葛洲坝叶片热处理工艺

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作者：段振伟，张鑫，王清宇，陶韬

单位：哈尔滨电机厂责任有限公司

来源：《金属加工（热加工）》杂志

葛洲坝改造项目是公司的重点产品，也是公司第一次生产如此大吨位的轴流式叶片，叶片法兰直径将近1500mm，最大截面厚度将近600mm。在国内外生产历史上，截面如此大的铸件。在热处理时，均采用两次或三次性能热处理，方能保证热处理质量，这样的操作对能源造成了大量的浪费。为了达到提高生产效率及降低能源消耗的目的，我们对葛洲坝叶片热处理问题进行立项研究，最终满足葛洲坝叶片的批量生产。

1.确定装炉方式

为了保证叶片整体冷却速度基本一致，根据叶片结构，叶片采用立式装炉方式，并设计专用的热处理垫铁，把叶片法兰放置在专用热处理垫铁上。

2.葛洲坝叶片热处理垫铁设计

设计专用的热处理托盘，如图1所示。

设计专用的葛洲坝叶片插铁，如图2所示。

3.叶片装炉

葛洲坝叶片装炉前清理台车面，要保证台车面没有杂物，热处理托盘和叶片插铁按工艺要求放置好，叶片法兰立放在热处理托盘上，用楔铁固定后点焊牢固，再放置叶片插铁1，调整插铁位置。装炉方案按图3执行。

4.热处理工艺的制定及分析

葛洲坝叶片性能值没有特殊要求，工艺参数没有进行调整，只是针对本次工艺研究的目的，对保温时间和冷却方式进行了调整。

（1）保温时间

考虑了叶片厚薄不均的情况，保温时间过长可能会导致叶形晶粒过大，保温时间过短叶片法兰心部区域没有完全奥氏体化，所以，保温时间的控制非常重要。经过对比分析，以及和以前生产的类似产品进行比较，最终制定了符合葛洲坝叶片实际情况的保温时间。

（2）正火后冷却方式的调整

由于葛洲坝叶片法兰的下方有是冒口，轴径处还有较大的工艺增肉，在正火冷却过程中该区域蓄热过大，致使心部达不到工艺要求的冷却速度，从而导致叶片轴心部晶粒过大，最终导致UT探伤不合格。通过增加法兰及轴径局部冷却速度来达到细化晶粒的目的。

叶片整体采用风机进行吹风冷却。截面最大的区域采用喷雾冷却的方式进行冷却。在喷雾过程中，时刻观察叶片表面温度变化情况，及时调整喷雾方向及喷雾量。增加风机数量，单侧采用8台风机进行吹风冷却。通过改进工艺生产的叶片探伤情况可以得出：增加了风机及喷雾装置后，经过一次性能热处理的葛洲坝叶片性能（见附表）均满足了图样技术要求。叶片UT探伤结果来看，也满足了葛洲坝叶片图样的探伤要求。

经过一次热处理后的性能件

编号	σ0.2/MPa	σb/MPa	δ（%）	Ф（%）	HBW	AKV(室温)/J
1	610	841	19.5	71.0	255	117 110 108
2	580	795	21.0	68.5	246	123 125 130
3	614	781	22.0	65.0	248	131 128 125

5.经济效益分析

（1）葛洲坝叶片一次性能热处理周期在10天左右，每个热处理周期需要天然气约20000m³，燃气费用大约6万元，再加上其他消耗，每个炉次的成本大约为9万元。通过改进热处理工艺，可以减少最少一个热处理周期，可节约大量能源和资金，对公司节能减排的能源管理目标有很大促进意义。

（2）生产过程成本：葛洲坝每个热处理周期结束后，均需要进行卸炉、喷砂、气刨及打磨操作。减少一次性能热处理周期，可以节约大量生产过程成本和人工消耗。

（3）提高燃气热处理炉的使用效率：每减少一个热处理周期，可节省10天热处理时间，能够显著提高燃气热处理炉的使用率。

葛洲坝转轮每台有5个叶片，热处理工艺改进后，每台能源消耗可减少约10万m³，可节约资金约30万元，并且可以大量降低生产成本。通过工艺改进已经热处理叶片10余片，节约资金60万～100万元。

6.结语

（1）通过葛洲坝叶片的实际生产情况汇总及后序性能数据统计、UT探伤结果分析。所生产的葛洲坝叶片性能值全部满足其技术要求，法兰晶粒度检测也达到了图样的技术要求。

（2）热处理工艺改进后，叶片只需要一次性能热处理即可满足要求，显著的提高了热处理炉的使用效率。

（3）减少了一个热处理周期，节约了大量的燃气消耗和其他辅助消耗，达到了节能减排的效果。

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