LZ锻造压实理论在工业汽轮机转子上的应用

LZ锻造压实理论在工业汽轮机转子上的应用刘秀珍高全德中原特钢股份有限公司河南济源454685摘要：本文介绍了公司生产的28CrMoNiV汽轮机转子在轴身主变形阶段利用LZ锻造压实理论合理选择砧宽比与料宽比，实现压实效果；在轴颈成型及精整阶段改变本厂传统的在上下平砧上拔长、滚圆，改为在上平下V砧上拔长、滚圆，并合理调整压下量与翻转角度的匹配关系，有效防止了裂纹的产生和扩展，使探伤要求达到了用户要求。同时，通过试制发现，探伤合格率进一步提高，台阶偏心控制在要求范围之内，进一步验证了锻造过程的科学合理，为将来大锻件锻造积累了宝贵的经验。关键词：LZ锻造法、砧宽比、料宽比、上平砧下V砧1引言近年来,随着中国经济的蓬勃发展,电力不足的问题日益突出。为此,各地陆续兴建了许多大型电厂，对发电机组的需求也日益增多。而作为发电机组中重要零部件的汽轮机转子，特别是各种综合性能较好的新材料转子其需求也随之增加。其中，杭汽转子规格相对较大，内部质量、性能等均要求较严,而且转子所用材料锻造时易产生表面裂纹，但产品附加值相对较高，所以我公司研究决定对汽轮机转子进行试制生产，探索锻造工艺环节的参数，并对参数进行确定，从而开发出合格的新产品，增加公司产品品种，扩大市场空间。2锻造过程2.1主变形阶段锻造2.1.1LZ锻造法简述LZ锻造法【1】是1994年提出的，该理论论证了只有砧宽比W/H一个参数的不足，补充了一个工艺参数——料宽比B/H。在此理论的指导下，形成了同时用两种工艺参数控制锻件内部质量的拔长工艺，简称LZ锻造法。如图1所示。文献【1】指出为实现较好的锻造效果，选用压下率η1=10.5%，ηi=20%(i=2,3,4...),可满足其他工艺参数达到最佳配比；砧宽比在0.85～1.06范围内时不出现轴向拉应力，料宽比在0.85～1.18范围内时不出现横向拉应力。我公司采用此种方法，生产的转子解决了探伤不合的问题。ZYX图1LZ锻造法1—上砧2—坯料3—下砧2.1.2公司应用实例我公司采用21.5t钢锭，镦粗后钢锭直径为φ1520，转子轴身直径为φ785，锻件图如图2所示。（热）(热）(热）(热）热(热）(热）热（）（）～图2转子锻件图主变形阶段主要考虑的是保证压实效果，破碎钢锭内粗大的柱状晶和夹杂物，焊合心部缺陷。为此，考虑了压下量、砧宽比与料宽比等因素。因此，主变形阶段锻造过程及参数如表1所示。从表中可见，锻造参数几乎均在LZ锻造法所要求的范围内变化。2.1.3有限元模拟结果针对以上所设计的工艺参数，在实施以前我们通过计算机仿真模拟手段，进一步确定其参数的准确性。根据表1的参数，我们利用Deform模拟软件，对锻件中心应力状态进行了模拟，模拟结果如下：2.2成型阶段锻造型砧拔长圆轴常用的方法有上下型砧拔长、上平下V形砧拔长，我公司力求通过上平下V形砧拔长使锻件能够具有较好的锻透性且能有效的防治偏移的发生。经过大量的试验研究，我们克服了困难，成功的研究出了使用上平下V砧锻造阶梯轴的关键技术。制定了上平下V砧锻造阶梯轴台阶的操作原则，明确了坯料转动角度与压下量的匹配关系等。压下量较小时，坯料轴心区域存在较大横向拉应力，不利于缺陷的压实；压下量较大时，有利于缺陷的进一步压实，但是坯料转动后压缩时易发生压偏，导致轴线偏移量增大。因此，我们选择的压下量是10%～15%【2】，翻转角度我们选择45°，滚圆时选择30°。表1主变形阶段锻造过程参数工步压前H0/mm压后H/mm压下率/%砧宽比B/H翻转角度/度送进量/mm料宽比/mm11520136010.50.78901200121550138510.50.7749012000.87731385111519.50.866901200141545124519.40.7779012000.7215123599519.40.9729012001.00861370110519.30.8769012000.7257111089019.80.9019010000.9958122598519.60.8169010000.7299100080519.50.1009010000.98410110088519.60.9099010000.7341191073019.80.879909000.9731299080019.20.909909000.734我公司使用宽度700mm上平砧、下V砧，下V砧120°V型角、开口宽度880mm，两端小台卡台后在上下平砧上拔长至热φ797。根据操作原则，经理论分析与计算，确定拔长台阶的工艺参数，如表2所示。表中1～6工步是对φ480台阶进行拔长；7～10工步是对φ360台阶进行拔长。表2上平砧下V砧锻造台阶工艺参数工步翻转方式/度压前当量直径/mm压后当量直径/mm压下次数压下量/mm上下砧间距离/mm14576068547547524568561547040034561555046534044555049545528553049548712-280645-4878-2807454874354502258454353904451809453903604301401030-36012-1403生产实践统计结果及分析我们随机抽取了30件产品进行结果统计，结果如下表3。表中统计了产品偏心（距锻件中心线偏移距离）及探伤情况。表3统计结果锭件号φ480台偏移距离/mmΦ360台阶偏移距离/mm超声波探伤10A012356合格10A012447合格10A012555合格10A0126610合格10A012849机加后合格10A013556合格10A0139412合格10A0140311合格10A0141510机加后合格318003-149探伤表面质量差，在此条件下检测，冒口锯切线200~1200中心50~150范围有断续条状缺陷。318003-2610合格-348机加后合格10A0088库存锭-177合格-256合格-345合格10A0089库存锭-1511合格-265合格-346合格10A0202补料58合格10A0203补料36合格10A020757合格10A020847合格10A0213510合格10A0214611合格10A0215511探伤表面质量差，在此条件下检测，冒口第一、二台阶中心范围100有条状缺陷，冒口大台阶0～600中心范围250头分散缺陷，不合格。10A0218711合格10A0219510合格10A022065合格10A022156合格10A022245合格从表中可以看出，30件产品中只有两件探伤不合格，其余均合格，探伤合格率达到了93%，较之前提高了23%。φ480台阶偏移距离基本控制在5mm内，φ360台阶偏移距离基本控制在10mm以内，实现了新的突破。4结论⑴LZ锻造压实理论经生产实践证明科学合理，并能很好的与生产结合使用。⑵本文推荐的LZ锻造压实理论及参数可以广泛的应用于大型锻件的生产。在实际生产中具有应用广泛、准确度高等优点，能较好地保证锻件质量，特别是对于大锻件的锻造，给大锻件的生产提供了依据。⑶本文推荐的上平砧、下V砧拔长台阶轴方法，使得一些企业在不具备型砧拔长的条件下，能够高效、高质量的完成生产任务。解决了转子产品探伤及裂纹问题，同时，也可用于其它大锻件的生产。参考文献[1]刘助柏,倪利勇,刘国辉.大锻件变形新理论新工艺北京：机械工业出版社2009：133-135