第三代核反应堆冷却泵电机用转子轴锻件的研制

2015-02-23李雅范郑吉伟赵忠刚谢新佳

上海大中型电机 2015年2期

关键词：热处理力学性能

张　鹏，李雅范，郑吉伟，赵忠刚，谢新佳

(1. 哈电集团哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨　150046；

2. 沈阳科金特种材料有限公司，辽宁沈阳　110101；

3. 中国第一重型机械集团公司，黑龙江齐齐哈尔　161042)

第三代核反应堆冷却泵电机用转子轴锻件的研制

张鹏1，李雅范1，郑吉伟1，赵忠刚2，谢新佳3

(1. 哈电集团哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨150046；

2. 沈阳科金特种材料有限公司，辽宁沈阳110101；

3. 中国第一重型机械集团公司，黑龙江齐齐哈尔161042)

摘要：403马氏体不锈钢转子轴锻件，为能够获得良好的磁性能、较高的强韧性、高的抗弹性变形能力及拥有较高的寿命,通过采用EAF+VOD+ESR三联冶炼工艺，获得高致密、高纯度、低偏析的纯净钢液；通过选择合理的锻造工艺，充分破碎钢锭的晶粒，提高材料各项组织均匀性及组织致密性；选择合适的热处理工艺获得稳定的回火马氏体组织，较低的残余应力。最终获得满足力学性能要求、磁性能要求的合格转子轴锻件。

关键词：冶炼；锻造；热处理；力学性能

0引言

403转子轴不锈钢锻件是第三代核主泵电机中最为重要的传动部件，在恶劣的环境中始终处于高速旋转的工作状态，同步转速可达1 800 r/min，因此要求其具有良好的磁性能、强韧性和高的抗弹性变形能力和高寿命，才能确保60年的设计寿命。因此，需要采用合理的熔炼工艺以获得合理的化学成分，采用适当的锻造工艺，以获得均匀致密的组织结构，采用优化的热处理工艺以获得稳定的回火马氏体组织及较小的残余应力，最终获得力学性能、磁性能都满足要求的轴锻件。

1冶炼工艺

403马氏体不锈钢在热变形时很容易开裂，因此要求有纯净度较高的低偏析的钢锭作为原材料。因此如何获得高纯净度的钢锭是本课题的研制难点，为了克服此难点，获得纯净、杂质含量低、组织均匀、良好力学性能的轴锻件，应选择采用EAF+VOD+ESR三联工艺冶炼钢液。此工艺即由电弧炉熔炼粗钢液，经预脱碳，脱磷及合金化后倒入真空吹氧精炼炉中进行脱碳、脱氧、脱硫、脱气和还原，出钢前进行成分微调和氮合金化。为了改善钢锭的冶金质量和提高材料的利用率，再进行电渣重熔精炼，与一般的熔炼方法不同，电渣重熔把精炼和铸锭台合二为一，在同一个水冷铜模中进行，不接触耐火材料。电渣重熔时熔渣的覆盖避免了一般冶炼方法在钢液浇注过程中的二次氧化，消除了夹杂物的外部来源。电渣重熔过程中，金属是以薄膜形式熔化，以细小熔滴下落穿过熔池。钢反应界接触界面大，加之渣池过热度大，电磁力及热对流的强烈搅拌，电制度、渣制度、温度制度、脱氧制度和速度制度等工艺自由度大，可对重熔金属的不同杂质实现有选择性的可控精炼，这些都为金属的充分熔炼及高的纯净度提供了可靠的保证。电渣锭在顶部大功率高温电渣加热，底部强制水冷具有很陡的温度梯度的条件下，边精炼边凝固，即以微量的液态金属渐进定向结晶的方式进行可控快速凝固，不但凝固收缩可以源源不断的得到电极金属的补充，而且枝晶间距小，因此组织致密，成分均匀，模壁与钢锭之间形成的薄薄的渣皮还使电渣锭表面平滑光洁，不锈钢电渣锭无需精整剥皮，可直接锻造。因此经电渣重熔后，钢锭的利用率大大提高，而废品率极低。

