

5.表面降温锻造
采用鼓风喷水将方坯强冷到750℃，在平台上用小砧按1—2—3—4顺序压一趟，翻转90°再顺序压一趟，温度为1220℃~750℃。

6.由四方倒八方拔长，采用上下宽平砧，压下量第一遍≤200，以后可适当增大
修整水口端钳把ø1250mm,温度为1220℃~750℃。

7.坯料中间等温退火处理进行多次重结晶，以便超声波探伤检查。

8.将八方拔至ø1300mm
水口端压痕，压出Ⅰ、Ⅱ端，切除水口余料
冒口端压痕，切除冒口余料 ,温度为1220℃~750℃。

9.拔长冒口端至ø800mm
冒口端分段压痕，压出Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ段
修整、校直到锻件图尺寸，温度为1250℃~750℃。

4.锻件锻后热处理及冷却
1）基本要求
大锻件锻后冷却和热处理方式，包括锻后冷却、退火（低温退火、中间退火、完全退火、等温退火等）正火及回火，调质，还有等温冷却及起伏等温退火等。

大锻件热处理通常与锻后冷却结合在一起进行。

2）热处理及冷却
锻件热处理及冷却曲线
ž热处理工艺说明：
ž进行第一次过冷的目的是，使残余奥氏体迅速完全转变为贝氏体，并扩散锻件表层的氢。

接着加热到650-700℃保温，用以减
少温度应力。

然后继续加热到重结晶温度约为880~900℃，重结
晶作用是细化晶粒，还可以使心部氢向表层扩散。

炉冷后第二次
过冷，温度降为280~320℃，将奥氏体快速转变为细小而均匀的
贝氏体，同时使表层氢向表面扩散。

而后加热到630-660℃做长
期保温，除继续使氢扩散之外，还能降低组织应力。

由于这时钢
具有一定塑性，可以较快冷却到400℃。

以后因钢塑性低及接近
马氏体转变温度，则应缓慢冷却到350℃后再出炉，出炉温度约
为150℃。

5.经检验合格，交付。

参考文献：
［1］姚泽坤. 《锻造工艺学与模具设计》.西北工业大学出版社［2］张志文. 《锻造工艺学》.机械工业出版社
［3］《锻压手册》.机械工业出版社。