特大型鍛鋼件的熱處理規范國家標準化管理委員會I前言 12規范性引用文件 13術語和定義 14基本要求 15熱處理設備 25.1加熱設備 25.2冷卻設備 25.3相關工裝輔具 26熱處理工藝 26.1熱處理工藝內容 26.2轉子鍛件 26.3支承輥鍛件 36.4容器鍛件 37熱處理操作和過程控制 37.1一般要求 37.2轉子鍛件 37.3支承輥鍛件 47.4容器鍛件 48質量控制與檢驗 58.1制造大綱 58.2超聲檢測 58.3力學性能試驗 58.4檢測設備與操作人員要求 59安全、衛生和環境保護要求 5附錄A(資料性)特大型鍛鋼件常用材質的化學成分 6附錄B(資料性)轉子鍛件常用材質的熱處理工藝參數 7附錄C(資料性)特大型支承輥常用材質的熱處理工藝參數 9附錄D(資料性)容器鍛件常用材質的熱處理工藝參數 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業聯合會提出。本文件由全國大型鑄鍛件標準化技術委員會(SAC/TC506)歸口。本文件起草單位：二重(德陽)重型裝備有限公司、中國第一重型機械股份公司、上海電氣上重鑄鍛有限公司、太原重工股份有限公司、中信重工機械股份有限公司。1特大型鍛鋼件的熱處理規范1范圍本文件規定了采用250t以上鋼錠鍛制的特大型鍛鋼件熱處理的技術要求和工藝方法。本文件適用于鋼錠重量大于或等于250t,鍛件材質以Ni2、Ni3、Ni4系列轉子材料，Cr2、Cr3、Cr4系列支承輥材料，12Cr2Mol、12Cr2MolV容器材料，20MnNiMo核電材料等為典型代表的能源、冶金、石油化工等行業重型裝備用特大型鍛鋼件的熱處理，特大型鍛鋼件常用材質的化學成分見附錄A,其他材質特大型鍛件參考本文件實施熱處理。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T7232金屬熱處理工藝術語GB/T13324熱處理設備術語GB15735金屬熱處理生產過程安全、衛生要求GB/T16924鋼件的淬火與回火GB/T27946熱處理工作場所空氣中有害物質的限值GB/T30822熱處理環境保護技術要求GB/T32541熱處理質量控制體系GB/T37559—2019大型鍛鋼件的正火與退火3術語和定義GB/T7232、GB/T13324和GB/T37559—2019界定的以及下列術語和定義適用于本文件。特大型鍛鋼件super-scalesteelforgings單件采用250t以上鋼錠鍛制的鋼質自由鍛件。4基本要求4.1制造廠應有完善的質量保證體系，應具有生產過類似材料、相近尺寸的鍛件的業績或經過評審類似鍛件的經驗。4.2熱處理之前應對工藝方案進行評定。工藝方案包括工藝方法、吊裝方法、使用的工藝裝備及必要的輔具、必要的技術措施、安全措施及工藝參數等。工藝方案通常宜采用成熟的工藝參數，允許根據實際情況稍微調整。4.3為保證鍛件質量的可控性，制造廠應具備特大型鍛鋼件的冶煉、鍛造和熱處理的能力。25熱處理設備5.1加熱設備5.1.1制造廠應具有足夠承載能力和尺寸的大型加熱設備，并與產品等級需要相匹配。5.1.2特大型鍛鋼件用加熱設備有效加熱區的溫度均勻性應不超過±15℃,其余應符合GB/T169245.1.3加熱設備應能實現升降溫速度可調可控。5.1.4溫度測量和控制系統應符合GB/T37559—2019中5.2的規定。