汽轮机转子30Cr1Mo1V钢长期服役状态下的高温疲劳行为

研究了已服役16年的汽轮机30Cr1Mo1V高中压转子钢的高温疲劳性能。选取高应力段、高温段和中压段等3个典型部位切向样品进行538℃条件下的低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展速率性能比较试验,试验结果表明,高温段的疲劳性能劣化最严重,高应力段次之。相应的微观结构观察发现,30Cr1Mo1V转子钢原始的回火索氏体组织发生了明显的分解,这一现象在高温和高应力段材料中表现更为明显,碳化物粗化或球化严重,晶界碳化物呈连续链状分布,在高温段的晶界处还发现了少量的蠕变孔洞,这些微观结构现象应是材料性能退化的原因。

加载速率对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢低周疲劳特性的影响

以30Cr1Mo1V汽轮机转子钢为研究材料,选取0.1%/s、0.3%/s和0.5%/s的加载速率,采用控制总应变的方法,在RDL 05电子蠕变疲劳试验机上研究了加载速率对材料低周疲劳特性的影响.同时,还提出在538℃下加载速率对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢应力和低周疲劳寿命影响的关系式以及低周疲劳寿命与总应变幅值的关系式.结果表明:在538℃时,随着加载速率的提高,转子钢循环应力增大,低周疲劳寿命延长;在同一应变下,加载速率越大,所对应的应力幅值越大;随着应变幅值的增大,应力增大,低周疲劳寿命缩短.

长期服役后高中压转子30Cr1Mo1V钢的性能研究

通过室温拉伸、高温拉伸和冲击等试验研究了经过长期服役后的高中压转子30Cr1Mo1V钢不同位置的性能变化,并分析了转子强度和韧性变化的原因.结果表明:转子服役温度高的部位碳化物的形貌、分布和大小均发生变化,贝氏体和铁素体中的碳化物析出、聚集或长大,而原奥氏体晶界和贝氏体与铁素体边界处碳化物析出增多,碳化物颗粒变得粗大;不同位置的拉伸性能差别不大,服役温度最高位置的拉伸强度最低,冲击韧性下降;不同部位总冲击能量的降低主要表现为裂纹形成能的降低,而裂纹扩展能区别很小;高中压转子30Cr1Mo1V钢服役时高温位置的韧脆性转变温度(FATT50)比低温位置明显升高.

30Cr1Mo1V转子钢蠕变行为的实验研究

对30Cr1Mo1V转子钢三种不同组织在恒温恒应力条件下蠕变行为的实验研究发现,恒温条件下蠕变速率的对数与应力成线性关系,并且该线性关系的斜率随温度增加而增加;在相同温度应力条件下,珠光体组织的蠕变速率最大,马氏体原始组织次之,而奥氏体组织最小。在研究实验材料的蠕变行为后发现,其蠕变速率可用新的数学模型εc=A0sinh(B0Tnσ)来描述,其中A0、B0、n为材料常数。不同原始组织材料的A0、B0、n值可根据实验数据用拟合方法获得。实验结果表明,该模型能很好地反映本实验所获得的蠕变规律。

30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段的疲劳裂纹扩展速率

在某已服役了16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子的高应力段取样制作成紧凑拉伸试样,用MTS 810.50试验机进行室温和538℃下的疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明:该钢疲劳裂纹稳定扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率适用于Paris公式,室温下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=2.2101×10-8(ΔK)2.9163,538℃下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=9.8794×10-8(ΔK)2.6844;对于30Cr1Mo1V转子钢,温度升高,疲劳裂纹扩展速率加快;30Cr1Mo1V转子钢在疲劳裂纹稳定扩展阶段存在转折点,将该阶段又细分为两段,经过转折点后疲劳裂纹扩展速率的增速减慢;与原始材料相比,已服役16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段材料的疲劳裂纹扩展速率增大。

30Cr1Mo1V高洁净钢锭的生产技术控制水平研究

通过合理地控制冶炼、浇注工艺,实现了采用大气浇注方式生产40~55 t锭型高洁净钢锭的生产技术,锻件超声波探伤普遍达到Φ1 mm以下,实现了30Cr1Mo1V高中压转子钢锭用大气浇注代替真空浇注。

