国内外汽轮机大型转子锻件材料的技术进展(一)

本文在总结经验,参阅多篇技术资料、特别是1997年10月于韩国釜山召开的第十三届国际锻造会议相关论文的基础上,撰写了本文的内容。概述了电站用汽轮机大型转子锻件的服役条件与失效方式;个绍了国内电站大锻件生产、技术与应用标准的发展过程;世界工业国高低压HLP一体化转子及超临界电站用12％Cr改型不锈钢转子材料与技术方面的最新发展,及它们在现代生活中广阔的应用前景。

国外汽轮机高效化与转子锻件材料的开发

为了改善电站的热效率,蒸汽参数趋向于更高的温度与更高的压力。简要概述日本火电汽轮机高效化、结构紧凑化的发展动向,以及先进技术国家超前奠定的超临界高中压转子、联合循环用HLP转子及超净化低压转子锻件关键制造技术的开发成果。

汽轮机轴承烧瓦与轴颈的渗巴氏合金现象

简述轴承工作性质,巴氏合金应用与相组成的基本情况。论述汽轮机转子在两个电厂长期运行后,由于轴颈发生的不正常摩擦损伤,在大修改造中由无损检查、机械加工揭示出轴颈存在严重的渗巴氏合金现象,低熔点金属Sn、Sb与Cu向转子材料晶界的深层渗入最终导致了3根大型在役转子的严重开裂与报废。

国内外汽轮机大型转子锻件材料的技术进展(二)

2.2 汽轮机低压转子用钢30Cr2Ni4MoV 过去,用于50～200 MW容量高强度级的大直径低压主轴与发电机转子的材料在72标准中只有前苏联五十牛代的老钢种34CrNi3Mo。由于该钢含碳量高,淬透性欠佳,不宜采用激烈的水淬和深冷工艺,尤其是中心部位FATT较高,达60～90C,高于汽轮机发电机转子的服役温度,限制了该钢的应用范围与大尺寸转子锻件的制造。 六十年代由世界先进工业国家发展研制了低碳的2％～4％NiCrMoV钢,即ASTM A470的 5、6、7级钢(碳从0.30％～0.40％降为0.20％～0.35％)。

从材料角度论国产超临界机组的参数选择

叙述了发达国家超临界机组不同参数的用材体系,及我国材料工作的状况,并提出了适合国情的超临界机组参数选择应走前苏联的模式。

湛江电厂1^#汽轮机通流叶片点蚀现象的研究

通过对湛江电厂1^#汽轮机11－1^#末级叶片断口的宏观微分析，末级叶片点蚀形成过程的微观形态研究，1^#汽轮机凝汽器泄漏、通流部件严重腐蚀现象2^#汽轮机良好情况的对比调查，点蚀对疲劳寿命影响后果的试验研究等，找出1^#汽轮机通流叶片全面点蚀与叶片断裂的主要原因，阐述点蚀对叶片安全运行的危害，从而全面地论证：优良的汽水品质是电厂尤其是临海电厂保证叶片安全运行的极为重要的前提条件。

40″末级叶片等离子淬火的工艺开发与生产

大型汽轮机40″与851mm末级叶片进汽边防水蚀部位淬火带尺寸为270×25mm。本文概述了机械手等离子淬火工艺的特点、工艺试验及批量生产的优良结果与生产业绩。对于汽轮机1000mm类超长末级叶片,等离子淬火防水蚀工艺产生的扭转变形小,相对其它硬化工艺,叶片顺利总装方面更显优势。

403叶片钢性能研究

为了消化引进机组材料,使引进材料国产化,作为机电部材料研究课题内容之一,本实验研究采用了国产403钢及1Cr13钢。通过生产性锻造与热处理,对两种钢的各项性能进行了平行对比实验研究,得到各种可靠数据,形成了403叶片用钢国产化的系统评价。

美国西屋电气公司透平构件的失效分析

本文根据西屋公司50余篇透平构件失效分析资料,西屋公司见闻及咨询所得收获进行提练、整理、综合而成的。介绍了西屋透平构件在运行中的主要失效问题。每一失效问题的介绍包括失效的程度、特征、进行失效分析来用的方法及手段,西屋对这些失效构件来用的补救措施及改进方法,以及西屋公司如何重视失效分析工作。