5.2冷卻設備5.2.1制造廠應具有足夠能力的大型淬火裝置。適用的淬火冷卻方式包括浸液、噴淋、噴霧、鼓風等。5.2.2為減小特大型鍛鋼件淬火熱應力和提高性能均勻性，冷卻裝置應保證鍛件在冷卻過程中各位置得到盡量均勻的冷卻效果，可采用旋轉裝置、水流攪拌裝置、導流裝置等輔助裝置。5.3相關工裝輔具5.3.1為滿足特大型鍛鋼件的加熱和淬火，制造廠應具有足夠承載能力的起吊裝置，如行車、旋轉裝5.3.2為保證熱處理過程的操作安全性，特大型鍛鋼件在加熱過程中宜采用坐式或臥式支撐，不宜采用懸掛式。6熱處理工藝6.1熱處理工藝內容熱處理工藝應包括以下內容：a)熱處理工藝類別、采用的熱處理設備名稱、加熱保溫方法、待處理產品的產品編號及名稱等；b)熱處理規范(升溫速度、保溫溫度和時間、降溫速度和方法、進爐溫度、出爐溫度等);c)熱電偶的安裝數量及布置方位、固定方法(如有);d)工件在爐中的放置位置、支墊方法和間距要求；e)熱處理后檢驗標準及其他要求。6.2轉子鍛件6.2.1鍛后熱處理鍛后熱處理采用正火加回火或其他經評審合格的熱處理工藝。鍛件應在正火溫度下保持足夠長的時間，以保證組織充分奧氏體化和均勻化，再以規定的方式冷卻到相應的組織轉變溫度以下，隨后進行回火，采用爐冷或空冷的方法進行冷卻。轉子鍛件常用材質的正火和回火工藝參數見附錄B。6.2.2性能熱處理原則上，鍛件粗加工后應在垂直狀態下進行性能熱處理。根據材質的不同，性能熱處理一般為淬火和回火，鍛件采用浸液、噴淋等方式，直到鍛件表面溫度小于80℃為止。回火溫度通常以相關產品標準或用戶協議規定溫度值為最低溫度，原則為達到強度要求時，韌性最3好的溫度。回火期間，控制好保溫時間及冷卻速率，使殘余應力達到最小。轉子鍛件常用材質的淬火和回火工藝參數見附錄B。6.3支承輥鍛件6.3.1鍛后熱處理對于特大型支承輥鍛后熱處理一般采用正火加球化退火加回火。正火溫度下保持足夠長的時間，以保證組織奧氏體化和均勻化；球化退火及去氫溫度下的保溫時間應足夠長(去氫保溫時間應根據鋼中的實際氫含量設定),以得到韌性良好的球狀珠光體組織，同時還能防止產生白點或氫脆。特大型支承輥鍛件常用材質的鍛后熱處理工藝參數見附錄C。特大型支承輥應進行適當的預備熱處理，方式通常為正火加回火或調質處理，以使得輥頸力學性能滿足技術要求。特大型支承輥鍛件常用材質的預備熱處理工藝參數見附錄C。特大型支承輥應進行表面淬火處理，以得到滿足使用要求的工作層。特大型支承輥鍛件常用材質的表面淬火工藝參數見附錄C。6.4容器鍛件鍛后熱處理推薦為正火加回火。鍛件應在正火溫度下保持足夠長的時間，以保證組織奧氏體化和均勻化，冷卻到相應的組織轉變溫度以下，隨后進行回火，回火后爐冷或空冷。容器鍛件常用材質的鍛后熱處理工藝參數見附錄D。性能熱處理為正火和回火。正火時允許水淬加速冷卻，熱處理工藝可根據化學成分、截面尺寸由制造廠決定。冷卻速度以保證達到要求的力學性能為原則。容器鍛件常用材質的性能熱處理工藝參數見附錄D。7熱處理操作和過程控制7.1一般要求熱處理操作和控制應按熱處理工藝及工藝技術文件執行。在工件裝爐前應對熱處理設備、測量儀器、所需工裝輔具進行檢查確認，確認所用的測量和記錄儀表的精度、量程是否符合工藝和產品標準的要求。熱處理操作人員應進行熱處理記錄(注明熱處理爐號、工件號、熱處理日期等)并簽字，并由熱處理質量檢查人員審核確認。7.2轉子鍛件轉子鍛件毛坯入爐前應對毛坯表面質量情況進行檢查。