高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件断裂韧性研究

断裂韧性是汽轮机转子设计、制造和安全性运行评估的关键材料数据之一。测试研究结果显示,汽轮机低压转子锻件用830 MPa强度等级30Cr2Ni4MoV钢在室温下的断裂韧性为264 MPa·√m。通过与其他强度等级的30Cr2Ni4MoV钢的断裂韧性数据进行对比分析,可见随着强度等级提高,30Cr2Ni4MoV钢的室温断裂韧性略有下降,但830 MPa强度等级钢的室温断裂韧性与常用的760 MPa等级基本处于同一水平,仍保持在较高值上。研究成果可为高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件的设计制造提供参考。

步冷试验对核电低压转子30Cr2Ni4MoV钢组织及力学性能的影响

为了解决30Cr2Ni4MoV低压转子钢的长期时效脆化问题,采用化学成分和显微组织分析以及室温拉伸、硬度、冲击、韧脆转变温度测试等方法,研究了步冷试验对核电汽轮机30Cr2Ni4MoV低压转子钢组织及力学性能的影响。结果表明:步冷试验过程中,低压转子钢的晶粒长大,碳化物聚集粗化,导致其拉伸强度和硬度降低,室温冲击吸收能量降低,韧脆转变温度升高,但步冷试验后力学性能的下降并不明显,据此判断所研究的30Cr2Ni4MoV低压转子钢对时效脆化不敏感。

30Cr2Ni4MoV钢的奥氏体化动力学

研究了30Cr2Ni4MoV低压转子用钢加热过程中的连续相变动力学与等温相变动力学。在测定该钢在0.008～20 K/s加热速率下奥氏体化膨胀曲线的基础上,运用Kissinger方法对实验数据进行基于非等温相变Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)模型的动力学分析,确定了模型中的参数: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lnk0约为270.5。根据这些参数和J-M-A方程可进而获得等温奥氏体化相变动力学曲线。结果表明,非等温连续相变动力学曲线中包含等温相变动力学信息。对由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抽取得到是一种可行而有效的方法。

低压转子钢30Cr2Ni4MoV动态再结晶行为研究

通过高温热力学模拟实验,研究了大型核电低压转子用钢——30Cr2Ni4MoV钢在850～1200℃、应变速率为0.01～1.00s-1变形条件下的高温变形行为,得到了该种钢在大型锻造件生产条件下的流动应力曲线。研究了发生动态再结晶的临界条件和显微组织,建立了30Cr2Ni4MoV钢的动态再结晶模型,初步确定了该种钢满足动态再结晶细化晶粒要求的合理锻造工艺区间。

30Cr2Ni4MoV低压转子钢的静态再结晶行为

在Gleeble-1500D热模拟实验机上,使用双道次热压缩的方法,研究了30Cr2Ni4MoV低压转子钢在高温变形时的静态再结晶行为。讨论了变形温度、应变、应变速率与原始晶粒尺寸对其静态再结晶的影响。根据实验结果,建立了30Cr2Ni4MoV钢静态再结晶动力学模型以及静态再结晶晶粒尺寸模型。实验结果表明:间隔时间越长、变形温度越高、应变和应变速率越大,静态再结晶体积分数越大;变形温度越低、应变越大、原始晶粒尺寸越小,静态再结晶晶粒越细小。

AP1000汽轮机低压转子30Cr2Ni4MoV钢的组织及力学性能

采用化学成分和显微组织分析、室温和高温拉伸、硬度、冲击以及韧脆转变温度测试等方法,研究了30Cr2Ni4MoV钢低压转子不同位置的组织和力学性能.结果表明:低压转子不同位置的成分偏析较小,晶粒尺寸变化不大,拉伸强度和硬度比较均匀,但室温冲击性能、上平台能量和韧脆转变温度有所差别;与芯部相比,低压转子表面的室温冲击吸收能量和上平台能量高,韧脆转变温度低.

