汽轮机主油泵34CrAlNi7-10材料锻造性能研究
2018-09-26

根据汽轮机主油泵国产化研制工作需要，需加速汽轮机机组主油泵关键零部件国产化进程。主油泵中关键部件之一的齿轮材料采用全新牌号—34CrAlNi7-10。为确定该材料加热温度及锻造工艺参数，同时掌握主油泵中齿轮毛坯的锻造工艺，东方汽轮机有限公司制造技术处研发人员对该材料的核电主油泵齿轮锻件毛坯的制造进行了试验研究。

研究目的：确定34CrAlNi7-10材料的加热温度曲线及锻造工艺参数，实现核电主油泵齿轮毛坯制造国产化，并指导今后同类材料的锻造生产。
研究方案及参数制订：某核电主油泵齿轮要求按欧标验收，对材料的化学成分及合金组织等控制都要求严格，其中锻件晶粒度要求5级或更细。34CrAlNi7-10材料化学成分见表1：
表1 34CrAlNi7-10材料化学成分
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Mo
Al
0.30～0.37
≤
0.40
0.40～0.70
≤0.025
≤0.035
0.85～1.15
1.50～1.80
0.15～0.25
0.80～1.20
 
如何从锻造工艺上保证锻件锻造比，从而保证齿轮毛坯（特别是轮盘）的力学性能并满足规范要求成为此次研究的难点和目标。因此，试验思路是在不同锻造参数下锻造同一试样，然后取样检测两轴端及中间轮盘处晶粒度。对比锻造前后锻件内部组织情况，最后进行锻件调质处理并检验试样力学性能。根据试验结果选取相应锻造工艺参数。
根据34CrAlNi7-10材料化学成分，该材料属于中碳合金钢。参照相近牌号中碳合金钢38CrMoAlA加热规范，初步确定Φ350mm圆钢的锻前加热曲线。
考虑合金元素对始锻温度降低的影响，并参考相近牌号合金结构钢的锻造工艺参数，初步确定该材料的始锻温度区间为1100～1180℃，试验中选用1100℃、1150℃、1180℃三个温度段作为试验始锻温度，锻件终锻温度参照相近牌号合金结构钢，选850℃。
在每个始锻温度下，分别锻造两组试样。一个试样采用直接拔长成型的方式锻造，另一个试样采用先拔长到小直径后镦粗然后再拔长的方式锻造，以增加锻造比来细化组织。通过锻造对比试验得出如下结论：
    （1）通过试验对比分析了34CrAlNi7-10合金钢锻件锻造成型过程中的主要影响因素，确定了该材料始锻温度1180℃、终锻温度≥850℃、锻后灰冷的锻造工艺参数。另外，在锻造过程中，需严格控制坯料的加热温度。
    （2）经过试验、分析、检验及实际生产证明，所确定的工艺参数合理，锻造的主油泵齿轮毛坯符合技术要求。对实现核电主油泵齿轮毛坯制造国产化具有重要指导意义，并为今后同类材料的锻造生产提供了技术参考。