如有明顯的鍛造裂紋、重皮、折疊、縮孔等4影響后續熱處理質量的表面缺陷，應予以清除。轉子鍛件毛坯在爐內應合理擺放。墊鐵高度應大于或等于500mm,每根坯料應至少采用4個墊鐵(軸身2個，軸頸2個)支撐，并在間隙處加入楔鐵，防止鍛件毛坯松動和在處理過程中產生較大變形。如多根鍛件毛坯同爐處理，毛坯間隙應大于或等于200mm,且坯料距爐門應大于或等于500mm。7.2.2性能熱處理轉子入爐前應對表面質量情況進行認真檢查，如發現有裂紋、黑皮等表面缺陷應予以清除。在井式爐處理時，轉子吊裝應垂直。回火保溫階段，每班應至少檢查兩次熱電偶孔的密封情況。特殊情況下，在臺車爐處理時，轉子應放置在有效加熱區內，并繪制實際的裝爐草圖及外接熱電偶的布置位置。浸水淬火時，水應循環，水溫應小于或等于35℃。7.3支承輥鍛件7.3.1鍛后熱處理支承輥鍛件毛坯入爐前應對毛坯表面質量情況進行檢查。如有明顯的鍛造裂紋、重皮、折疊、縮孔等影響后續熱處理質量的表面缺陷，應予以清除。支承輥鍛件毛坯在爐內應合理擺放。墊鐵高度應大于或等于500mm,并在間隙處加入楔鐵，防止鍛件毛坯松動。如多根鍛件毛坯同爐處理，毛坯間隙應大于或等于200mm,且坯料距爐門應大于或等于500mm。7.3.2預備熱處理支承輥入爐前應對表面質量情況進行認真檢查，如發現有裂紋、黑皮等表面缺陷應予以清除。通常采用高度大于或等于500mm墊鐵，工件裝爐，置于爐膛有效加熱區，并注意燒嘴位置。同時，工件擺放應塞緊、墊平，并繪制實際的裝爐草圖及外接熱電偶的布置位置。支承輥表面淬火宜在大型差溫(有效加熱區直徑大于或等于1800mm,長度大于或等于3500mm)爐加熱，推薦大型鼓風噴霧或噴水裝置上進行淬火。點爐前檢查：對表面質量情況進行認真檢查，如發現有裂紋、黑皮等表面缺陷應予以清除；對差溫爐及噴淬裝置進行全面檢查，確保設備運行狀態良好。7.4容器鍛件7.4.1鍛后熱處理容器鍛件毛坯入爐前應對毛坯表面質量情況進行檢查。如有裂紋、重皮、折疊、縮孔、夾渣等表面缺容器鍛件毛坯在爐內應合理擺放。墊鐵高度應大于或等于500mm,毛坯間隙應大于或等于200mm,且坯料距爐門應大于或等于500mm。7.4.2性能熱處理按工藝要求裝爐。工件宜采用立裝，通常采用高度大于或等于500mm墊鐵，工件裝爐，置于爐膛制實際的裝爐草圖及外接熱電偶的布置位置。操作時應保證爐膛溫度均勻，不應出現局部加熱不足或過熱，均熱要求鍛件溫度與爐膛溫度一致才5能保溫。8質量控制與檢驗8.1制造大綱需方有要求時，制造廠應編制制造大綱，制造大綱為一份生產鍛件的詳細的制造、檢驗和試驗操作規程的計劃書，應包含鍛件制造流程、制造工藝和制造設備等。8.2超聲檢測特大型鍛鋼件應在鍛后熱處理后、調質處理或預備熱處理前按產品標準要求進行超聲檢測，檢測結果應符合產品標準要求。特大型鍛鋼件應在性能熱處理之后按產品標準要求進行超聲檢測，檢測結果應符合產品標準要求。如果發現將在最終產品中出現的不符合產品標準要求的信號，應由供需雙方協商后續處置方案。8.3力學性能試驗性能熱處理后，制造廠按相關產品標準要求對鍛件進行力學性能試驗，試驗結果應符合產品標準要求。8.4檢測設備與操作人員要求工件質量檢測所采用的計量類設備應有計量部門檢定合格的證書，且在有效期限內。熱處理操作人員應具備相應的熱處理知識和具有相關設備操作證并應經過專業培訓和考核。制造廠應評估熱處理操作人員的水平并按照人員水平安排相應的熱處理工作。9安全、衛生和環境保護要求熱處理生產過程的安全、衛生應符合GB15735的規定。