30Cr1Mo1V转子缺陷分析

30Cr1Mo1V转子是汽轮发电机机组的核心产品，也是我公司生产的主要产品。我公司近期生产的10万级以上30Cr1Mo1V转子探伤经常发现单个不超标缺陷，锻件缺陷位置分布较为规律。为此我们对近两年来生产的30Cr1Mo1V转子质量进行了统计分析，并对其中一件探废的20万级30Cr1Mo1V转子进行了解剖分析。

转子类产品在锻件市场里属附加值略高于其他锻件的产品。近几年国内主要由一重、二重、上重及太重生产锻件毛坯，之后发往生产发电机整机的厂家，再由整机厂家进行后续的精加工及组装。转子是发电机的心脏，因此对超探及性能的要求都很高，尤其超探的超标缺陷，对转子的影响是致命的，不存在任何让步的空间。

投产情况

2016年初至2017年底共生产30Cr1Mo1V转子34件，其中报废2件（比率5.9%），探伤发现不超标缺陷5件（比率14.7%），其余为探伤无缺陷的合格产品。

工艺简介

30Cr1Mo1V转子产品主要生产工艺流程为：冶炼钢锭—锻造（锻件成形）—锻后热处理—调质前粗加工（加工后UT）—调质（性能热处理）—性能检验—终探前加工（最终UT）—开槽加工—消应力处理—热跑前加工—热稳定性试验—包装发货（全部指标检验合格后）。

材质30Cr1Mo1V转子钢锭要求真空碳脱氧方式进行冶炼，冶炼过程为电弧炉冶炼—精炼炉精炼—真空处理—真空碳脱氧浇注。化学成分要求见表1。

转子在125MN油压机上锻造成形，锻造加热过程中进行了足够时间的高温扩散，经过3次拔长2次镦粗，锻比在5以上。有问题的转子其缺陷主要集中在转身区域，虽然有较大的变形，但仍未解决缺陷问题。锻后热处理采用三次过冷+两次正火+一次回火，确保组织转变充分，并保证扩氢时间充足。

表1 30Cr1Mo1V转子化学成分要求（重量百分含量）

图1 转子缺陷图

解剖分析

2017年初，在理化实验室对炉号293-1-3-1的20万级30Cr1Mo1V转子进行了解剖分析。

该转子规格为φ980mm×7200mm，调质前粗加工后对其超探，发现转身300mm左右范围内有一处连续φ2～φ5mm缺陷（图1），严重超出订货厂家的验收标准要求，导致该转子报废。为确定缺陷性质，找出报废原因，我们经探伤人员精准定位后选取缺陷位置，最终选择A位置进行了解剖分析，对此处分别进行了低倍、高倍和微观断口检测。

低倍检验

在指定位置锯取试片取样后进行酸浸，结果如下：

一般疏松、中心疏松、锭型偏析均为1.0级；一般点状偏析4.0级；无边缘点状偏析、白点、残余缩孔；无皮下气泡、翻皮、非金属夹杂及夹渣和异金属夹杂物；边缘有折叠裂纹一条，深约15mm（图2、图3）。

硫印为1.0级，如图4所示。

高倍检验

检验部位为低倍小裂纹缺陷处，缺陷处微观形态为大量密集分布的夹杂物，图5、图6所示分别为缺陷处高倍（100×）、缺陷处高倍（500×）图。

图2 取样试片

图3 取样试片放大图

图4 低倍酸浸宏观形貌

图5 缺陷处高倍（100×）

图6 缺陷处高倍（500×）

图7 断口扫描

微观断口

缺陷处人工开断口，微观断口显示为大量渣条。渣条处情况如图7所示，能谱分析显示为硫化物夹杂（图8）。

试验结论

通过低倍、高倍和微观断口检测显示，小裂纹性质为原材料中存在大量硫化物夹杂。最终由于硫化物夹杂类缺陷聚集产生连续缺陷，导致产品报废。为此我公司与冶炼分公司进行了深入的交流及讨论，确定解决措施，避免类似问题再次发生。

解决措施

通过对近两年生产的30Cr1Mo1V转子探伤缺陷分析及解剖分析，我公司研究决定，需要从以下方面控制产品质量：

⑴对钢锭原材料进行严格控制；

⑵冶炼过程中控制好造渣、洗包、真空度、钢水量、精炼、吹氩等关键环节；

图8 能谱分析

⑶锻造过程中，控制好底部和冒口的切除量（对切下底部及冒口余料进行称重，精确控制切除量），控制好大变形的压下量；

⑷锻造加热及锻后热处理过程中要严格控制炉温，对于截面较大的产品进行产品表面敷热电偶。以料温为主，确保过程中的保温时间。