大气下注生产30Cr1Mo1V转子钢锭的实践

30Cr1Mo1V转子是汽轮机机组的核心部件,通常采用双真空方式生产钢锭,并锻造成材。通过大气下注方式生产钢锭的技术难点分析,提出了增强真空能力、延长真空保持时间、优化保护浇注等控制措施,并开展了生产实践。结果表明,与传统双真空钢锭生产的转子锻件相比,采用大气下注的工艺方式生产能够满足技术要求,且生产效率提高,生产成本降低。

30Cr1Mo1V转子钢蠕变-疲劳交互作用的实验研究

对30Cr1Mo1V转子钢进行了应变保持的蠕变-疲劳交互作用试验,试验温度为540℃和565℃,应变幅为0.6%～1.2%,拉压对称梯形波,保持时间为10s,20s,60s.对该材料蠕变-疲劳交互作用下的应力松弛现象及应变-寿命规律进行了研究.实验结果表明,随着控制应变幅的增加,第1、3阶段比例均呈增加趋势,第2阶段的比例呈现减小趋势;以应力下降比率作为参考变量,在整个寿命周期内,拉应力松弛与压应力松弛基本一致,应力下降比率基本相同.给出了基于应变范围划分法和基于频率修正的Coffin-Manson公式的寿命方程.从实验结果来看,将30Cr1Mo1V转子钢的使用温度提高到565℃是可行的.

30Cr1Mo1V转子钢应变控制下的蠕变—疲劳交互作用研究

在540 ℃和565 ℃下进行了30Cr1Mo1V带有保持时间的总应变控制轴向高温低周疲劳试验,保持时间 10～60 s,应变幅为0.6%～1.2%,采用拉应对称梯形波.对该材料蠕变-疲劳交互作用下的应力松弛现象及应变-寿命规律进行了研究.选取了几个常用的蠕变-疲劳寿命预测模型对试验数据进行分析,对各种预测模型的准确性进行了寿命预测因子和标准偏差分析.试验结果表明,随着控制应变幅的增加,第一、三阶段比例均呈增加趋势,第二阶段的比例呈现减小趋势;以应力下降比率作为参考变量,在整个寿命周期内,拉应力松弛与压应力松弛基本一致,应力下降比率基本相同.采用线性累计损伤法和应变范围划分法的准确度较高,而频率修正法和应变能划分法的准确度较差;给出了各种方法的寿命预测公式.

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.

长期服役对30Cr1Mo1V钢疲劳断裂性能和组织的影响

研究了服役16年的汽轮机30Cr1Mo1V高中压转子钢的组织结构与疲劳断裂性能。选取转子高应力段、高温段和中压段等3个典型部位的平面应变断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率性能比较试验。结果表明,高温段的性能劣化最严重,高应力段次之。微观组织观察表明30Cr1Mo1V钢原始的回火索氏体组织发生了明显的分解,碳化物球化,晶界碳化物粗化严重,在高温段的晶界处发现了少量的蠕变孔洞,这些现象可能是材料力学性能退化的组织结构原因。可见,因工作温度和应力差异,转子不同部位性能下降和组织结构退化状态出现明显分化,温度影响最明显。

30Cr1Mo1V钢高温低周疲劳中的软化特性

软化是高温长期运行部件的主要特征,软化意味着材料性能的降低。为了探讨软化对材料低周疲劳特性的影响,对30Cr1Mo1V转子钢进行了应变控制中断低周疲劳试验。试验温度为540℃和565℃,应变幅为0.2%～1.0%,采用拉压对称三角波。基于试验结果,建立了疲劳损伤与低周疲劳寿命之间的关系。通过对试验试样的维氏硬度进行检测,得到了带有硬度修正的低周疲劳应变-寿命修正公式,并对修正公式的有效性进行了检验。结果表明,硬度修正公式在循环寿命小于0.5倍寿命分数时有效,而在循环寿命大于0.5倍时,则存在高估剩余寿命的危险。在同一硬度下,对不同温度和应变,损伤是不同的,应变越小,损伤越大;温度越高,损伤越小。

30Cr1Mo1V钢高温软化特性的试验研究

时效软化是高温长期运行部件的主要特征,软化意味着材料性能的降低。为了探讨长期高温时效对材料性能的影响,对30Cr1Mo1V转子钢进行了540℃、565℃和660℃下的无应力高温时效试验和540℃、565℃温度下的拉应力加速软化试验(即蠕变试验)。应力加速软化试验采用了中断试验以获得过程参数。试验应力为240MPa-320MPa。对试验试样的维氏硬度进行了检测。在时效试验的基础上,得到了无载荷作用时效条件下硬度与Larson-Miller参数间的关系。在应力加速软化试验基础上建立了应力、硬度与Larson-Miller参数间的关系。在分离温度、时间软化效应的基础上,得到了考虑应力的软化效应公式。

高温氧化对30Cr1Mo1V钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率的影响

在室温、540℃和650℃下,分别研究了空气或氩气气氛中氧化对30Cr1Mo1V钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:在高温下,在空气中和加载频率较低时,30Cr1Mo1V钢的裂纹扩展速率均明显增加.在加载过程中引入保载时间,空气中30Cr1Mo1V钢的裂纹扩展速率明显高于惰性环境中,说明氧化影响着疲劳裂纹扩展行为.在惰性气氛中,裂纹扩展速率随保载时间的延长而增大.在空气中,当保载时间超过60 s时,裂纹扩展速率随时间呈线性比例增大,表明此时裂纹扩展行为与时间因素相关.

30Cr1Mo1V转子钢的蠕变特性

对30Cr1Mo1V转子钢在540℃和565℃下进行了有中断的蠕变试验研究，应力范围为240-320MPa，得到了蠕变过程中损伤因子和蠕变寿命分数之间的关系。通过蠕变试验后试样维氏硬度的检测和蠕变过程中硬度对蠕变断裂性能的影响分析，提出了蠕变断裂Larson-Miller公式的硬度修正公式，并对其有效性进行了检验。结果表明：在Larson-Miller参数值大于18000时，修正值与实际值比较一致；而在小于该值时相差较大。此外，还研究了损伤和Larson-Miller数之间的关系。

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转子钢应力强度因子有限元分析

通过采用20节点solid186退化奇异单元,利用ANSYS软件,对三维断裂参量进行计算和分析,结果表明位移法和J积分法确定应力强度因子是可行的;对一定尺寸的紧凑拉伸试样三维裂纹进行分析,得出30Cr1Mo1V转子钢裂纹尖端KI随裂纹长度和载荷水平改变时的变化规律,为研究汽轮机转子裂纹扩展规律提供了合理、有效的方法.

30Cr1Mo1V钢蠕变性能研究

测试了 30 Cr1 Mo1 V钢的蠕变极限 ,通过透射电镜对稳态蠕变阶段位错的结构、分布、组态及其运动方式进行了探讨。试验结果表明 ,蠕变稳态阶段位错的运动是以滑移为主 ,稳态蠕变速率受位错的攀移控制。

30Cr1Mo1V高中压转子局部偏析的分析与处理

对30Cr1Mo1V汽轮机高中压转子轴颈部位出现的偏析痕迹缺陷进行解剖,分析出现偏析的原因,对缺陷进行定性,并根据产品特性提出工艺改进措施,起到了良好效果。

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。

30Cr1Mo1V钢冶炼全流程夹杂物分析

通过对30Cr1Mo1V钢在精炼及浇注过程中的取样分析,全面了解整个生产过程中各工序钢水成分和夹杂物的变化,为改善工艺及操作方式提供参考。

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。