熱處理工作場所空氣中有害物質的限值應符合GB/T27946的規定。熱處理生產過程中產生的氣體和液體等的排放和處理應符合GB15735、GB/T30822的規定。6(資料性)特大型鍛鋼件常用材質的化學成分特大型鍛鋼件常用材質的化學成分見表A.1。表A.1特大型鍛鋼件常用材質化學成分%材料牌號化學成分(質量分數)來源CMnPSNiMoV其他元素22Cr2Ni3MoV0.20~0.10~0.40~1.50~2.80~0.40~采用真空碳脫氧時：Si≤0.10;Al≤0.010;Sn≤0.015;Sb≤0.0015(目標值);As≤0.02025Cr2Ni4MoV0.15~1.50~3.25~0.20~0.05~采用真空碳脫氧時：Si≤≤0.1030Cr2Ni4MoV0.20~1.50~3.25~0.25~0.07~Al≤0.010;Sn≤0.015;Sb≤0.0015(目標值);As≤0.02040Cr3MoV0.35~0.40~0.50~3.00~0.50~40Cr4MoV0.35~0.40~0.50~3.00~0.50~45Cr4NiMoV0.40~0.40~0.60~3.50~0.40~0.40~0.05~0.30~2.00~0.90~NB/T470080.30~2.00~0.90~0.25~Nb≤0.070;Ti≤0.030;B≤0.002NB/T4700820MnNiMo0.17~0.15~1.20~0.40~0.45~NB/T470087溫度/℃溫度/℃(資料性)轉子鍛件常用材質的熱處理工藝參數轉子鍛件常用材質的正火和回火工藝參數見圖B.1,淬火和回火工藝參數見圖B.2。凹火溫度均熱保溫冷卻升溫均熱保溫時問/h40～50>1600～170045～55>1700～1800>1800～1900>1900～200022～2760～70>2000～210025～3065～75>2100～220028～33>2200～2300>2300～240080～90>2400～250085～90>2500～260041～4890～105>2600～270044～5295～110>2700～280048～56>2800～2900>2900～300025Cr2Ni4MoV、30Cr2Ni4MoV材質的轉子鍛件可參照本曲線進行設計。圖B.1轉子鍛件常用材質的正火和回火工藝參數8溫度/℃溫度/℃淬火溫度回火溫度升溫保溫噴水冷卻升溫保溫冷卻時間/h40～50>1600～170045～55>1700～180040～50>1800～190045～55>1900～200060～70>2000～210065～75>2100～220060～70>2200～230065～75>2300～240080～90>2400～250085～90>2500～260080～9090～105>2600～270085～11095～110>2700～280090～115>2800～290095～120>2900～300025Cr2Ni4MoV、30Cr2Ni4MoV材質的轉子鍛件可參照本曲線進行設計。圖B.2轉子鍛件常用材質的淬火和回火工藝參數9溫度/℃溫度/℃(資料性)特大型支承輥常用材質的熱處理工藝參數特大型支承輥常用材質的鍛后熱處理工藝參數見圖C.1,預備熱處理工藝參數見圖C.2,表面淬火熱處理工藝參數見圖C.3。正火溫度正火溫度球化溫度1球化溫度2冷卻冷卻保溫冷卻升溫