国内外汽轮机大型转子锻件材料的技术进展

本文在总结经验，参阅多篇技术资料，特别是１９９７年１０月于韩国釜山召开的第十三届国际锻造会议相关论文的基础上，撰写了本文。文章概述了电站用汽轮机大型转子锻件的服役条件与失效方式；介绍了国内机组大锻件生产，技术与应用标准的发展过程，世界工业国高低压ＨＬＰ一体化转子及超临界机组１２％Ｃｒ改型不锈钢转子，材料与技术方面的最新发展，以及它们在现代生活中广阔的应用前景。

谈汽轮机转子轴颈无损检测的超标缺陷及国外对大型钢锭冶金技术的开发

电站用汽轮机服役条件日益苛刻，对核心部件汽轮机转子锻件的要求亦日趋严格。文章列举了汽轮机转子锻件进厂复验中，轴颈无损检测超标缺陷分析的典型实例。论述了轴颈缺陷与大型钢锭凝固特征与偏析的关系；介绍了国外在改进转子大型钢锭冶金质量及开发新型转子材料方面所具有的先进生产制造技术。

叶轮开槽和提高抗拉强度对2％CrNiMoWV合金钢转子锻件FATT的影响

2％CrNiMoWV是一个经不同方法淬火，用于HP／LP单缸汽轮机的材料，在高、中压部分需要高的持久强度，而在低压段需要良好的韧性，本项目的首要目的是要研究在淬火前对2％CrNiMoWV钢低压部分（LP）预先开槽后，在降低LP段FATT方面存在的潜力。第二个目的是确定当抗拉强度比以前更高的情况下（≥827MPa）该合金钢的使用可能性。制造三根HP／LP一体化转子在HP段的直径为949mm，低压段的直径为1431mm。这三根转子由两个2300mm直径的160吨电渣重熔钢锭制成。在预备热处理后这些转子锻件进行调质热处理前的加工，其加工包括对LP段的开槽，用以改进中心孔的FATT。转子在垂直旋转状态下，从955℃奥氏体化的温度的不同的方式淬火，并回火到规定的抗拉强度。结果表明，对于2％CrNiMoWV钢来说，开槽是一种行之有效的加工工艺。转子开槽可降低LP段中心孔FATT约19℃，抗拉强度对FATT的影响估计约是0．028℃/MPa。这些转子的持久强度值处在其它2％CrNiMoWV转子的数据带中，并高于油淬1％CrMoV钢数据带的上边界。

汽轮机用高低压一体化9CrMoVNiNbN高纯度的转子锻件

针对先进的高效联合循环电站的应用需要，试制了一个9CrMoVNiNbN钢的高低压一体化汽轮机转子锻件。该材料的评价工作揭示出抗拉强度为900MPa，直径为φ1750mm的LP低压段的FATT（断口形貌转变温度）是0℃左右。φ1200mmHP高太段的持久强度则相当于常规的12CrMoV钢。由一系列试验结果得出结论，该材料可应用于LP直径达φ2000mm左右的大型高压－低压一体化汽轮机转子锻件。

超净化M152钢燃气轮机轮盘的制造与性能

为了降低12％Cr钢系列之一的M152钢的脆性敏感性，提出了超净化钢的想法。用一个100mm直径的电渣钢锭成功制造了一个2400mm直径的超净化M152试验轮盘锻件。锻造与热处理之后，进行了物理，化学与力学性能的评价。作为术语定义的J因子：（Si+Mn）×（P＋Sn)×10^4为2至4，且成分均匀，各处力学性能亦均匀。在482℃等温时效10，000小时之后，其FATT为－11℃，与相相比，常规的M152钢则是120℃左右。

