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30Cr2Ni4MoV钢大型低压转子是AP1000百万千瓦级核电机组的关键部件。本文围绕低压转子热处理工艺的制订，采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、热模拟试验、力学性能测试等方法，研究了30Cr2Ni4MoV钢的TTT、CCT曲线和相变动力学，详细分析了该钢在不同等温温度及冷却速度下的组织演变规律，阐明了组织转变的复杂性；并通过热膨胀法、排水法、差示扫描量热法、激光脉冲法等手段，建立了包括30Cr2Ni4MoV钢的相变动力学、热物理性能和力学性能的数据库。运用数值模拟与物理模拟相结合的方法，预示了多次正火工艺各个阶段转子心部的晶粒变化过程，并探讨了在大型低压转子上采用该工艺的可行性；提出了基于部分珠光体转变的等温预处理细化晶粒新方法。采用温度-相变-应力/应变耦合的数学模型模拟并分析了低压转子热处理过程中的温度、相变和应力演变，为直径1768mm和2826mm两种典型低压转子制订了锻后热处理和性能热处理工艺，并结合生产试制结果提出了设备改造和工程实施建议。为了指导低压转子加热工艺的制订，研究了30Cr2Ni4MoV钢的奥氏体化相变动力学。测定了0.00820°C/s范围内不同加热速率下的膨胀曲线，运用Kissinger方法进行了基于非等温相变Johnson-Mehl-Avrami模型的动力学分析，确定了奥氏体化相变激活能Q约为2.367×106J/mol，J-M-A指数n约为0.2448，指前因子ln k0约为270.5。当设定J-M-A方程中温度变量为不同数值时，可获得等温奥氏体化相变动力学曲线。该研究也表明，对于孕育期极短而难以准确测定的等温相变动力学曲线，从连续转变动力学数据中提取是一种行之有效的方法。为了指导低压转子淬火工艺的制订，测试分析了30Cr2Ni4MoV钢的TTT曲线和CCT曲线与组织转变。结果表明发生珠光体转变的临界冷速为3.3°C/h，生成马氏体及下贝氏体的临界冷速为1°C/s。通过对连续冷却与等温转变组织的对照分析，并结合TTT、CCT曲线的转变量测算，获得了该钢在不同冷速下连续冷却转变产物的组织形貌特征和演变规律：冷速510°C/s时，转变产物为马氏体，其中自回火马氏体量随着冷速降低而逐渐增多；冷速12°C/s时，转变产物为马氏体及一定数量下贝氏体，碳化物颗粒随着冷速降低而逐渐变大增多；冷速0.20.5°C/s时，转变产物以低温上贝氏体和马氏体为主；冷速0.010.1°C/s时，转变产物以中温块状铁素体、粒状贝氏体和粗大的上贝氏体为主。结合组织形貌特征的观察以及冷速与相变量的计算，研究了低压转子不同位置上冷速、组织与硬度的关系。在淬火冷却过程中低压转子不同位置处的冷速差异显著，使它们的组织和性能也有较大区别：表面位置在中温转变区内的平均冷速可达10°C/s以上，生成的马氏体组织硬度可达500HV；心部位置冷速仅0.01°C/s左右，转变产物中的粒状贝氏体和中温块状铁素体会对性能产生不良影响，使硬度降低到370HV以下；在0.0110°C/s范围内，转变产物的硬度随着冷却速度的降低呈逐渐减小趋势，两者关系曲线的拐点处的临界冷速为0.2°C/s。由此可见，不同类型的贝氏体在组织形貌和性能上存在显著差异，不能仅以不出现先共析铁素体或珠光体的临界冷速（3.3°C/h）作为制订低压转子淬火工艺的准则，在实际生产中淬火冷速应不低于开始出现粗大上贝氏体和中温块状铁素体的冷速（0.2°C/s）。为了解决热处理过程计算机数值模拟中材料热物性参数和力学性能参数缺乏的问题，本文通过系统的测试，建立了30Cr2Ni4MoV钢不同组织（马氏体、贝氏体和奥氏体）的热物理性能（热膨胀系数、密度、比热容、相变潜热、导热系数）和力学性能（弹性模量、屈服强度、塑性模量）参数的数据库，得到了这些参数与温度的函数关系。并根据Greenwood-Johnson相变塑性模型，实验测试并建立了模型参数关于等效应力和温度的函数关系。研究结果表明，对马氏体相变而言，外加应力对Ms与参数的影响可以忽略不计；对贝氏体相变而言，孕育期t s随着温度的升高而显著增大，参数n随着温度和等效应力的增大而减小，参数b总体上不受等效应力和温度的影响；马氏体和贝氏体的相变塑性参数K分别为8.77110-5MPa-1和8.9488105MPa-1。30Cr2Ni4MoV钢大型低压转子锻后热处理的主要目的是调整锻后组织细化晶粒。在相变动力学与组织转变的研究基础上，探索了不同热处理工艺的晶粒细化效果。运用有限元数值模拟与热模拟炉物理模拟相结合的方法，对直径2900mm低压转子心部在多次正火不同阶段的晶粒演变过程进行研究，提出了可以满足细化晶粒要求的多次正火工艺。本文提出了基于部分珠光体转变的等温预处理晶粒细化创新工艺，实验验证了其对于30Cr2Ni4MoV低压转子的细化晶粒作用，与四次正火工艺具有相同的细化效果，且更加省时节能。本文为直径1800mm和2900mm低压转子制订了多次正火和等温预处理两种锻后热处理工艺。通过温度-相变-应力/应变耦合的计算机模拟得到低压转子冷却过程的温度、组织、应力分布规律，结果表明淬火冷却数学模型中的相变应变及相变塑性应变因素对转子内应力场演变的影响很大。不同直径低压转子在不同喷水强度下冷却过程的模拟结果表明，在10100（l/m2s）的范围内改变喷水强度对低压转子心部贝氏体相变区（300500C）的平均冷速及冷却时间的影响很小，喷水时间长短的选择主要由转子截面直径大小决定，为低压转子淬火设备的改进与设计提供了依据。据此，制订了直径1768mm和2826mm两种典型低压转子的性能热处理工艺，前者已经过试制生产检验，各项力学性能均符合要求。