经过三联工艺冶炼后的钢锭组织均匀、致密，气体、夹杂物少，化学成分如表1。

表1　冶炼钢锭的化学成分

采用三联工艺冶炼出合格的钢锭，锻件在钢锭中的位置图如图1。

图1　轴用电渣锭草图及锻件在钢锭中的位置图

2锻造工艺

2.1　锻造工艺目标

核主泵电机要求轴锻件具有很高的综合性能指标，因此必须选择合理的锻造工艺。充分破碎钢锭的晶粒，细化晶粒，增加晶界，提高材料各向组织均匀性及致密性，良好的力学性能是主要的工艺目标。

整个锻造过程确定锻造的始终温度、终锻温度及锻造比为难点。根据铁碳相图初步确定始锻温度1 150℃，温度太高容易使钢锭产生过烧，对于大型锻件锻造，最后一火的始锻温度，应根据剩余锻比确定，以避免锻后晶粒粗大。确定终锻温度时，如果温度过高，会使锻件晶粒粗大，甚至会出现魏氏组织，降低钢锭的成品率，温度太低又会增加金属流动的变形抗力，不仅导致锻造后期加工硬化严重，可能引起断裂，而且会使锻件局部处于临界变形状态，产生粗大晶粒。增加成本。因此，通常钢的终锻温度应高于其再结晶温度，综合考虑拟定850℃为钢锭的终锻温度。

在前期实验过程中，对45×45×L实验用料在锻造过程中选取单一拔长变形，总锻比为4，经热处理后性能检测满足要求。

a) 拔长压钳口

随后试制产品件，尺寸为φ970×φ920×2 355的电渣锭在锻造过程中进行充分变形的锻造工艺并严格控制加热温度、保温时间和每一火次的变形量。从而提高材料的综合性能指标要求。

2.2　具体锻造工艺

轴在6 000 t压机上进行锻造，锻造用钢锭在100 t煤气加热炉中进行加热。采取500℃以下装炉预热后转入加热炉中继续加热，850℃均温，1 180℃透烧的加热工艺，第一火加热曲线如图2，其余火次的工艺如下。

CEACAM5是人类组织和肿瘤细胞分化及增殖的重要调节分子，可作为结直肠癌肝转移早期复发的预测标志[13]，并在2型糖尿病血清中显著高表达[14]。本研究显示CEACAM5在结直肠癌样本中高表达，但在不同血糖状态肿瘤样本中的表达无差异，其mRNA表达与结直肠癌血管累及、原发灶浸润深度、TNM分期均呈显著正相关，CEACAM5与结直肠癌病程进展密切相关。

本文采用2005—2015年《海南省统计年鉴》《海南省环境状况公报》的原始数据，构建海南省旅游经济与生态环境协调发展指标体系(见表1)。

图2　轴用钢锭第一火加热曲线

锻造工艺流程：

第四，“高校师资培训一体化”认同上存在差异。认同是影响师资培训效果的重要因素，甚至是关键因素，但又是常被忽略的因素。北京聚集了全国的优质教育资源，对津冀的高校人才产生了“虹吸效应”，高等教育超常规发展，优势和“优越感”并存。津冀教师希望能够借助这些资源来提升自己，而北京的师资在本地区即可获取优质资源，加之传统观念和惯性思维，缺乏协同发展的愿景和使命感，对于一体化的培训存在认同差异，“协同文化”需进一步形成。从2017年和2018年京津冀高校师资培训体系组织的相关培训来看，北京高校教师参与的积极性不高。