超临界用10％CrMoVNbN汽轮机转子的制造

欧洲一项名为COST的联合研究项目，已开展了若干年，其长期目标是使蒸汽温度高达600℃，先进蒸汽状况下运行的汽轮机转子研制出9－12％Cr改进型抗蠕变钢。锻钢工程公司（Forgemasters Steel and Engineering Ltd）全力投入了此项工作，已研制出了几种新的改进型9－2％Cr钢。在锻造一个样机锻件后，FSEL现在已经为丹麦Skacrbaek与Nordjylland超临界电站生产制造了两个10％CrMoVNbY汽转机转子。为完成这些转子进行了几项必须的技术创新，并获得了许多专门知识与经验。本文将有助于了解汽轮机抗蠕变高合金转子锻件制造所必须的生产工艺。

大尺寸超净化汽轮机LP转子锻件的生产与性能

日本制钢所从1986年以来，已生产了38根超净化的3．5％NiCrMoVLP转子。这些转子均用于容量为700MW以上的燃煤电站机组，到目前为止，所生产的转子锻件用最大的钢锭重量是220吨。但是，对于1000MW等级的超超临界（USC）机组，将越来越需要应用更大尺寸的超净化钢转子锻件。为此，日本制钢所开始了1000MW等级大型整锻转子超净化钢生产的研究，并且，已于近期生产出了两个锻件。这些锻件的评价工作揭示出：该锻件各个部分的化学成分都达到了超净化，与现在所生产的含Mn的整锻转子相比，有更好的强度与韧性。可以期望，该超净化整锻转子将有很好的回火抗力。

有强度差异的大型整锻LP转子的热处理技术与力学性能

日本铸锻钢已经成功制造出有强度差异的大型整锻LP转子锻件，该转子的轴身与轴颈0.2%屈服强度相差约120N／mm^2。这是根据60根以上常规大型整锻LP转子锻件的若干制造经验，以及有限元热传导计算对转子各部分力学性能的预测技术，运用调质热处理的技术达到的。为了使轴身与轴颈分别达到不同的强度，在淬火之后进行了两次回火：●首次回火是在较低温度下转子均匀地回火，使两个轴颈区获得较高的强度水平。●第二次回火采用屏障隔板分隔的办法，轴身与轴颈分别进行不同温度的回火，使轴身区获得较低的强度。结果是：转子锻件轴颈与轴身表面的0.2%屈服强度，分别是720－760N／mm^2与600－640N／mm^2。该转子锻件的强度分布与有限元计算预计的几乎相同，而且，在靠近屏障隔板的两个轴颈区域，性能显示出了光滑过渡的趋势。

晶粒度与固溶处理冷却速率对706合金力学性能的影响

晶粒度与从固溶处理温度冷却的速率对大型706合金锻件力学性能与组织的影响进行了研究。室温力学性能如：强度与断面收缩率随ASTM晶粒度的增加而增加，但室温下的延伸率与断裂韧性J1c不受晶粒度的影响。在△K低应力强度因子范围，400℃时的裂纹扩展速率随ASTM晶粒度的增加而增加；但在△K高应力强度因子范围，晶粒度对裂纹扩展速率没有影响，由于冷却速率的影响，强度、延伸率、断面收缩率与吸收功随固溶处理温度冷却速率的增加而增加。高温下的强度也有同样的趋势，但650℃时的塑性随冷却速率的增加稍微降低。650℃、690MPa下持久破断的时间随固溶处理冷却速率的增加而延长，但持久塑性却随冷却速率的增加而降低。这些结果与晶粒边界上δ相与η相的沉淀析出行为密切相关。

600℃以上汽轮机转子用高强度12％Cr铁素体钢的研制

为了燃煤电站的改进，研制了一种先进的12％Cr铁素体钢（TOS110）用于高温转子。该钢的研制是依据各种12％Cr耐热钢的研究经验，合金元素对持久强度的影响进行了专门研究。其中10％Cr－1．8W－0．7％Mo－V－3％Co－Nb－B钢是一个有希望的钢种。研究揭示了该钢比用于593℃的10％Cr－1％Mo－1％W－V－Nb钢有更高的持久强度。该新钢种的可生产性与性能已通过一个中等尺寸的锻件与产品尺寸的转子锻件进行了验证。产品尺寸转子锻件的评定工作现在正在进行之中，目前已得到了一些可喜的结果。该高强度12％Cr铁素体钢有希望运用于在630℃或630℃以上运行的高温转子。因此，燃煤电站可望得到热效率的明显改进。