30Cr2Ni4MoV钢奥氏体晶核形成和长大行为

本文选取30Cr2Ni4MoV低压转子钢作为研究对象,利用光学显微镜对其非平衡组织重新加热到Ac1~Ac3+70℃温度区间的奥氏体晶核形成及长大过程进行了观察和分析。结果表明,在Ac1~Ac3+70℃的低温侧形成的奥氏体晶核以针状为主;中温区针状和球状两种奥氏体晶核并存;高温侧形成的奥氏体晶核以球状为主;奥氏体晶核在长大过程中,不仅针状奥氏体具有组织遗传效应,而且球状奥氏体在一定条件下也具有粗大组织遗传现象。

基于Procast软件模拟不同温度梯度条件下30Cr2Ni4MoV钢的凝固组织

30Cr2Ni4Mo V钢主要用于制造大型核电发电机转子,对晶粒大小的均匀程度要求较高。为研究其在凝固过程中不同温度边界条件下组织的生长规律,本文以通过建立不同温度梯度,实验模拟了大铸锭内部不同区域的组织。基于procast软件的CAFE模块,对实验模拟结果进行了数值仿真。数值模拟结果发现,当KGT模型中晶粒生长模型参数设置为a2=8.9×10-6、a3=4.5×10-6时,数值模拟结果与实验结果吻合较好,可以反映凝固组织中柱状晶和等轴晶的形貌与面积比。研究结果为预测大铸锭的凝固组织生长过程提供了有效依据。

长期服役后低压转子30Cr2Ni4MoV钢的性能研究

以1根长期服役的30Cr2Ni4MoV钢低压转子为例,通过显微组织分析、室温拉伸、高温拉伸和冲击以及韧脆性转变温度试验等方法研究了低压转子不同部位的显微组织和性能,并分析了低压转子强度和韧性变化的原因.结果表明:在低压转子电机端中心部位出现C、Cr、Ni和Mo等成分的偏析;转子不同部位的组织形态区别明显,服役时温度高的部位未发生明显的碳化物析出增多和颗粒粗化;转子不同部位的室温拉伸性能差别较大,服役时温度高的部位的拉伸强度未出现明显降低;转子外缘不同部位冲击韧性相同,但近中心孔不同部位的冲击韧性差别大;转子不同部位总冲击能量的区别主要表现为裂纹扩展能的差异,但裂纹形成能无明显区别;服役时转子高温部位的韧脆性转变温度升高;由于低压转子尺寸大,造成制造时不同部位的成分和显微组织的差别,这是导致不同部位性能差异的主要原因.

正火时间对不同变形后30Cr2Ni4MoV钢晶粒度的影响

在实际生产中大锻件不同部位因变形不均匀而导致晶粒尺寸不一。为了探究这一现象,利用Gleeble-1500D热模拟试验机在1000℃、应变速率0.1 s^(-1)、变形量5%~55%时模拟了大型低压转子用30Cr2Ni4MV钢的变形过程,研究了其在随后正火过程中晶粒大小随保温时间的变化规律。结果表明,与未变形试样相比,经过相同正火的变形试样的晶粒得到明显细化。在900℃正火的初期,变形量小于35%时,晶粒尺寸随变形量的增加而减小;当变形超过35%后,变形量对晶粒尺寸影响不大,且随保温时间的延长,不同变形量变形后试样的晶粒均会持续长大,正火5 h可以消除变形量对试样晶粒度的影响。

Si含量对超超临界汽轮机转子钢30Cr2Ni4MoV组织和性能的影响

30Cr2Ni4MoV钢(%:0.15～0.16C、0.03～0.45Si、0.12～0.14Mn、0.005P、0.005～0.006S、1.62～1.72Cr、3.60～3.63Ni、0.52～0.53Mo、0.07V、≤0.005A1)由10kg真空感应炉冶炼,锻后经930℃空冷+900℃空冷+640℃空冷处理,再经850℃水淬+600℃回火调质处理。试验结果表明,当钢中的Si含量由0.03%增加至0.45%时,钢中马氏体量增加,晶粒更为粗大;钢的抗拉和屈服强度分别从922～936 MPa和868～873 MPa增至1015～1028 MPa和950～959 MPa,但平均冲击功由205 J降至154 J。

30Cr2Ni4MoV钢消除混晶的方法

采用金相显微镜分析技术,针对30Cr2Ni4MoV大型转子钢锻件多次正火难以消除混晶的问题,研究比较了目前消除混晶最常用的多次高温正火工艺与高温侧正火工艺。结果表明,原始晶粒度为1级的晶粒,经三次高温正火晶粒度能达到7级,但经两次高温侧正火晶粒度就可达到8级。30Cr2Ni4MoV钢只需两次790℃高温侧正火,就能阻断粗大组织遗传,消除混晶,并有效细化晶粒。

30Cr2Ni4MoV钢的动态软化机制分析

利用小试样研究分析了30Cr2Ni4MoV材料动态软化机制在高温塑性成型中所起的作用,结果表明,在εp<ε<εs(稳态应变)变形区间,30Cr2Ni4MoV材料热变形晶粒尺寸不均,造成混晶,应当尽力避免。