从工件本体上切取30×30×L的试料，在12 kW箱式电阻炉中进行970℃淬火和732℃回火，随后模拟消除应力处理，试验的力学性能见表2。

图3　轴拔长压钳口图

b) 拔长成型

第二火加热：1 180℃×6 h，锻后转热处理车间，进行锻后热处理。

c) 锻造的主要参数

在6 000 t油压机上进行锻造：拔长成型。坯料拔长到尺寸，精整。锻比为2.5。轴拔长成型图见图4。

图4　轴拔长成型图

体育小镇的空间布局受居民体育旅游需求以及体育旅游资源的吸引定向性等主客观因素的影响[8]。因此，体育小镇的空间布局需要考虑居民体育旅游的多样性偏好、出游半径以及出游成本等方面的因素，在空间布局过程中，应避免某一区域同类型体育小镇的重复建设，从异质性的角度出发，差异化布局，实现体育小镇优势互补。以环太湖体育圈为例，作为体育小镇空间布局的轴线，环太湖体育旅游资源有一定的相似性，在后续体育小镇的建设中，应发挥地域特色优势，如苏州渔洋山飞行伞训练基地、宜兴湖父镇竹海风景区等可依据特色体育项目开展体育小镇建设。

钢锭的收弧端(T端)切除量:1 000 kg占总重量的7.2%；

钢锭的底垫端(B端)切除量:1 000 kg占总重量的7.2%；

总锻造比为4。

单一的技术能力不能够满足企业用人需求，例如：java方向、不仅有java的教学内容，还需要前端开发技术、数据库、设计模式与架构、高并发与分布式技术、数据结构域算法。无经验的开发者都没有任何竞争优势，因此教师课堂教学有必要让企业中的项目案例，让学生在学校就满足企业要求的项目实战经验。再者，学生多元化的学习需求倒逼单一讲授教学模式的淘汰，教师应从教学方法进行改革，探索提高“教”与“学”效率的教学模式，如探索MOOC新型在线教学模式。

3热处理工艺

3.1　工艺试验

试验前查询国内外相关文献资料得知，970℃时该钢中合金元素已能充分溶解于基体中，达到材料较理想的淬火状态；732℃左右的回火状态，使材料达到该钢种的较大冲击韧性使用状态，通过大量金相组织观察，材料在732℃左右的回火组织较为均衡稳定。

在6 000 t油压机上进行锻造：拔长压钳口见图3。钢锭拔长到670 mm方，在收弧端压钳口，压670 mm方×250 mm长，拔至φ480×600。锻比为1.6。

如果不了解一些“特色”“怪味”酱料的原料，那就尽量少加点。怎么辨别是否是芝麻酱还是花生酱？芝麻酱的颜色发黑，吃在嘴里会有一丝苦味，而用花生制作的酱料颜色发黄，会有淡淡的甜味，仔细分辨可以察觉出来。

表2　工艺试验后试料的力学性能

通过试验结果得出材料的性能满足设计要求，因此确定此热处理工艺合理。

3.2　热处理工艺

为保证工件在热处理过程中不变形、不开裂、不弯曲，在工艺上采取如下措施：

1) 将轴放在井式炉的均温区中，垂直热处理；

2) 考虑到轴材料的导热率较低，且锻件尺寸较大，为避免热应力开裂，采取低温装炉和缓慢升温的措施；

3) 为提高淬透性，采取油冷淬火。

毛泽东的论述充满智慧的光辉和精神的力量，是马克思主义中国化的典范，也是中国共产党思想文化建设史上的一座里程碑。此后，经历新中国建立、社会主义改造、“反右”等政治运动，中国共产党基本上执行着毛泽东的这一文化思想。1978年底，中国共产党召开了十一届三中全会，确立了“一个中心（以经济建设为中心）、两个基本点（坚持四项基本原则，坚持改革开放）”的新时期治国方略。随着中国社会的逐步转型和国民思想逐步解放，一些在新中国成立后已经消失了的东西如反动会道门等又沉渣泛起。这种多元文化思想的碰撞、交叉，使得中国人民甚至某些共产党员在思想上产生了迷惘、彷徨。

开展港口码头船舶污染物接收处置能力建设首先需要明确“船舶污染物接收处置能力”的内涵和组成，这是船舶污染物接收处置能力建设开展的前提。

经过热处理后显微组织如图5。可以发现组织均匀致密，满足要求。