30Cr1Mo1V转子表面缺陷分析和冶炼过程质量控制

对生产的96 t 30Cr1Mo1V高中压转子进行超声检测时,发现水口端缺陷。对该缺陷部位解剖后,采用扫描电镜能谱分析手段,确定了该缺陷主要是由钙铝酸盐类夹杂(以Al2O3为主)造成。对夹杂物的来源进行分析,确定了钢水不纯净的主要原因,为后续同类型钢锭的冶炼工艺改进及过程质量控制提供依据。

30Cr1Mo1V高中压转子表面缺陷分析

我公司制造的一支30Cr1Mo1V高中压转子在用户精加工过程中轴颈部位目视发现多条带状缺陷。对该缺陷部位解剖后,采用低倍酸洗、宏观断口体视镜观察及扫面电镜能谱分析等手段,确定了该缺陷为钢锭原始凝固时产生的A型偏析。进一步研究发现,A型偏析缺陷内部钼、铬和钒元素含量均明显偏高,其显微组织中分布有钼、铬和钒元素含量较高的颗粒状合金碳化物,且多数严重A型偏析区中心还断续分布有硫化锰夹杂,部分硫化锰夹杂处还偏聚镁铝尖晶石等夹杂物。

30Cr1Mo1V转子失效分析及预防措施

通对30Cr1Mo1V转子进行金相及断口分析,阐述转子主要失效原因。结果表明,转子失效主要是成分偏析造成的。

30Cr1Mo1V高中压转子缺陷分析和改进措施

对30Cr1Mo1V高中压转子出现的探伤缺陷进行解剖分析,确定了高中压转子的缺陷性质和缺陷产生的原因。通过采取工艺改进措施,解决了高中压转子的质量问题,收到良好效果。

加载速率对汽轮机转子钢低周疲劳损伤的影响

加载速率反映了汽轮机转子启停及运行时温度变化速度与负荷变化速率。对火电厂汽轮机转子30Cr1Mo1V钢在538℃温度下的低周疲劳损伤进行试验研究,研究加载速率对实际低周疲劳损伤和预测低周疲劳损伤的影响。结果表明:在相同的寿命分数下,加载应变速率越大,低周疲劳损伤越小;在同一加载速率下,总应变幅越大对应的低周疲劳损伤也越大;在同等应变幅条件下,转子钢高温低周疲劳预测损伤比实际损伤大,加载速率较低时,转子钢高温低周疲劳预测损伤比较大;加载速率对材料损伤有显著影响的取值范围为0.1%-s-1≤ε≤0.2%-s-1。

长期运行后汽轮机转子裂纹扩展行为的研究

对运行16年的30Cr1Mo1V亚临界汽轮机高中压转子进行解剖试验,采用直流电位法对材料在538℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,分析了不同初始应力强度因子对蠕变裂纹扩展孕育时间和蠕变裂纹扩展速率的影响,并对高温段和低温段的相关性能进行了比较,研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了不同条件下裂纹扩展行为的时间或循环相关性.结果表明:疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加速了裂纹的扩展;载荷保持时间较短情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;载荷保持时间较长情况下,裂纹扩展行为与时间相关.

联合循环汽轮机高中压转子锻件的国产化研究

在引进、消化、吸收美国联合循环汽轮机高中压转子材料的基础上,针对国内大型转子锻件的实际生产情况进一步创新,采取3项技改措施,首次在国内研制出满足美国材料的要求并高于进口水平的联合循环汽轮机高中压转子锻件。对联合循环汽轮机高中压转子锻件成功国产化,不仅填补了国内空白,缩短转子锻件采购周期,降低机组的制造成本,同时也推动了燃气-蒸汽联合循环机组的国产化进程。

联合循环机组高中压转子锻件的研制

通过对传统30Cr1Mo1V钢的化学成分进行超纯化设计,并采用鼓风冷却的热处理工艺形式,最终获得低的FATT、高的抗拉强度及高温持久性能,满足了联合循环机组高中压转子锻件的技术要求。