30Cr2Ni4MoV钢镦粗过程中的组织演变

针对铸态组织粗大的特点,采用Gleeble1500热模拟实验机研究了30Cr2Ni4MoV钢在不同条件下热变形时的动态再结晶行为以及晶粒尺寸的变化规律,分析了变形工艺参数对再结晶行为、晶粒尺寸及混晶程度的影响。结果表明,变形温度相同时,随变形量的增加,动态再结晶的比例随之增大;变形量相同时,再结晶的临界变形量随变形温度的升高而降低。变形量在部分再结晶区域时,随变形量的增加,混晶及其占有面积都随之增大。当变形量大于完全再结晶所需临界变形量时,随变形量的增加,混晶及其占有面积都随之减小。

30Cr2Ni4MoV钢晶粒细化工艺方法研究

利用金相显微镜对不同热处理工艺下的显微组织进行观察,研究低压转子钢30Cr2Ni4Mo V晶粒度变化的规律。实验结果表明,粗大的奥氏体晶粒经临界区侧正火+850℃×3 h淬火后,30Cr2Ni4Mo V钢试样的晶粒度等级最高可达8.0级;粗大的奥氏体晶粒经高温正火+850℃×3 h淬火后,30Cr2Ni4Mo V钢试样的晶粒度等级可达6.5级。上述热处理工艺经二次正火加热后晶粒细化效果更佳。

多次降梯加热对30Cr2Ni4MoV钢晶粒大小的影响

本文以低压转子钢30Cr2Ni4MoV为研究对象,将其粗大非平衡组织多次降梯加热后,保温适当时间后淬火,分析不同工艺参数对奥氏体晶粒大小的影响,揭示其消除组织遗传的机理。结果表明,在α相发生完全再结晶的条件下,进行多次降梯高温加热,晶粒更加细小均匀,可以有效切断组织遗传;多次降梯加热过程中,降温梯度、最后加热温度及加热次数均会不同程度影响奥氏体晶粒细化程度,而最后加热温度对晶粒细化起主要作用。

汽轮机焊接转子接头残余应力研究二:带有弹性槽的30Cr2Ni4MoV模拟件热处理前后残余应力变化

在测试25Cr2Ni2MoV钢核电转子模拟件外圆、内圆、剖面处热处理前后的残余应力分布的基础上,进一步研究了弹性槽对根部打底焊缝处残余应力的影响,测量了盖面焊缝下方4～5层焊道处残余应力的分布。结果表明,弹性槽对缓解根部应力有显著作用,盖面焊缝下方4～5层焊道处存在超过屈服极限的纵向拉应力;热处理后,残余应力大大降低,且保持较好的应力状态。相关测量工作肯定了实际生产工艺对控制残余应力的有效性。

预制裂纹长度对30Cr2Ni4MoV钢断裂韧性的影响

采用多试样法对汽轮机转子材料30Cr2Ni4MoV钢进行准静态断裂韧性试验,拟合J-Δa阻力曲线并计算J_(0.2BL),通过研究对比不同预制裂纹长度对试验结果的影响,确定最适宜的预制裂纹长度。

初始晶粒度对30Cr2Ni4MoV钢变形+正火处理后晶粒大小的影响

以不同初始晶粒度（未粗化和粗化）的30Cr2Ni4Mo V钢为对象,研究了正火处理对经过5%、15%、25%、35%、45%、55%压缩变形后试样晶粒度的影响。结果表明,对于不同初始晶粒度的材料,经变形＋正火处理900℃保温时间0.5h后,变形后试样的晶粒均比相同初始状态未变形试样的要细小。当保温5 h时,变形试样的晶粒度趋于一致。不同初始晶粒度的试样经变形＋正火处理后,在其晶粒度-变形量曲线上存在初始晶粒大小影响敏感区,随保温时间的延长,敏感区范围扩大,其向大变形量方向移动,当保温时间为5 h时,初始晶粒度的影响基本消除。

基于计算机仿真的30Cr2Ni4MoV钢奥氏体化动力学分析

试验测得了不同加热速率下30Cr2Ni4MoV钢的奥氏体化曲线,确定了J-M-A模型中的参数,并对该模型在变温相变条件下进行动力学分析。结果表明,J-M-A模型对奥氏体化相变过程的预测结果与实验结果基本一致,表明J-M-A方程能够准确描述30Cr2Ni4MoV钢的非等温以及等温奥氏体化过程。